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RINFORZI STRUTTURALI CON MATERIALI COMPOSITI IN FIBRA DI CARBONIO
Tecnologia altamente evoluta, non invasiva e dalle elevatissime caratteristiche meccaniche idonea per tutti gli interventi di consolidamento statico, riabilitazione strutturale, miglioramento ed adeguamento sismico.
Anche il prof. ing. Franco Maceri, coordinatore della Commissione CNR incaricata di formulare pareri in materia di normativa tecnica relativa alle costruzioni, ritiene che quello delle “applicazioni innovative dei materiali compositi è uno dei settori emergenti di maggior rilievo dell'Ingegneria Strutturale”.
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SOLUZIONE TECNOLOGICA
I prodotti fibrorinforzati a matrice polimerica (CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polimer) a fibre in carbonio continue sono materiali compositi, eterogenei ed anisotropi, che mostrano un comportamento prevalentemente elastico lineare fino al collasso.
Le fibre di carbonio sono usate per la fabbricazione di compositi ad elevate prestazioni e si distinguono per il loro alto modulo di elasticità normale (240-280 GPa) e per la loro elevata resistenza (4100-5100 MPa). Esibiscono un comportamento a rottura intrinsecamente fragile e, a confronto con le fibre di vetro (GFRP) e con quelle arammidiche (AFRP), le fibre di carbonio risultano essere le meno sensibili ai fenomeni di scorrimento viscoso (creep) e di fatica, e sono contraddistinte da una modesta riduzione della resistenza a lungo termine.
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NORMATIVA DI RIFERIMENTO
Il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) ha emanato alcuni documenti in cui sono contenute le Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo di interventi di consolidamento statico mediante l’utilizzo di compositi fibrorinforzati.
Tali documenti, che rappresentano le linee guida di riferimento per il settore, sono il frutto dell’interesse scientifico di molti ricercatori operanti nei campi della Meccanica delle Strutture, delle Costruzioni, della Riabilitazione Strutturale e dell'Ingegneria Sismica. In particolare:
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CNR DT 200/2004 - Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l’utilizzo di Compositi Fibrorinforzati - Materiali, strutture in c.a. e in c.a.p., strutture murarie
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CNR DT 201/2005 - Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni per Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Lignee mediante l'utilizzo di Compositi Fibrorinforzati
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CNR DT 202/2005 - Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni per Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Metalliche mediante l'utilizzo di Compositi Fibrorinforzati
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CNR DT 203/2006 - Istruzioni per la progettazione, l'esecuzione ed il controllo di strutture di calcestruzzo armato con barre di materiale composito fibrorinforzato
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TIPOLOGIA DI INTERVENTI
L’appicazione di materiali compositi fibrorinforzati (FRP) rappresenta la soluzione tecnologica più evoluta per gli interventi di consolidamento statico, di rinforzo e riabilitazione strutturale, di miglioramento ed adeguamento sismico.
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Rinforzo a flessione di travi
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Rinforzo a pressoflessione di travi e pilastri
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Rinforzo dei nodi trave-pilastro, trave-trave e pilastro-fondazione
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Rinforzo a taglio di travi e pilastri
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Rinforzo a torsione di travi e pilastri
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Confinamento di pilastri e setti
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Incremento della duttilità delle sezioni terminali di travi e pilastri
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Incremento della capacità deformativa globale di una struttura
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Irrigidimento di solaio nel proprio piano
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Miglioramento della capacità sismica dell’edificio
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Confinamento di piano per il collegamento delle sommità dei muri
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Realizzazione di sistemi reticolari remoti spaziali (aste tese in CFRP + bielle ideali)
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Messa in sicurezza di edifici residenziali, ospedalieri, scolastici, sportivi, commerciali e industriali
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APPLICAZIONI
L’intervento di rinforzo con FRP, che ha la peculiarità di vedere accoppiati materiali tradizionali, come calcestruzzo e muratura, con materiali dalla tecnologia nettamente più avanzata, trova largo impiego nel consolidamento e nel rinforzo delle strutture civili e industriali.
I compositi per il rinforzo strutturale sono disponibili in diverse geometrie: esse vanno dalle lamine pultruse, utilizzate per il rinforzo di elementi dotati di superfici regolari, ai tessuti mono-bi-quadridirezionali che possono essere facilmente adattati alla forma dell’elemento da rinforzare, prima della fase di impregnazione.
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ELEMENTI DA RINFORZARE:
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Travi e pilastri
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Solai, muri e setti
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Archi, volte e cupole
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TIPO DI SUPPORTO:
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Cemento armato
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Muratura con elenti lapidei naturali
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Muratura con blocchi artificiali
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Legno
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Acciaio
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VANTAGGI
I vantaggi degli FRP sono molteplici: leggerezza, elevate proprietà meccaniche, caratteristiche anticorrosive. Inoltre i compositi si adattano bene anche ad applicazioni in cui è necessario preservare le caratteristiche estetiche della struttura originaria (edifici di interesse storico o artistico) o in casi in cui i rinforzi tradizionali sarebbero di difficile applicazione per limitatezza dello spazio a disposizione. Gli FRP garantiscono eccezionali risultati in termini di sicurezza, riducendo al minimo i problemi di invasività e di ingombro garantendo la totale reversibilità.
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Elevate proprietà meccaniche
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Direzionalità del rinforzo
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Grande adattabilità di forma
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Bassissima invasività
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Progettabilità totale
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Modesta riduzione di resistenza nel tempo
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Leggerezza dei materiali con ininfluente incremento delle masse
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Elevate caratteristiche anticorrosive
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Minimo ingombro
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SPERIMENTAZIONE E RICERCA
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