ACI 440

i

“The official version of an ACI document is the English version. A translation of an ACI document is for the convenience of users who do not speak English. Care has been taken to ensure that the translation is correct: however, ACI does not guarantee its accuracy. Official interpretation of an ACI document shall be based only on the Eng-lish version.” La lingua ufficiale di qualunque documento edito dall’ACI è l’inglese. Ogni traduzione di uno qualunque di tali documenti è fatta solo ed esclusivamente per comodità dei let-tori che non hanno familiarità con la lingua inglese. La massima attenzione è stata posta nell’assicurare la correttezza e la rispondenza della traduzione al documento originale: tuttavia, l’ACI non può garantire tale accuratezza. L’interpretazione ufficiale di un qua-lunque documento edito dall’ACI dovrà essere fatta solo ed esclusivamente sulla ver-sione in lingua inglese.

ii

NOTA INTRODUTTIVA ALLA TRADUZIONE

L’American Concrete Institute International (ACI), fondato nel 1904, è un’organizzazione internazionale con oltre 30.000 membri che si dedica alla creazione e diffusione della conoscenza delle caratteristiche e dei campi specifici di impiego del calcestruzzo. ACI, tramite la sua struttura organizzativa suddivisa in comitati tecnici, ha prodotto più di 400 documenti nel formato di rapporti, guide, specifiche e normative. Il più rilevante di tali do-cumenti è quello relativo alla normativa per la progettazione di strutture in c.a. e c.a.p. (Building Code Requi-rements for Structural Concrete and Commentary). Questa normativa è riconosciuta con la sigla del comitato che la genera (ACI 318), seguita dall’anno di promulgazione (ad esempio: 96, 99, 02). In quanto segue si farà riferimento alla penultima versione, denominata ACI 318-99.

Di seguito è riportata la versione italiana del documento ACI 440.2R-02, redatto dal Comitato 440 dell’ACI e

pubblicato nel 2002. Alla traduzione del documento hanno partecipato docenti e ricercatori italiani coinvolti nelle attività di ACI Italy Chapter, gruppo italiano di ACI International di recente costituitosi. E’ opportuno rile-vare che la versione in lingua italiana, redatta nella convinzione di offrire un utile servizio ai potenziali utilizza-tori, riporta fedelmente i contenuti del documento originale. Tuttavia, l’ACI Italy Chapter è consapevole che talvolta la traduzione riporta la versione puramente letterale del testo in inglese, non perfettamente adattata ai modi espressivi più tipici della lingua italiana.

Queste brevi note introduttive, non presenti nella versione originale, sono state aggiunte al fine di rendere più

agevole la comprensione del presente documento ai lettori italiani. In particolare di seguito sono forniti i cenni sulla logica di verifica agli Stati Limite insita nelle raccomandazioni dell’ACI, effettuando un confronto con quanto generalmente previsto dalle normative europee ed italiane. Inoltre, è effettuato un confronto tra i termini più ricorrenti nel documento ACI e l’analoga terminologia adoperata in Europa al fine di evitare possibili confu-sioni generate dalla diversa simbologia adottata.

La recente ordinanza ministeriale riguardante le costruzioni in zona sismica (G.U. N. 105) (maggio 2003) ha per la prima volta introdotto in una normativa italiana la possibilità di adoperare - sia pure nel solo caso di inter-venti sugli edifici esistenti, e segnatamente solo per strutture in c.a. - i materiali polimerici fibro-rinforzati, co-munemente indicati con la sigla FRP, acronimo anglosassone di Fiber Reinforced Polymer.

Il documento ACI 440.2R-02 tratta per l’appunto tale argomento e si riferisce all’uso di GFRP, CFRP ed

AFRP, ossia materiali polimerici rinforzati rispettivamente impiegando fibre di vetro (G sta per “glass”), carbo-nio (Carbon) e fibre aramidiche (Aramid).

Le linee guida proposte da ACI constano di 5 parti e 3 appendici; queste ultime riguardano rispettivamente: le proprietà meccaniche delle fibre; il riferimento alle normative ASTM da adoperare nella sperimentazione; l’individuazione dei futuri sviluppi della ricerca nel settore che qui si discute.

Le 5 parti principali, invece, trattano i seguenti argomenti: Parte 1 (capitoli 1 e 2 ) – Generalità; Parte 2 (capitolo 3) – I materiali; Parte 3 (capitoli 4, 5, 6 e 7) – Operazioni di trasporto, stoccaggio, posa in opera e collaudo; Parte 4 (capitoli 8, 9, 10, 11, 12 e 13) – Prescrizioni di progetto; Parte 5 (capitoli 14 e 15) – Esempi di progetto e bibliografia. Gli aspetti progettuali, di cui si parla in queste brevi note informative, sono pertanto presentati nella Parte 4,

ove si fa esplicito riferimento alla normativa ACI 318-99, di cui si è detto in precedenza. Vale la pena sottolineare alcune differenze che intercorrono tra la citata normativa statunitense e le normative

che ad oggi sono adottate in Italia (in particolare ci si riferisce all’Eurocodice 2 ed al D.M. 9/1/1996) per le strutture in c.a. La differenza più evidente riguarda la filosofia di verifica agli stati limite. In particolare, in ac-cordo con quanto prescritto dalle normative nostrane, la verifica si intende soddisfatta quando si ha:

u dR S≥ avendo indicato con Ru la resistenza ultima e con Sd la corrispondente sollecitazione di calcolo.

Ora i valori di Sd sono ottenuti effettuando l’analisi strutturale sotto l’azione di progetto Fd (Parte Generale, §7, D.M. 9/1/1996) ottenuta come combinazione lineare dei valori caratteristici dei carichi agenti (Gk, Pk, Qik), tenendo conto di fattori parziali di sicurezza sui carichi γ (γg, γp, γq, in genere maggiori di 1) e dei coefficienti di combinazione ψ (minori dell’unità).

I valori di Ru allo stato limite ultimo, corrispondono alle resistenze ottenute in accordo a prestabiliti meccani-smi resistenti adoperando i valori di calcolo fd delle resistenze dei materiali, a loro volta ricavati dividendo i valori caratteristici fk per coefficienti parziali sui materiali γm, in genere maggiori di 1.

iii

La norma americana, invece, prevede che venga verificata la seguente disuguaglianza:

unR Sφ ≥

avendo indicato con Rn la resistenza nominale, con φ il fattore di riduzione di tale resistenza e con Su la corri-spondente sollecitazione ultima (di calcolo).

La sollecitazione Su è ottenuta, anche in tal caso, effettuando l’analisi strutturale e amplificando i carichi per-manenti ed accidentali attraverso opportuni coefficienti α (presi pari a 1.4 per i carichi permanenti e 1.7 per quelli accidentali in ACI 318-99). La riduzione sulla resistenza non viene questa volta effettuata dividendo le resistenze caratteristiche dei materiali per i corrispondenti coefficienti parziali γ, bensì effettuando la riduzione direttamente sulle caratteristiche della sollecitazione mediante il richiamato coefficiente φ. I meccanismi resi-stenti secondo i quali valutare le resistenze nominali Rn sono gli stessi previsti dalle normative europee, ma le resistenze dei materiali da utilizzare sono i valori caratteristici.

Queste differenze possono generare anche confusioni connesse alla simbologia adoperata. Ad esempio, in ac-cordo al D.M. 9/1/1996, la verifica allo stato limite ultimo di una membratura inflessa si esegue controllando che:

duM M≥

ossia che il momento ultimo sia maggiore di quello di calcolo; impiegando le ACI 318-99 la stessa verifica ri-chiede che sia soddisfatta la disuguaglianza:

unM Mφ ≥

In questo secondo caso il simbolo Mu sta ad indicare la sollecitazione di calcolo (Md del nostro DM) e non il

valore resistente ultimo! Infine, si vuol fissare l’attenzione su altre lievi differenze nella simbologia adottata che potrebbero dar origine

a qualche confusione. Di frequente in passato nelle nostre normative (ma anche tutt’ora su molti libri di testo) il pedice “f” viene utilizzato per indicare grandezze geometrico-meccaniche riguardanti l’armatura metallica: ac-cade così che con Ef spesso si indica il modulo di Young dell’acciaio, con Af l’area complessiva di tondini ado-perati etc.. Nel presente documento la lettera “f” è adoperata per indicare l’FRP; quindi Ef indicherà il modulo elastico dell’FRP, Af l’area del rinforzo esterno in FRP, etc.. Le analoghe grandezze relative all’acciaio (“steel”) sono indicate con il pedice “s” (Es, As, etc.) coerentemente con la simbologia del D.M. 9/1/96 e dell’Eurocodice 2.

Per ciò che concerne le caratteristiche meccaniche del rinforzo in FRP, nelle due forme di tessuti impregnati in-situ (“manual lay-up”) o lamine pultruse (“pre-cured laminate”), vale la pena solo di ricordare che i valori di tali grandezze (modulo elastico, resistenza ultima, deformazione ultima) così come dedotte da prove standard (in genere ASTM), sono, o meglio dovrebbero essere, chiaramente riportate dal produttore.

Nel caso delle lamine pultruse, questi valori si riferiscono all’area del composito (fibra più resina). Nel caso dei tessuti questi valori si riferiscono o all’area netta delle fibre (tessuto secco) o al composito finale (di nuovo, fibra più resina). Per i tessuti, questa duplicità è il risultato del fatto che con l’impregnazione in-situ non è sem-pre controllabile la quantità (spessore) della resina. In ogni caso, i due metodi portano allo stesso risultato fina-le, perché le proprietà meccaniche sono sempre determinate da test su campioni di lamina e MAI su fibre indivi-duali. Nella valutazione del contributo alla resistenza del rinforzo esterno offerto da più strati di tessuto, si valu-ta l’area complessiva del rinforzo con l’espressione seguente:

ff fA nt w=

dove tf e wf indicano, rispettivamente, spessore e larghezza del singolo strato (impregnato o non, in funzione della scelta delle proprietà meccaniche) ed n è il numero di strati applicati nell’intervento. Per il quadro comple-to della simbologia riportata nel documento in oggetto si rimanda al § 1.5.

Nella lettura del testo si troveranno spesso riferimenti a documenti e norme di associazioni statunitensi quali ACI, ASTM, ICRI etc.. Tali riferimenti sono menzionati alla fine del testo nel CAPITOLO 15.

Si fa presente, inoltre, che ogni riferimento al sistema di misura inglese (in-lb) è stato omesso e che, pertanto, tabelle, diagrammi ed equazioni sono, tutte, espresse nel Sistema Internazionale (SI).

Preme infine sottolineare che, qualora si incontrassero termini in lingua inglese volutamente non tradotti in i-taliano se ne potrà trovare una loro spiegazione nel § 1.4 relativo alle definizioni ed acronimi.

iv

L’ACI Italy Chapter ha formato un comitato tecnico per la traduzione dall’inglese all’italiano di questo docu-mento presieduto da Antonio Nanni, Renato Parretti, Andrea Prota e Roberto Realfonzo.

Di seguito si riporta la lista completa dei docenti e ricercatori che hanno contribuito alla traduzione:

Vincenza Antonucci Enzo Martinelli Paolo Casadei Rosario Montuori

Francesca Ceroni Antonio Nanni Marco Di Ludovico Emidio Nigro

Veronica Grasso Renato Parretti Gian Piero Lignola M. Rosaria Pecce Gennaro Magliulo Andrea Prota Giancarlo Marcari Roberto Realfonzo

BIBLIOGRAFIA CITATA NELLA NOTA INTRODUTTIVA

Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri, 20 Marzo 2003; “Primi elementi in materia di criteri ge-nerali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica”, Pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale N. 105 dell’8 Maggio 2003.

D.M.LL.PP. del 09/01/1996; “Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture in c.a., normale e precompresso e per le strutture metalliche”.

Eurocodice 2

440.2R-1

ACI 440.2R-02 Tecnologie Emergenti

Guida per il Progetto e la Costruzione di Strutture in Cemento Armato Rinforzate

Esternamente con Sistemi in FRP Documento a cura del Comitato 440 dell’ACI

Sami H. Rizkalla

Presidente John P. Busel

Segretario Charles E. Bakis Ali Ganjehlou Damian I. Kachlakev Morris Schupack P.N. Balaguru Duane J. Gee Vistasp M. Karbhari David W. Scott

Craig A. Ballinger T. Russell Gentry Howard S. Kliger Rajan Sen Lawrence C. Bank Arie Gerritse James G. Korff Mohsen A. Shahawy Abdeldjelil Belarbi Karl Gillette Michael W. Lee Carol K. Shield

Brahim Benmokrane William J. Gold* Ibrahim Mahfouz Khaled A. Soudki Gregg J. Blaszak* Charles H. Goodspeed, III Henry N. Marsh, Jr. Luc R. Taerwe

Gordon L. Brown, Jr. Nabil F. Grace Orange S. Marshall Jay Thomas Vicki L. Brown Mark F. Green Amir Mirmiran Houssam A. Toutanji

Thomas I. Campbell Mark E. Greenwood Ayman S. Mosallam Taketo Uomoto Charles W. Dolan Doug D. Gremel Antoine E. Naaman Miroslav Vadovic

Dat Duthinh Michael S. Guglielmo Antonio Nanni David R. Vanderpool Rami M. El Hassan Issam Elias Harik Kenneth Neale Milan Vatovec

Salem S. Faza Mark P. Henderson Edward F. O’Neil, III Stephanie L. Walkup Edward R. Fyfe Bohdan N. Horeczko Max L. Porter David White David M. Gale Srinivasa L. Iyer

*Co-Chairs del sottocomitato che hanno preparato questo documento. Nota: Il Comitato ringrazia Paul Kelley per il contributo dato alla stesura del documento.

I sistemi in materiale composito (FRP, Fiber-reinfortced pol-ymer) per il rinforzo di strutture in calcestruzzo stanno emer-gendo come valida alternativa alle tecniche di rinforzo tradi-zionali come il placcaggio con piatti in acciaio, l’allargamento di sezione e la precompressione esterna. I sistemi di rinforzo in materiale composito usano gli FRP come ulteriore elemento di rinforzo da applicare esternamente all’elemento. I sistemi in FRP offrono vantaggi rispetto ai metodi tradizionali: sono leggeri, relativamente facili da installare e resistenti alla cor-rosione. A causa delle particolari caratteristiche degli FRP, specifiche linee guida sono necessarie per l’analisi e la com-prensione del comportamento di elementi rinforzati con questi sistemi.

ACI 440.2R-02 è in uso dal Luglio, 2002. Copyright © 2002, American Concrete Institute. Tutti i diritti riservati. E’ vietata la riproduzione anche parziale in

qualsiasi forma e con qualsiasi mezzo (comprese fotocopie e micro-film).

ACI incoraggia lo sviluppo e l’appropriato impiego di tecnologie nuove ed emergenti attraverso la pubblicazione della serie delle Te-cnologie Emergenti. Questa serie presenta informazioni e raccomandazioni basate su dati e test disponibili in letteratura, su una limi-tata esperienza ottenuta con applicazioni pratiche e sulle opinioni dei membri del Comitato. Le informazioni e raccomandazioni conte-nute nella guida possono essere meno sviluppate e comprovate rispetto a quelle relative ad una più matura tecnologia. Questo docu-mento identifica aree nelle quali le informazioni citate non sono ritenute del tutto sviluppate e individua la direzione che le future ricer-che dovrebbero seguire. I professionisti che usano questo documento devono essere in grado di capirne le limitazioni ed utilizzare la loro capacità di giudizio critica tutte le volte che si preveda l’impiego di questa tecnologia emergente.

Tutti i documenti e i commentari prodotti dall’ACI sono intesi come guide per programmare, progettare, eseguire ed ispezionare una struttura. Questo documen-to può essere usato da chiunque sia in grado di com-prendere i concetti e i limiti in esso contenuti e che sia disposto ad assumersi la responsabilità per l’applicazio-ne di questa tecnologia emergente. L’American Concre-te Institute non è responsabile dei contenuti del docu-mento e non è perseguibile in caso di danni derivanti dal suo utilizzo.

Il riferimento a questo documento non è permesso nei documenti contrattuali. Se le informazioni presenti in questa guida sono ritenute meritorie di menzione da parte del progettista nei documenti contrattuali, esse devono essere riformulate in linguaggio prescrittivo e successivamente inglobate nei documenti contrattuali.

440.2R-2 ACI COMMITTEE REPORT

Questo documento offre informazioni di carattere generale relative allo sviluppo storico e all’impiego degli FRP come materiale di rinforzo; descrive le caratteristiche dei materiali in FRP ed offre le interpretazioni e le raccomandazioni che il Comitato ha sviluppato sul progetto, l’esecuzione, e l’ispezione per il rinforzo esterno di strutture in calcestruzzo. Le linee guida qui riportate sono fondate sulla conoscenza guadagnata in tutto il mondo attraverso ricerche di laboratorio, lavori analitici e applicazioni pratiche di sistemi in FRP usati per il rinforzo esterno di strutture in calcestruzzo. Parole chiave: fibre aramidiche; ponti; edifici; fibre di carbo-nio; calcestruzzo; corrosione; ampiezza delle fessure; fessura-zione; cicli di carico; abbassamenti; lunghezza di ancoraggio; resistenza sismica; fatica; fiber-reinforced polymer; flessione; fibre di vetro; taglio; tensioni, analisi strutturale; progetto; torsione.

INDICE PARTE 1 – GENERALE.........................................3

CAPITOLO 1 – INTRODUZIONE ................................. 3 1.1 – Scopo e limitazioni ...................................... 3 1.2 – Applicazione e utilizzo ................................ 4 1.3 – Utilizzo di sistemi in FRP............................ 5 1.4 – Definizioni ed acronimi ............................... 6 1.5 – Notazioni ..................................................... 8

CAPITOLO 2 – INFORMAZIONI PRELIMINARI.... 10 2.1 – Evoluzione Storica..................................... 10 2.2 – Sistemi di rinforzo esterno in FRP disponibili sul mercato.......................................................... 10

PARTE 2 – MATERIALI .......................................11 CAPITOLO 3 – MATERIALI COSTITUENTI E PROPRIETA’…….......................................................... 11

3.1 – Materiali costituenti ................................... 11 3.2 – Proprietà fisiche......................................... 12 3.3 – Proprietà meccaniche................................. 12 3.4 – Comportamento nel tempo......................... 13 3.5 – Durabilità ................................................... 14 3.6 – Qualificazione dei sistemi in FRP.............. 15

PARTE 3 – REQUISITI COSTRUTTIVI................15 CAPITOLO 4 – TRASPORTO, STOCCAGGIO ED USO………………………………………………………15

4.1 – Trasporto.................................................... 15 4.2 – Stoccaggio ................................................. 15 4.3 – Uso............................................................. 15

CAPITOLO 5 – INSTALLAZIONE.............................. 16 5.1 – Qualifiche dell’installatore ........................ 16 5.2 – Considerazioni ambientali ......................... 16 5.3 – Attrezzature ............................................... 16 5.4 – Preparazione superficiale........................... 16 5.5 – Mescolamento delle resine......................... 17 5.6 – Applicazione dei materiali costituenti il rinforzo ............................................................... 18 5.7 – Allineamento degli FRP ............................ 19 5.8 – Strati multipli e lunghezze di ancoraggio .. 19 5.9 – Polimerizzazione delle resine .................... 19 5.10 – Protezione temporanea............................. 19

CAPITOLO 6 – ISPEZIONE, VALUTAZIONE ED ACCETTAZIONE.......................................................... 19

6.1 – Ispezioni .....................................................19 6.2 – Verifica e accettazione ...............................20

CAPITOLO 7 – MANUTENZIONE E RIPARAZIONE….......................................................... 21

7.1 – Considerazioni generali ..............................21 7.2 – Ispezioni .....................................................21 7.3 – Riparazione del sistema di rinforzo ............21 7.4 – Riparazione del manto protettivo ...............22

PARTE 4 – LINEE GUIDA PER IL PROGETTO .22 CAPITOLO 8 – CONSIDERAZIONI GENERALI PER IL PROGETTO…. ......................................................... 22

8.1 – Filosofia di progetto ...................................22 8.2 – Limiti del rinforzo ......................................22 8.3 – Scelta del sistema in FRP più idoneo .........24 8.4 – Valori di progetto delle proprietà meccaniche dei sistemi in FRP ...............................................25

CAPITOLO 9 – RINFORZO A FLESSIONE............... 26 9.1 – Considerazioni generali ..............................26 9.2 – Resistenza nominale ...................................27 9.3 – Duttilità.......................................................28 9.4 – Stato limite di esercizio ..............................28 9.5 – Rottura per creep e limiti tensionali per fatica 28 9.6 – Sezione rettangolare a semplice armatura ..29

CAPITOLO 10 – RINFORZO A TAGLIO................... 31 10.1 – Considerazioni generali ............................31 10.2 – Schemi di fasciatura .................................31 10.3 – Resistenza nominale .................................32 10.4 – Contributo del rinforzo in FRP alla resistenza a taglio ................................................32

CAPITOLO 11 – SFORZO NORMALE CENTRATO ED INCREMENTO DELLA DUTTILITA’................. 33

11.1 – Compressione assiale................................33 11.2 – Rinforzo a trazione ...................................35 11.3 – Duttilità.....................................................35

CAPITOLO 12 – DETTAGLI PER IL RINFORZO.... 36 12.1 – Aderenza e delaminazione........................36 12.2 – Le sovrapposizioni ...................................36

CAPITOLO 13 – DISEGNI ESECUTIVI E DOCUMENTI DI PROGETTO .................................... 37

13.1 – Norme per il progetto ...............................37 13.2 – Disegni esecutivi e specifiche di progetto 38 13.3 – Documenti di progetto..............................38

PARTE 5 – ESEMPI PROGETTUALI ..................39 CAPITOLO 14 – CASI SVOLTI ................................... 39

14.1 – Calcolo della resistenza a trazione di un sistema in FRP considerando l’area netta delle fibre e l’area totale del laminato ..........................39 14.2 – Calcolo della resistenza a trazione di sistemi wet lay-up e pre-cured in FRP.............................39 14.3 – Rinforzo a flessione di una trave interna in c.a… ....................................................................41 14.4 – Rinforzo a taglio di una trave interna a T in c.a… ....................................................................44

PROGETTO E COSTRUZIONE DI SISTEMI IN FRP PER IL RINFORZO ESTERNO 440.2R-3

14.5 – Rinforzo a taglio di una colonna esterna in c.a….................................................................... 46

CAPITOLO 15 – BIBLIOGRAFIA ............................... 48 15.1 – Codici e normative................................... 48 15.2 – Bibliografia citata nel documento............ 49 15.3 – Ulteriore bibliografia ............................... 52

PARTE 6 - APPENDICI ........................................53 APPENDICE A – PROPRIETA’ DELLE FIBRE DI CARBONIO, VETRO E ARAMIDE ............................. 53 APPENDICE B – SOMMARIO DELLE METODOLOGIE DI PROVA STANDARD ................ 54 APPENDICE C – RICERCHE FUTURE ..................... 54

PARTE 1 – GENERALE

CAPITOLO 1 – INTRODUZIONE Il rinforzo o la riabilitazione di strutture in c.a. esisten-

ti, sia nel caso di incrementi dei carichi di progetto, che per sopperire ad un livello di danno esistente, o ancora, per incrementare la duttilità strutturale, sono stati tradi-zionalmente realizzati impiegando materiali e tecniche convenzionali. Alcune delle tecniche tradizionalmente impiegate prevedono l’applicazione esterna di piatti in acciaio, l’incamiciatura mediante calcestruzzo o profilati metallici e l’utilizzo di cavi esterni post-tesi.

I materiali compositi nati dal connubio di fibre e di una matrice di resina polimerica, anche noti come poli-meri fibro-rinforzati (FRP), sono emersi, di recente, co-me un’alternativa alle tecniche tradizionali, che preve-dono l’uso di materiali convenzionali. Nello spirito di questo documento, per “sistema in FRP” si intende il sistema costituito dalle fibre e dalle resine che costitui-scono il laminato vero e proprio, dalle resine utilizzate per l’incollaggio del laminato al supporto in calcestruz-zo, e dagli eventuali manti di protezione del rinforzo. I manti di protezione utilizzati esclusivamente per motivi estetici non sono considerati parte del sistema in FRP.

I materiali in FRP presentano caratteristiche di legge-rezza, resistenza alla corrosione ed un’elevata resistenza a trazione. Sono disponibili in svariate forme, dai lami-nati prodotti mediante un processo industriale ai tessuti non impregnati che possono essere facilmente applicati a elementi di forma qualsiasi a cui sono resi aderenti attra-verso l’applicazione di resine polimeriche. Il modesto spessore del sistema in FRP lo rende preferibile in quelle applicazioni dove è necessario salvaguardare l’aspetto estetico non modificando la fruizione degli spazi.

Il crescente interesse nei confronti dei materiali in FRP per il rinforzo e la riabilitazione strutturale è attri-buibile a numerosi fattori. Sebbene il costo di tali mate-riali sia elevato rispetto a quelli tradizionali, quali calce-struzzo e acciaio, i costi di manodopera e di attrezzature per la loro installazione risultano spesso inferiori. I mate-riali in FRP possono inoltre essere utilizzati in zone di difficile accesso in cui le tecniche tradizionali potrebbero risultare di difficile applicazione: ad esempio, nel caso del rinforzo dell’intradosso di una soletta in corrispon-

denza della zona di passaggio degli impianti tecnologici. La conoscenza, derivante da studi di ricerca a livello

mondiale, da analisi teoriche, e da applicazioni pratiche dei sistemi in FRP, costituisce la base di questo docu-mento. Le indicazioni contenute in questo documento forniscono procedure progettuali che tengono conto della novità nell’impiego dei materiali compositi e quindi for-niscono margini di sicurezza più elevati di quanto avvie-ne in analoghi documenti che trattano materiali conven-zionali.

Le problematiche per le quali sono necessarie ulteriori approfondimenti sono evidenziate nell’APPENDICE C.

1.1 – Scopo e limitazioni Il presente documento fornisce una guida per la scelta,

la progettazione e l’applicazione di sistemi in FRP per il rinforzo di strutture in c.a.. Inoltre, nel testo sono riporta-te informazioni utili concernenti le proprietà dei materia-li, il controllo di qualità e la manutenzione dei sistemi in FRP utilizzati per il rinforzo. Tali indicazioni possono essere adoperate per la scelta di un sistema in FRP aven-te la funzione, per citare un esempio, di incrementare la resistenza o la rigidezza di travi in c.a. o la duttilità di colonne.

Il lavoro di ricerca svolto in tale settore negli ultimi vent’anni è alla base del presente documento. Esso in-clude studi analitico-sperimentali ed applicazioni prati-che di rinforzo strutturale. Le procedure di progettazio-ne, basate sulle conoscenze derivanti dagli studi menzio-nati, come detto, considerano margini di sicurezza ade-guati alla novità della tecnologia. Tuttavia, è importante sottolineare che queste procedure, in molteplici casi, non sono state completamente sviluppate e testate. Col tempo se ne prevede la loro rielaborazione al fine di incremen-tarne l’accuratezza. Per il momento, è importante evi-denziare le aree del documento che richiedono ulteriori approfondimenti.

L’elevata durabilità e le prestazioni nel tempo dei ma-teriali in FRP sono state e sono tutt’ora oggetto di ricer-ca. Risulta ancora difficile predire il comportamento nel tempo dei sistemi di rinforzo realizzati con materiali in FRP in quanto non sono al momento disponibili dati riguardanti le prestazioni nel lungo termine. Le linee guida di progetto qui riportate tengono conto della dura-bilità e del degrado legato a fattori ambientali utilizzan-do coefficienti di riduzione scelti in base alle caratteristi-che dell’ambiente, mentre i fenomeni di fatica e defor-mazione viscosa sono considerati ponendo limitazioni sui valori delle tensioni di lavoro. Futuri sviluppi nella ricerca condurranno alla modifica di tali coefficienti di riduzione ed ad una più appropriata definizione delle condizioni ambientali e di carico ai quali tali coefficienti si riferiscono. Anche l’interazione tra le condizioni am-bientali e di carico richiede ulteriori approfondimenti. Particolare cautela deve essere osservata nel caso di ap-plicazioni in condizioni ambientali e di carico estreme

Il presente documento fornisce indicazioni solo per quei materiali in FRP per i quali i fattori ambientali non influenzano il valore del modulo elastico a trazione con-siderato in fase progettuale. Tipicamente, per i sistemi in


FRP il modulo elastico non è influenzato dalle condizio-ni ambientali. Tuttavia, vi possono essere delle fibre, resine, o una combinazione di esse per cui tale conside-razione non è valida.

L’attenzione della ricerca è spesso focalizzata su pro-blematiche relative all’aderenza tra il sistema in FRP ed il supporto in c.a..

Nel caso di rinforzo a flessione e a taglio possono a-versi meccanismi di rottura per distacco che governano la resistenza dell’elemento rinforzato. Benché la gran parte dei meccanismi di rottura prematura siano oggi noti, è necessario sviluppare metodi e modelli più accu-rati per la loro previsione. Le procedure di progetto im-pongono significativi limiti sul livello di deformazione raggiungibile nel materiale FRP (e dunque sul livello tensionale) per tenere conto, in modo cautelativo, delle modalità di rottura prematura suddette. E’ prevedibile che in futuro vi siano disponibili procedure di progetto che tengano conto direttamente delle modalità di rottura premature

Il documento fornisce indicazioni per una definizione appropriata dei dettagli costruttivi e delle tecniche di applicazione dei sistemi in FRP, tali da prevenire crisi dovute a rotture premature. Le fasi di preparazione del supporto e l’ancoraggio del sistema in FRP sono di fon-damentale importanza per il raggiungimento dei livelli di resistenza predetti dalle procedure del presente docu-mento. Alcune ricerche sono state condotte sui vari me-todi di ancoraggio ed è importante sottolineare, tuttavia, che esso è di difficile realizzazione essendo i materiali compositi fragili ed anisotropi. Per tale motivo, ogni metodologia di ancoraggio andrebbe attentamente valu-tata prima dell’applicazione.

Le formule di progetto, fornite nel presente documen-to, derivano da studi sperimentali condotti principalmen-te su elementi di dimensioni moderate mentre non sono state eseguite prove su elementi di grosse dimensioni. Di conseguenza è necessaria particolare cautela in tutti quei casi che riguardano rinforzi di strutture molto gran-di o nelle zone di estinzione1 degli elementi strutturali.

Questo documento riguarda solamente il rinforzo uti-lizzato per garantire incrementi della resistenza a trazio-ne. In generale non si raccomanda l’utilizzo di tali siste-mi per il rinforzo a compressione agente nella direzione delle fibre, sebbene i materiali in FRP siano in grado di sopportare tali sforzi. I problemi per i quali è preferibile evitare di considerare il contributo a compressione degli FRP riguardano sia fenomeni di micro-instabilità delle fibre che analoghi fenomeni di instabilità dei laminati derivanti da deficienze nell’ancoraggio al supporto in calcestruzzo. Il documento non prende in considerazione le problematiche relative ai processi di produzione, con-trollo di qualità e manutenzione relative all’uso dei ma-teriali compositi, né sono prese in analisi le indicazioni relative alla progettazione di tali processi.

Questo documento non riguarda le applicazione al ca-

1 Le zone di estinzione sono rappresentate dalle regioni di un ele-mento strutturale nelle quali non è applicabile la teoria del De Saint Venant.

so delle murature (blocchi di calcestruzzo, laterizi e mat-toni in argilla). Tuttavia la ricerca ha mostrato che i si-stemi in FRP possono essere utilizzati per il rinforzo di elementi in muratura e numerose indicazioni contenute nel presente documento potrebbero essere applicate a tali casi (Trantafillou 1998b; Ehsani et al. 1997; e Marshall et al. 1999).

1.2 – Applicazione e utilizzo I sistemi in FRP possono essere utilizzati sia per il

consolidamento o per il ripristino della resistenza di e-lementi strutturali danneggiati che per la riabilitazione o il rinforzo di elementi strutturali nel caso in cui sia ne-cessario procedere ad una variazione di destinazione d’uso o porre rimedio ad errori progettuali o di costru-zione. Prima ancora di definire il tipo di sistema in FRP, il progettista dovrebbe valutare se è il caso di adoperare un tale sistema per il rinforzo della struttura in oggetto.

Per la valutazione dell’affidabilità del sistema in FRP per una specifica applicazione, il progettista dovrebbe effettuare un’analisi della struttura esistente, valutandone la capacità di sopportare i carichi, le carenze strutturali e le cause ad esse connesse, e la condizione del supporto in calcestruzzo. L’analisi dovrebbe includere un’indagi-ne diagnostica, la revisione del progetto o dello stato di fatto della costruzione, ed una analisi strutturale in base a quanto prescritto nel documento ACI 364.1R. La do-cumentazione della struttura esistente dovrebbe essere a-nalizzata, prendendo in considerazione i disegni, le spe-cifiche progettuali, la tipologia costruttiva, le informa-zioni relative alle prove effettuate sulla struttura, ai con-solidamenti realizzati, ed alla manutenzione dell’edificio nel tempo. Il progettista dovrebbe effettuare indagini sull’edificio secondo quanto definito nella documenta-zione ACI 437R o altri documenti disponibili. La resi-stenza a trazione del calcestruzzo, relativamente allo strato superficiale laddove sarà applicato il sistema in FRP, deve essere valutata conducendo una prova di “pull-off” in accordo con l’ACI 503R. Inoltre, le indagi-ni diagnostiche dovrebbero riguardare:

• Dimensioni degli elementi strutturali esistenti; • Posizione, dimensioni, e cause delle lesioni e dei di-

stacchi del calcestruzzo; • Posizione ed estensione della corrosione delle arma-

ture; • Quantità e posizionamento dell’armatura; • Resistenza a compressione del calcestruzzo; • Integrità del calcestruzzo, specialmente del coprifer-

ro, con particolare attenzione per le zone del suppor-to dove il sistema in FRP sarà installato.

La capacità portante va determinata con metodi anali-tici, o con altri metodi affidabili, sulla base delle infor-mazioni derivanti dalle indagini diagnostiche, dai calcoli e dai disegni di progetto. Se ritenute necessarie, si pos-sono effettuare prove di carico o d’altro tipo durante la procedura di valutazione.

Il progettista deve consultare la letteratura disponibile e trarre informazioni utili dai produttori dei materiali in FRP, in modo da assicurarsi che il sistema in FRP scelto


ed l’eventuale manto protettivo siano adeguati alle esi-genze specifiche del caso in esame.

1.2.1 Limiti del rinforzo – Una parte di progettisti e produttori di materiali in FRP raccomandano di limitare l’incremento di capacità portante che può essere ottenuto utilizzando gli FRP. La filosofia che sta dietro a questo suggerimento implica che la perdita del rinforzo esterno in FRP non dovrebbe causare il collasso dell’elemento. Indicazioni specifiche, tra cui quelle relative alla combi-nazione di carichi per l’analisi dell’elemento in cui si è perso il rinforzo in FRP, sono presenti nella PARTE 4.

I sistemi in FRP utilizzati per incrementare la resisten-za di elementi esistenti dovrebbero essere progettati se-guendo le indicazioni della PARTE 4; esse includono un’esaustiva discussione sulle limitazioni all’incremento dei carichi, gli effetti che la temperatura e i fattori am-bientali hanno sugli FRP e l’importanza che le condizio-ni delle armature in acciaio rivestono sull’integrità del sistema composito finale.

1.2.2 Sicurezza all’incendio – Le strutture rinforzate con sistemi in FRP devono rispettare le normative relati-ve agli edifici e a quelle antincendio. Le percentuali di diffusione di fumo e fiamme libere devono essere deter-minate in base al documento ASTM E 84. Al fine di ridurre la diffusione di fumo e fiamme si possono utiliz-zare dei manti protettivi. Si assume che la resistenza dei sistemi in FRP si annulli durante un incendio, conside-rando la bassa resistenza di tali materiali alle alte tempe-rature. Per tale motivo l’elemento strutturale, privo del rinforzo, deve essere in grado di sopportare i carichi du-rante l’incendio. Le indicazioni relative alla combinazio-ne di carico e alla metodologia di calcolo della resistenza all’incendio sono riportate nella PARTE 4 di questo do-cumento.

1.2.3 Massima temperatura in fase di esercizio – Le caratteristiche fisiche e le proprietà meccaniche delle resine che costituiscono il sistema in FRP sono influen-zate dalla temperatura e, al di sopra della temperatura - indicata con Tg - che segna il passaggio allo stato vetro-so, si verificano danni permanenti nel materiale. La tem-peratura Tg segna il passaggio della resina da uno stato rigido-fragile ad uno stato plastico. Tale passaggio si traduce in un degrado delle proprietà del laminato. La temperatura Tg è propria di ogni sistema FRP e varia da 60 a 80 °C per i sistemi FRP comunemente esistenti in commercio. La temperatura massima di servizio di un materiale in FRP non dovrebbe eccedere tale valore di Tg fornito dal produttore.

1.2.4 Minimo valore di resistenza del supporto in cal-cestruzzo – I sistemi in FRP sono efficaci solo se appli-cati su calcestruzzo integro e non dovrebbero essere uti-lizzati per applicazioni su elementi strutturali contenenti barre d’armatura corrose o calcestruzzo ammalorato, a meno che il supporto non sia riparato secondo le indica-zioni riportate più avanti nella Sezione 5.4. L’entità del degrado del calcestruzzo così come il deterioramento e la corrosione delle armature esistenti devono essere at-tentamente considerati e valutati prima dell’applicazione del sistema in FRP. Alcune cause di degrado del calce-struzzo possono essere imputate alle reazioni alcaline,

alla formazione di ettringite, alla carbonatazione, alla fessurazione longitudinale causata dalla corrosione delle barre di acciaio e alla fessurazione interlaminare in cor-rispondenza delle barre di rinforzo.

Lo stato e la resistenza del supporto in calcestruzzo devono essere attentamente valutati per decidere sull’i-doneità del rinforzo esterno con i materiali compositi. L’aderenza tra il materiale di rinforzo ed il supporto in calcestruzzo dovrebbe soddisfare le raccomandazioni dell’ACI 503R o della Sezione 3.1 della Guida ICRI Nu-mero 03733.

La resistenza del supporto in calcestruzzo esistente è di fondamentale importanza per tutte quelle applicazioni in cui l’aderenza è un parametro essenziale; tra esse pos-sono certamente essere menzionati i rinforzi a flessione e a taglio. Il calcestruzzo deve essere caratterizzato da una resistenza tale da garantire il trasferimento, per aderenza appunto, degli sforzi dal rinforzo esterno in FRP alla sezione in c.a.. La resistenza minima, risultante dalla prova di pull-off come definito nell’ACI 503R o nel-l’ASTM D4541, dovrebbe essere pari ad almeno 1.4 MPa. Il rinforzo mediante sistemi in FRP non dovrebbe essere effettuato nel caso in cui la resistenza a compres-sione (f’c) del supporto di calcestruzzo sia minore di 17 MPa. Per applicazioni in cui l’aderenza non è essenziale ed è solo necessario un contatto intimo tra calcestruzzo e materiale di rinforzo come, ad esempio, le fasciature di colonne e pilastri, tali limitazioni possono essere trascu-rate. In tali applicazioni, lo stato tensionale e deformati-vo dell’FRP è causato dalla deformazione laterale o dila-tazione della sezione di calcestruzzo.

L’uso di sistemi in FRP non arresta eventuali processi corrosivi già in atto nell’armatura in acciaio al tempo dell’installazione del rinforzo esterno. Qualora la corro-sione dell’acciaio o il degrado del supporto in calce-struzzo siano evidenti, l’applicazione dell’FRP non è consigliata a meno che tali fenomeni non siano adegua-tamente prevenuti.

1.3 – Utilizzo di sistemi in FRP Il presente documento si riferisce a sistemi in FRP di-

sponibili in commercio che consistono nella particolare combinazione di fibre e resine applicati mediante speci-fiche procedure. Tali sistemi nascono dallo sviluppo di tecnologie che si fondano sulla caratterizzazione dei ma-teriali e su prove sperimentali. Combinazioni di fibre e resine non testate in laboratorio potrebbero dar luogo sia a proprietà diverse da quelle pubblicizzate che a incom-patibilità tra i materiali. Ogni sistema in FRP deve essere verificato mediante una caratterizzazione derivante da prove sperimentali in modo da garantire le prestazioni del sistema in applicazioni simili, anche per metodo di applicazione.

In ogni caso, è raccomandabile l’applicazione di si-stemi in FRP che si fondano su test di caratterizzazione dei materiali e su prove sperimentali. L’uso di sistemi non comprovati sperimentalmente deve essere evitato. A tutt’oggi sono in fase di sviluppo metodologie di analisi per sistemi in FRP a cura di diverse organizzazioni tra cui ASTM, ACI, ICRI e ISIS (Intelligent Sensing for


Innovative Structures). Alcune di tali metodologie di-sponibili sono riportate nell’APPENDICE B.

1.4 – Definizioni ed acronimi Le definizioni (in inglese e italiano) riportate in segui-

to chiariscono i termini relativi ai sistemi in FRP che non sono comunemente utilizzati per il c.a.. Tali definizioni sono relative a questo documento e non necessariamente applicabili ad altri documenti dell’ACI.

AFRP - polimero rinforzato con fibre aramidiche. (Batch) Lotto - Quantità di materiale miscelato istan-

taneamente o durante un processo continuo. (Binder) Legante - Trattamento chimico applicato a

fibre distribuite in modo casuale, in modo da garantire integrità a relativi tessuti, matasse e strati. Specifici tipi di leganti si utilizzano per favorire la compatibilità chi-mica con le numerose resine utilizzate.

(Bond-critical application) Applicazioni critiche per l’aderenza - Applicazioni di sistemi in FRP per il rinforzo di elementi strutturali basati sull’aderenza tra tali materiali ed il supporto in calcestruzzo. Ad esempio si può menzionare il rinforzo a flessione e a taglio di travi e solette.

(Catalyst) Catalizzatore - Una sostanza che accelera una reazione chimica e ne consente l’avanzamento in condizioni più favorevoli di quelle richieste. Tale so-stanza non viene modificata dalla reazione stessa. Vede-re anche Attivatori o Indurenti.

CFR - Codice di Normative Federali. CFRP - Polimero rinforzato con fibre di carbonio (tra

cui polimeri rinforzati con grafite). (Composite) Materiale Composito - Una combina-

zione di due o più materiali differenti in forma e compo-sizione su scala macroscopica. Nota: I materiali costi-tuenti mantengono le proprie caratteristiche, nel senso che non si disciolgono o si fondono completamente l’uno nell’altro, sebbene agiscano in modo combinato. I componenti possono essere, dunque, identificati, ed è possibile individuare una superficie di interfaccia.

(Concrete substrate) Supporto in Calcestruzzo - Il supporto è costituito dal calcestruzzo esistente e da qual-siasi materiale cementizio utilizzato per consolidare o ripristinare il calcestruzzo esistente. Il supporto può es-sere costituito solo da materiale esistente, solo da quello utilizzato per il ripristino, o da una combinazione di en-trambi. Il supporto include la superficie su cui si applica il sistema in FRP.

(Contact-critical applications) Applicazioni critiche per contatto - Applicazioni di sistemi in FRP basati sul contatto tra il supporto in calcestruzzo ed i materiali FRP. Generalmente, tali applicazioni consistono in in-terventi di fasciatura realizzata mediante l’uso di mate-riali compositi lungo l’intero perimetro della sezione. Frequentemente, in tali casi l’aderenza tra il supporto in calcestruzzo ed il sistema in FRP è garantita per rendere più agevole l’applicazione, ma non si fa affidamento su di essa per assicurare le prestazioni richieste al sistema. Un esempio di tali applicazioni è il confinamento di co-lonne in zona sismica.

(Creep-rupture) Rottura per creep - Riduzione gra-

duale in funzione del tempo della resistenza a trazione per condizioni di carico continue che conducono alla crisi della sezione.

(Cross-link) Reticolazione – Legame chimico tra mo-lecole dei polimeri. Nota: All’aumentare del numero dei legami per molecola di polimero, la resistenza ed il mo-dulo elastico aumentano a spese della duttilità.

(Cure of FRP systems) Polimerizzazione dei sistemi in FRP - Il processo che induce una variazione irrever-sibile delle proprietà delle resine termoindurenti a segui-to di reazioni chimiche. La polimerizzazione prevede solitamente l’aggiunta di agenti che favoriscono la reti-colazione o iniziatori con o senza l’azione di calore e pressione. Si ha polimerizzazione completa quando la resina raggiunge specifiche proprietà; d’altra parte la polimerizzazione risulta incompleta qualora non si ot-tengano tali proprietà.

(Curing agent) Agente di polimerizzazione - Agente catalizzatore o reagente che, aggiunto ad una resina, ne induce la polimerizzazione. Possono definirsi anche in-durenti o attivatori.

(Debonding) Delaminazione - Distacco in corrispon-denza dell’interfaccia tra il supporto ed il materiale ap-plicato.

(Degradation) Degrado - Degrado delle proprietà meccaniche del materiale.

(Delamination) Delaminazione - Distacco lungo una direzione parallela alla superficie dell’elemento; un e-sempio è la separazione tra gli strati che costituiscono il sistema in FRP.

(Development length, FRP) Lunghezza di ancorag-gio dell’FRP - lunghezza necessaria per il trasferimento delle tensioni dal calcestruzzo al materiale in FRP, in modo da garantire lo sviluppo della capacità del sistema in FRP. Tale lunghezza è funzione della resistenza del calcestruzzo e della rigidezza del rinforzo in FRP.

(Durability, FRP) Durabilità, FRP - La capacità di un materiale di resistere ad agenti ambientali, ad attacchi chimici, all’abrasione e ad altre condizioni che si potreb-bero verificare in fase di esercizio.

(E-glass) Vetro-E - Tipologia di materiale vetroso, avente come composizione borosilicato di allumina e calcio con un contenuto alcalino al massimo pari al 2.0%. Tale fibra è utilizzata per il rinforzo dei polimeri.

(Epoxy) Epossidica - Polimero termoindurente pro-dotto della reazione di una resina epossidica con un in-durente amminico. (Vedere anche Resina Epossidica).

(Epoxy resin) Resina Epossidica - Sostanze organi-che utilizzate per la produzione di rivestimenti speciali o adesivi per il calcestruzzo come leganti in malte di resine epossidiche e calcestruzzo.

(Fabric) Tessuto - Tessuto bidimensionale costituito da fibre. Il tessuto può essere intrecciato, non intrecciato, in forma di maglia o cucito. Molteplici strati di tessuto possono essere cuciti tra di loro. Le caratteristiche del tessuto sono influenzate dalle proprietà e dalla direzione delle fibre nonché dalle modalità di realizzazione del tessuto stesso.

(Fiber) Fibra – Qualsiasi oggetto di forma filiforme naturale o sintetico di origine minerale o organica. Nota:


Tale termine è solitamente riferito ad elementi caratte-rizzati da una lunghezza almeno 100 volte più grande del diametro.

(Fiber, aramid) Fibra aramidica - Fibre organiche fortemente orientate derivanti da poliammidi aventi anel-li aromatici.

(Fiber, carbon) Fibra di Carbonio - Fibra prodotta mediante un processo di riscaldamento di un materiale contenente una elevata percentuale di carbonio, come rayon, polyacrylonitrile (PAN) o pece in ambiente inerte.

(Fiber, glass) Fibra di Vetro - Fibra ottenuta dalla fusione di un prodotto inorganico che è raffreddato senza il processo di cristallizzazione. Tali fibre si suddividono in quelle alcalino-resistenti (Vetro-AR), fibre di utilizzo generico (Vetro-E), ed ad alta resistenza (Vetro-S).

(Fiber content) Contenuto di fibre - La quantità di fibre contenuta in un composito. Nota: Tale parametro è spesso espresso come frazione percentuale volumetrica o in peso nel composito.

(Fiber fly) Fibra libera - Piccoli filamenti che si staccano dai fili di fibre durante il trattamento e diventa-no aerei; solitamente identificati come una polvere fasti-diosa.

Fiberglass - Materiale composito costituito da fibre di vetro e resina.

(Fiber-reinforced polymer (FRP)) Polimero rinfor-zato con fibre (FRP) - termine generico per indicare un materiale composito costituito da una matrice polimerica rinforzata con un tessuto, filamenti di fibre, o qualsiasi altra forma di fibre. Vedere Materiali Compositi.

(Fiber volume fraction) Frazione volumetrica delle fibre – Rapporto tra il volume di fibre ed il volume del composito.

(Fiber weight fraction) Frazione ponderale di fibre - Rapporto tra il peso delle fibre e quello del composito.

(Filament) Filamento - Vedere Fibra. (Filler) Riempitivo - Sostanza inerte che, aggiunta

ad una resina, ne modifica le proprietà o ne diminuisce costi o densità. Talvolta tale termine si utilizza per indi-care additivi particellari. Il riempitivo è anche detto cari-ca.

(Fire retardant) Ritardanti di fiamma - Sostanze chimici utilizzate per proteggere la resina dall’azione del fuoco; la protezione al fuoco si può realizzare mediante l’aggiunta di tali materiali alle resine o mediante rive-stimenti della superficie stessa del sistema in FRP.

(Flow) Flusso - Movimento della resina non polime-rizzata per effetto della pressione o della gravità.

FRP - polimero rinforzato con fibre; in passato defini-to come materiale plastico fibro-rinforzato.

GFRP - Polimero rinforzato mediante fibre di vetro. (Glass fiber) Fibre di vetro - Filamento singolo otte-

nuto mediante trafilatura o filatura di vetro fuso attraver-so un piccolo foro. Un filamento continuo è una fibra di grandi dimensioni o lunghezza indefinita. Un fiocco di fibra è relativamente corto, di lunghezza inferiore a 0.70 mm, in funzione del processo di formatura o filatura.

(Glass transition temperature (Tg)) Temperatura di transizione vetrosa (Tg ) - Punto medio dell’intervallo di temperature in cui i materiali amorfi (come il vetro o

polimeri altamente reticolati) passano da (o ad) uno stato fragile, vetroso ad (o da) uno stato plastico.

(Grid, FRP) Griglia in FRP - Rete rigida bidimensio-nale (nel piano) o tridimensionale (spaziale) in FRP co-stituenti un reticolo utilizzabile per il rinforzo di sezioni in c.a.

(Hardener) Indurente - 1) sostanza chimica (tra cui fluorosilicati o silicati di sodio) applicati alle pavimenta-zioni di calcestruzzo per ridurre usura e polvere; o 2) sostanza chimica che, in forma di adesivo bi-componente o di rivestimento, induce la polimerizzazio-ne della resina.

(Impregnate) Impregnato – Saturazione delle fibre con la resina in polimeri fibro-rinforzati.

(Initiator) Attivatori - Radicali liberi, gruppi di atomi aventi almeno un elettrone spaiato, utilizzati per iniziare il processo di polimerizzazione (curing) di resine polie-steri insature e di vinilesteri. I perossidi sono le sostanze più comuni utilizzati come sorgenti di radicali liberi.

(Interface) Interfaccia - Superficie di confine tra due mezzi diversi e fisicamente distinguibili. In relazione alle fibre, area di contatto tra fibre ed il rivestimento.

(Interlaminar shear) Taglio Interlaminare - Forza di taglio che produce uno spostamento relativo lungo l’interfaccia di due lamine poste all’interno di un lami-nato.

(Laminate) Laminato - Uno o più strati di fibre tenu-te insieme in una matrice di resina polimerizzata.

(Layup) - Processo di installazione del materiale di rinforzo in FRP.

(Mat) Griglia - Materiale fibroso per rinforzo di po-limeri, costituito da spezzoni di filamenti orientati ca-sualmente; fibre corte (con o senza una struttura portan-te), o filamenti lunghi disposti casualmente e tenuti in-sieme attraverso uno strato di legante.

(Matrix) Matrice - Nel caso di polimeri rinforzati con fibre, materiali che consentono l’unione delle fibre, il trasferimento di carico alle stesse, e la protezione nei riguardi di agenti ambientali e di danni superficiali.

(Monomer) Monomero - Molecola organica di peso molecolare relativamente basso che, reagendo con altri componenti a basso peso molecolare, con se stessa o in entrambi i modi, da luogo ad un polimero solido.

MSDS - Scheda di sicurezza del materiale. OSHA - Amministrazione per la sicurezza e la salute

sul lavoro. PAN - Poliacrilonitrile, fibra precursore utilizzata per

ottenere fibre in carbonio. (Phenolic) Fenolica - Resina termoindurente prodotta

attraverso la condensazione di un alcool aromatico con un aldeide, in particolar modo di un fenolo con un for-maldeide.

(Pitch) Pece - Petrolio o catrame di carbone, utilizzati per la produzione di fibre di carbonio.

(Ply) Strato - Singolo strato di tessuto; più strati pul-trusi costituiscono un laminato.

(Polyester) Poliestere - Ampio gruppo di resine sinte-tiche, prodotte principalmente facendo reagire un acido dibasico con alcool diidrossido; comunemente preparate per miscelazione, a temperatura ambiente, di un mono-


mero avente un gruppo vinilico ed un catalizzatore con radicali liberi. Utilizzato come legante per malte di resi-ne e calcestruzzo, laminati (soprattutto in fibra di vetro) ed adesivi. Comunemente denominate “poliesteri non sature”.

(Polymer) Polimero - Composto organico ad alto pe-so molecolare, naturale o sintetico, strutturato attraverso la ripetizione di celle unitarie.

(Polymerization) Polimerizzazione - La reazione at-traverso cui due o più molecole di una stessa sostanza si combinano formando un composto contenente gli stessi elementi nelle stesse proporzioni ma con un peso mole-colare maggiore.

(polyurethane) Poliuretano - Prodotto derivante dalla reazione di un isocianato con un’ampia classe di compo-nenti aventi l’idrogeno come gruppo attivo; utilizzato per realizzare rivestimenti rigidi e resistenti all’abrasione.

(Postcuring, FRP) Post-polimerizzazione, FRP - Fa-se di polimerizzazione aggiuntiva ad elevata temperatura capace di incrementare il livello di reticolazione del po-limero, consentendo un miglioramento delle proprietà finali di un laminato o di un polimero.

(Pot life) Tempo di applicazione - Arco temporale, in cui una miscela liquida o plastica deve essere utilizzata dopo la fase di preparazione.

(Prepreg) Preimpregnato - Fibra o strato di fibre contenente resina caratterizzata da una consistenza ap-piccicaticcia. Più strati di preimpregnato sono polimeriz-zati comunemente mediante applicazione di pressione e calore; si parla anche di fibre o tessuti preimpregnati.

(Pultrusion) Pultrusione - Processo continuo per la manifattura di compositi a sezione costante. Il processo consiste nel tirare il materiale fibroso, che funge da rin-forzo. Le fibre passano attraverso un bagno di resina dove vengono impregnate e, successivamente, in uno stampo avente la forma dell’oggetto da realizzare, dove la resina subisce il processo di polimerizzazione.

(Resin) Resina - Materiale rigido o semirigido a tem-peratura ambiente, avente solitamente punto di fusione o temperatura di transizione vetrosa maggiore di quella ambiente.

(Resin content) Contenuto di resina - Quantità di re-sina presente in un laminato, espresso in termini percen-tuali o in riferimento alla massa o al volume totale.

(Roving) Matassa - Numero di fili, trefoli o estremità di fibre raccolte parallelamente l’una all’altra in un roto-lo con intrecciatura scarsa o nulla.

(Sheet, FRP) Lamina in FRP - Strato di fibre secche e flessibili utilizzato per essere impregnate per la realiz-zazione di sistemi in FRP. I tessuti unidirezionali in FRP sono costituiti da fibre continue allineate in una sola di-rezione e tenute insieme in uno stesso piano in modo tale da creare uno strato di lunghezza e larghezza finita.

(Shelf life) Tempo di stoccaggio del prodotto - Arco temporale in cui il materiale imballato può essere con-servato e rimanere utilizzabile.

(Sizing) - Trattamento superficiale o rivestimento che si effettua ai filamenti al fine di migliorare l’adesione tra filamento e resina e conferire lavorabilità e durabilità.

(Sustained stress) - Tensione dovuta ai carichi agenti

non fattorizzati includendo i carichi fissi e l’aliquota dei carichi accidentali continuamente presenti sulla struttura.

(Thermoset) Termoindurente - resina formata me-diante reticolazione di catene di polimeri. Nota: un ter-moindurente non può essere fuso e riciclato in quanto le catene polimeriche formano un reticolo tridimensionale.

(Tow) - Fascio di filamenti continui non intrecciati. (Vinyl ester) Vinilestere - Resina termoindurente

contenente i gruppi vinile ed estere, e polimerizzabile per addizione attivata mediante formazione di radicali liberi. Le resine vinilesteri sono utilizzate come leganti per laminati di fibre ed adesivi.

VOC - Composti organici volatili; ogni composto del carbonio ad esclusione del monossido di carbonio, dios-sido di carbonio, acido carbonico, carburi metallici o carbonati e carbonato di ammonio, che partecipa a rea-zioni fotochimiche atmosferiche quali la diminuzione dell’ozono nell’atmosfera (buco dell’ozono).

(Volum fraction) Frazione volumetrica - Valore compreso tra 0 e 1 fornito dal rapporto tra il volume di un componente all’interno di un composito ed un volu-me base preso come riferimento; ad esempio frazione volumetrica in fibre.

(Wet layup) Processo di applicazione in opera - Me-todologia di realizzazione in opera di un laminato otte-nuta impregnando con una resina liquida un tessuto.

(Wet-out) - Impregnazione Processo di rivestimento o impregnazione di matasse di fibre, di filamenti o tessu-ti in cui tutti i vuoti tra i fili ed i filamenti sono riempiti mediante resine; rappresenta anche la condizione in cui si raggiunge tale stato.

(Witness panel) Pannello campione - Piccolo cam-pione di FRP, prelevato in sito da un area che risulti non critica nelle condizioni di esercizio della costruzione. Il pannello può essere in un secondo momento testato ai fini della determinazione e della conferma delle pro-prietà meccaniche e fisiche del particolare sistema in FRP installato.

(Yarn) Filato - Assemblaggio di filamenti intrecciati, fibre o fili, aventi lunghezza continua in modo da ottene-re prodotti tessili.

1.5 – Notazioni Af = n tf wf , area del rinforzo esterno in FRP

(mm2) Afv = area del rinforzo a taglio in FRP (mm2) Ag = area della sezione in calcestruzzo (mm2) As = area dell’armatura in acciaio (mm2) Ast = area totale dell’armatura in aciaio (mm2) b = larghezza della sezione rettangolare (mm) bw = larghezza dell’anima per sezioni a T o dia-

metro per sezioni circolari (mm) c = profondità dell’asse neutro (mm) CE = coefficiente di riduzione ambientale d = altezza utile (mm) df = altezza utile del rinforzo a taglio in FRP

come mostrato in Fig. 10.2, (mm) Ec = modulo elastico del calcestruzzo (MPa) Ef = modulo elastico dell’FRP, (MPa) Es = modulo elastico dell’acciaio, (MPa)


fc = Stato tensionale nel calcestruzzo, (MPa) f′c = resistenza caratteristica a compressione del

calcestruzzo, (MPa) f′cc = resistenza a compressione apparente del

calcestruzzo confinato, (MPa) ff = stato tensionale nel rinforzo in FRP, (MPa) ff,s = stato tensionale di esercizio nel rinforzo in

FRP, (MPa) ffe = stato tensionale efficace nell’FRP; stato

tensionale raggiunto alla rottura della se-zione, (MPa)

f*fu = resistenza a trazione ultima dell’FRP come

riportato dal produttore, (MPa) ffu = resistenza a trazione ultima di progetto

dell’FRP, (MPa)

fuf = resistenza a trazione ultima media dell’FRP, (MPa)

fl = pressione di confinamento dovuta all’FRP, (MPa)

fs = stato tensionale nell’armatura in acciaio, (MPa)

fs,s = stato tensionale di esercizio nell’armatura in acciaio, (MPa)

fy = tensione di snervamento dell’acciaio, (MPa)

h = altezza della sezione, (mm) Icr = momento di inerzia della sezione fessurata,

(mm4) k = rapporto tra la profondità dell’asse neutro e

l’altezza utile della sezione kf = Rigidezza per unità di larghezza e per sin-

golo strato di rinforzo in FRP, (N/mm) kf = Ef tf

k1 = coefficiente di modificazione per κv che tiene conto della resistenza del calcestruzzo

k2 = coefficiente di modificazione per κv che tiene conto dello schema di rinforzo

Le = lunghezza di ancoraggio attiva per il rinfor-zo a taglio in FRP, (mm)

ldf = lunghezza di ancoraggio per il rinforzo a flessione in FRP, (mm)

Mcr = momento di fessurazione, (Nmm) Mn = momento nominale della sezione, (Nmm) Ms = momento dovuto ai carichi di servizio,

(Nmm) Mu = momento ultimo dovuto ai carichi agenti,

(Nmm) n = numero di strati del rinforzo in FRP p*

fu = resistenza ultima a trazione per larghezza unitaria e per singolo strato di rinforzo in FRP, (N/mm) p*

fu = f*fu tf

fup = resistenza ultima a trazione media per lar-

ghezza unitaria e per singolo strato di rin-forzo in FRP, (N/mm)

Pn = resistenza assiale nominale associato ad un dato valore di eccentricità, (N)

r = raggio di arrotondamento degli spigoli di una sezione quadrata o rettangolare confi-nata con FRP, (mm)

Rn = resistenza nominale di un elemento

Rnθ = resistenza nominale di un elemento sogget-to ad elevate temperature dovute a incendio

SDL = Sollecitazione dovuta ai carichi permanentisf = Passo del rinforzo a taglio in FRP come

definito in Figura 10.2, (mm) SLL = sollecitazione dovuta ai carichi accidentali tf = spessore nominale di uno strato di rinforzo

in FRP, (mm) Tg = temperatura di transizione vetrosa, (C) Vc = contributo del calcestruzzo alla resistenza a

taglio, (N) Vn = taglio nominale della sezione, (N) Vs = contributo a taglio dell’armatura metallica,

(N) Vf = contributo a taglio del rinforzo in FRP, (N) Vu = sollecitazione a taglio dovuta ai carichi

agenti fattorizzati, (N) wf = larghezza del rinforzo in FRP, (mm) α = angolo di inclinazione delle staffe o delle

spirali, gradi αL = coefficiente di dilatazione termica longitu-

dinale, (mm/mm/C) αT = coefficiente di dilatazione termica trasver-

sale, (mm/mm/C) β1 = rapporto tra la profondità dello stress block

equivalente rispetto a quella dell’asse neu-tro

εbi = deformazione nel supporto in calcestruzzo al momento dell’installazione del rinforzo in FRP (trazione positiva), (mm/mm)

εc = deformazione del calcestruzzo, (mm/mm) ε'cc = massima deformazione utilizzabile del cal-

cestruzzo confinato con FRP, (mm/mm) εcu = massima deformazione utilizzabile del cal-

cestruzzo (0.003), (mm/mm) εf = deformazione del rinforzo in FRP,

(mm/mm) εfe = deformazione efficace del rinforzo in FRP;

deformazione corrispondente alla crisi della sezione, (mm/mm)

ε∗fu = deformazione ultima del rinforzo in FRP

fornita dal produttore, (mm/mm) εfu = deformazione ultima di progetto del rinfor-

zo in FRP, (mm/mm)

fuε = deformazione media ultima del rinforzo in FRP ottenuta su una popolazione di 20 o più prove di trazione secondo la ASTM D 3039, (mm/mm)

εs = deformazione dell’armatura metallica, (mm/mm)

εsy = deformazione di snervamento dell’armatura metallica, (mm/mm)

φ = coefficiente di riduzione della resistenza γ = moltiplicatore della resistenza cilindrica f'c

che consente di determinare il valore di tensione dello stress block per il calcestruz-zo

κa = coefficiente di efficienza per il confinamen-to in FRP (dipendente dalla forma della sezione)


κm = coefficiente di riduzione del contributo a flessione del rinforzo in FRP

κv = coefficiente di riduzione del contributo a taglio del rinforzo in FRP

ρf = percentuale geometrica del rinforzo in FRP ρg = rapporto tra l’area di armatura metallica

longitudinale e l’area della sezione di un elemento compresso

ρs = percentuale geometrica di armatura metalli-ca

σ = deviazione standard ψf = ulteriore coefficiente di riduzione della

resistenza specifico per il rinforzo in FRP

CAPITOLO 2 – INFORMAZIONI PRELIMINARI I sistemi di rinforzo esterno in FRP sono stati utilizza-

ti in tutto il mondo sin dalla metà degli anni ottanta per il rinforzo e la riabilitazione di strutture esistenti in calce-struzzo. Negli ultimi anni il numero di interventi realiz-zati con questa tecnologia è aumentato drasticamente (Bakis et al. 2002). Il rinforzo esterno mediante l’utilizzo di sistemi in FRP tipicamente include elementi strutturali diversi quali, ad esempio, travi, solette, colonne, muri, elementi di connessione (nodi), ciminiere, volte, cupole, gallerie, silos, condotte, e sistemi di travature. Tali si-stemi sono stati utilizzati anche nel rinforzo di murature, strutture in legno ed in acciaio. L’idea di rinforzare strut-ture in calcestruzzo con l’ausilio di materiali esterni non è certamente nuova. I sistemi di rinforzo in FRP si svi-lupparono come alternativa alle tradizionali tecniche di rinforzo esterno quali, ad esempio, la placcatura in ac-ciaio e il confinamento di colonne sia attraverso profili metallici che incamiciature in calcestruzzo. Lo sviluppo iniziale di sistemi di rinforzo esterno in FRP su strutture in calcestruzzo ebbe inizio negli anni ottanta sia in Eu-ropa che in Giappone.

2.1 – Evoluzione Storica In Europa i sistemi in FRP si svilupparono come alter-

nativa ai sistemi di placcaggio in acciaio. Il placcaggio di elementi strutturali in calcestruzzo mediante piatti in acciaio applicati in zona tesa si dimostrò una valida ed efficace tecnica per incrementarne la resistenza a fles-sione (Fleming e King 1967). Tale tecnica è stata utiliz-zata, in molteplici casi ed in tutto il mondo, per rinforza-re ponti ed edifici. Tuttavia, siccome i piatti in acciaio utilizzati per il rinforzo esterno sono suscettibili alla cor-rosione e possono, quindi, causare distacchi tra il mate-riale aggiunto e il supporto in calcestruzzo, sono pesanti e richiedono ingombranti equipaggiamenti per la loro installazioni, studiosi e ricercatori hanno ben visto la possibilità di sostituire l’acciaio con gli FRP. I primi risultati sperimentali relativi all’applicazione dei mate-riali in FRP per la riabilitazione di strutture in calce-struzzo si riscontrarono in Germania nel 1978 (Wolf e Miessler 1989). L’attività di ricerca condotta in Svizzera condusse alle prime applicazioni di sistemi di rinforzo esterno in FRP per il rinforzo a flessione di ponti in cal-cestruzzo (Meier 1987; Rostasy 1987).

Nel 1980 in Giappone furono applicati, per la prima volta, sistemi in FRP per ottenere un’azione di confina-mento su colonne in c.a. (Fardis e Khalili 1981; Katsu-mata et al. 1987). Un improvviso aumento nell’uso degli FRP si registrò in Giappone dopo il terremoto di Hyogo-ken Nanbu nel 1995 (Nanni 1995).

Gli Stati Uniti hanno mostrato sin dal 1930 un conti-nuo interesse nei riguardi delle tecniche di rinforzo me-diante materiali compositi per strutture in calcestruzzo. Soltanto negli anni ottanta, tuttavia, la ricerca e lo svi-luppo di tali materiali per la riabilitazione strutturale divenne una realtà concreta grazie alle iniziative del Na-tional Science Foundation (NSF) e del Federal Highway Administration (FHWA). Le attività di ricerca riguarda-rono diversi campi di applicazione e differenti condizio-ni ambientali. I risultati delle prime ricerche ed applica-zioni nel campo del rinforzo e della riabilitazione struttu-rale mediante FRP sono riportati nell’ACI 440-96 e negli atti delle maggiori conferenze sui compositi (Japan Con-crete Institute 1997; Neale 2000; Dolan et al. 1999; She-heta et al. 1999; Saadatmanesh ed Ehsani 1998; Benmo-krane e Rahman 1998; Neale e Labossière 1997; Hassan e Rizkalla 2002). Lo sviluppo di codici e norme nei ri-guardi dei sistemi di rinforzo esterno in FRP sono at-tualmente in corso in Europa, Giappone, Canada e Stati Uniti. Nell’ultimo decennio, la Japan Society of Civil Engineers (JSCE), il Japan Concrete Institute (JCI) e il Railway Technical Research Institute (RTRI) hanno pubblicato numerosi documenti relativi all’uso di FRP in strutture in calcestruzzo.

In Europa è stato recentemente pubblicato un bolletti-no relativo alle norme progettuali per il rinforzo esterno in FRP su strutture in c.a. a cura del Task Group 9.3 dell’International Federation for Structural Concrete (FIB, 2001). Sono stati altresì attivi nella redazione di direttive sull’uso di sistemi in FRP sia la Canada Stan-dard Association che l’ISIS. Nel 2000 è stata completata la Sezione 16, “Fiber Reinforced Concrete”, del Cana-dian Highway Bridge Desgn Code” (CSA S806-02) e recentemente è stato approvato il codice “Design and Construction of Building Components with Fiber Rein-forced Polymers” (CSA S806-02).

Negli Stati Uniti stanno diventando disponibili per l’industria delle costruzioni manuali per la progettazione mediante sistemi in FRP (AC125 1997; CALTRANS 1996; Hawkins et al. 1998).

2.2 – Sistemi di rinforzo esterno in FRP dispo-nibili sul mercato

Esistono diverse tipologie di sistemi in FRP che inclu-dono sia i sistemi che richiedono l’applicazione in opera (i cosiddetti sistemi wet lay-up) che quelli che proven-gono da processi di prefabbricazione (sistemi pre-cured). Le diverse tipologie possono essere distinte in riferimen-to a come vengono consegnate in cantiere ed al loro pro-cedimento di installazione. La migliore tipologia del sistema in FRP dovrebbe essere scelta di volta in volta sulla base sia del miglior trasferimento dei carichi possi-bile che sulla facilità di applicazione. Le tipologie più comuni di sistemi in FRP per il rinforzo di elementi


strutturali sono di seguito riportate: 2.2.1 Sistemi applicati in opera (wet lay-up) – Consi-

tono in tessuti di fibre mono o multidirezionali impre-gnati in sito in una resina saturante. Tale resina, insieme al primer e al putty, garantisce l’aderenza tra i tessuti in FRP e la superficie del calcestruzzo. In questi sistemi la polimerizzazione delle resine avviene direttamente in cantiere ed in tal senso possono essere paragonati al cal-cestruzzo gettato in opera. Di seguito se ne riportano le tipologie più comuni:

1. Tessuti in fibra unidirezionale in cui le fibre sono per lo più predisposte in un'unica direzione nel piano;

2. Tessuti in fibra multidirezionale in cui le fibre sono orientate in almeno due direzioni nel piano; e

3. Bandoli di fibra avvolti o applicati meccanicamente sulla superficie del calcestruzzo da rinforzare. Tali fibre vengono impregnate in una resina direttamente in cantie-re durante le operazioni di avvolgimento.

2.2.2 Sistemi pre-impregnati (pre-preg) – Consistono in tessuti di fibre unidirezionali o multidirezionali non polimerizzati e parzialmente o totalmente pre-impregnati in una resina direttamente dall’azienda produttrice. Tali sistemi possono essere applicati sulla superficie di calce-struzzo con o senza l’applicazione di una resina aggiun-tiva a seconda della tipologia di intervento da effettuare. Tali sistemi sono saturati in stabilimento e, come nel caso dei sistemi applicati in opera, sono polimerizzati in cantiere. E’ opportuno consultare i produttori in merito alle modalità di stoccaggio, scadenza e alle procedure di polimerizzazione. Le tre tipologie più comuni sono di seguito riportate:

1. Tessuti in fibra unidirezionale pre-impregnati in cui le fibre sono per lo più predisposte in un'unica direzione nel piano;

2. Tessuti in fibra multidirezionale prei-mpregnati in cui le fibre sono orientate in almeno due direzioni nel piano; e

3. Rotoli di fibre avvolti o applicati meccanicamente sulla superficie del calcestruzzo. Tali fibre vengono im-pregnate direttamente in cantiere durante le operazioni di avvolgimento.

2.2.3 Sistemi prefabbricati (pre-cured) – I sistemi pro-dotto di processi industriali si presentano in un’ampia gamma di forme. In genere l’applicazione sulla superfi-cie di calcestruzzo avviene attraverso l’utilizzo di un adesivo e di un primer e putty. E’ opportuno consultare i produttori in merito alle procedure di installazione. Le tre tipologie più comuni sono di seguito riportate:

1. Laminati unidirezionali, sono in genere consegnati in cantiere sotto forma di elementi rettilinei o avvolti in rotoli;

2. Griglie multidirezionali, tipicamente consegnate in cantiere in rotoli;

3. Laminati a profilo curvilineo, generalmente conse-gnati in cantiere sotto forma di segmenti circolari che possono essere tagliati longitudinalmente in modo tale da poter essere utilizzati come fasciatura per colonne ed altri elementi strutturali. Più elementi possono essere sovrapposti per fornire adeguato confinamento in caso di eventi sismici.

2.2.4 Altre tipologie in FRP – Altre tipologie quali barre rigide, cavi e trefoli flessibili (Saadatmanesh e Tannous 1999; Dolan 1999; Fukuyama 1999; ACI 440R-96 e ACI 440.1R-01) non sono trattate in questo docu-mento.

PARTE 2 – MATERIALI

CAPITOLO 3 – MATERIALI COSTITUENTI E PROPRIETA’

In questo capitolo si presentano le proprietà fisiche e meccaniche dei materiali in FRP per il loro utilizzo come rinforzo esterno nelle strutture in c.a.. Si analizzano inol-tre altri fattori che hanno importanza sulle proprietà de-gli FRP come la durata dei carichi, la temperatura e l’umidità.

I sistemi di rinforzo con FRP possono essere realizzati con diverse tecnologie (wet lay-up, pre-peg, pre-cured). Le caratteristiche dei materiali in FRP dipendono da numerosi fattori, quali volume delle fibre, tipo di fibra, tipo di resina, orientamento delle fibre, e controllo di qualità durante la produzione. Le caratteristiche del ma-teriale descritte in questo capitolo sono generali e non applicabili a tutti i prodotti commercialmente disponibili. Molte istituzioni, tra cui ASTM, ACI e ISIS, stanno met-tendo a punto metodi di prova standard per la caratteriz-zazione di alcuni prodotti in FRP. Nel frattempo è op-portuno che il progettista acquisisca dal produttore dello specifico sistema FRP che intende usare le necessarie informazioni sulle principali caratteristiche e sulla loro applicabilità.

3.1 – Materiali costituenti I materiali che costituiscono i sistemi in FRP disponi-

bili in commercio per la riparazione e il rinforzo di ele-menti in calcestruzzo inclusi le resine (primer, putty, saturant), gli adesivi e le fibre, sono stati messi a punto basandosi sui risultati di prove sperimentali su materiali e strutture.

3.1.1 Resine – Per i sistemi in FRP può essere utilizza-ta un’ampia gamma di resine polimeriche comprendenti primer, putty, saturant e adesivi. I tipi di resine più co-munemente utilizzate, tra cui le resine epossidiche, vini-lestere e poliestere, sono state sviluppate per essere im-piegate in un vasto campo di condizioni ambientali. I produttori di sistemi in FRP attualmente in commercio utilizzano resine con le seguenti caratteristiche: • Compatibilità ed adesione al supporto in calcestruz-

zo; • Compatibilità ed adesione al sistema composito in

FRP; • Resistenza ai fattori ambientali, inclusi, ma non li-

mitati a, umidità, salinità dell’acqua, temperature e-streme e attacchi chimici normalmente associati all’esposizione del calcestruzzo;

• Capacità di riempimento; • Lavorabilità; • Arco temporale di utilizzo dell’FRP consistente con

l’applicazione;


• Compatibilità e adesione alle fibre; e • Sviluppo di proprietà meccaniche adeguate per il

composito in FRP. 3.1.1.1 Primer – Il Primer è utilizzato per penetrare lo

strato più superficiale del calcestruzzo allo scopo di mi-gliorare l’adesione del materiale di rinforzo al supporto.

3.1.1.2 Putty – Il putty è utilizzato per riempire mode-ste imperfezioni del supporto su cui viene fatta l’applica-zione, quali piccoli fori, e per garantire una superficie liscia su cui fare aderire il sistema in FRP. Il riempimen-to dei vuoti superficiali previene inoltre la formazione di bolle durante la polimerizzazione del saturant.

3.1.1.3 Saturant – Il saturant si usa per impregnare le fibre, per farle aderire perfettamente alla superficie e per consentire il trasferimento degli sforzi da una fibra all’altra. Inoltre ha la funzione di adesivo per il sistema FRP wet lay-up, garantendo il trasferimento degli sforzi tra calcestruzzo e il sistema in FRP stesso.

3.1.1.4 Adesivo – Gli adesivi sono utilizzati per incol-lare le lamine in FRP dei sistemi pre-cured sul calce-struzzo garantendono il trasferimento degli sforzi. Gli adesivi sono utilizzati anche per collegare tra loro più strati di lamine pre-cured in FRP.

3.1.1.5 Strati protettivi - Lo strato protettivo è utilizza-to per proteggere il rinforzo in FRP da possibili aggres-sioni dell’ambiente esterno. Tali strati sono generalmen-te applicati sulla superficie esterna del sistema di rinfor-zo dopo la polimerizzazione del saturant.

3.1.2 Fibre – Per i sistemi in FRP sono comunemente utilizzate fibre continue di vetro, aramide o carbonio. Le fibre forniscono resistenza e rigidezza al sistema di rin-forzo. I campi di variazione tipici dei valori delle pro-prietà delle fibre sottoposte a trazione sono riportati nell’APPENDICE A. Una descrizione più dettagliata delle fibre è fornita dall’ACI 440R.

3.2 – Proprietà fisiche 3.2.1 Densità – I materiali compositi hanno una densi-

tà che varia da 1.2 a 2.1 g/cm3, che è da quattro a sei volte minore di quella dell’acciaio (

3.2.2Tabella 3.1). Il basso valore della densità com-porta una riduzione dei costi di trasporto, una minore incidenza del peso proprio sui carichi della struttura e un’agevole movimentazione dei materiali in cantiere.

3.2.3 Coefficienti di espansione termica – I materiali in FRP unidirezionali presentano coefficienti di espan-sione termica differenti in direzione longitudinale e tra-sversale, in funzione del tipo di fibra, di resina e della percentuale volumetrica di fibra presente. Nella Tabella 3.2 sono elencati i coefficienti di espansione termica longitudinali e trasversali. Si noti che un coefficiente di espansione termica negativo indica che il materiale si contrae al crescere della temperatura e che si espande al diminuire della temperatura. Ad esempio, il calcestruzzo ha un coefficiente di espansione termica che varia da 7x10-6 a 11x10-6/°C) e di solito si considera isotropo (Mindess and Young, 1981). L’acciaio ha un coefficiente di espansione termica di 11x10-6/°C. Si veda la Sezione 8.3.1 per le indicazioni progettuali che tengono in conto dei coefficienti di espansione termica.

3.2.4 Effetti dell’elevata temperatura – Al di sopra della temperatura Tg, il modulo elastico di un polimero si riduce significativamente a causa di una modificazione della sua struttura molecolare. Il valore di Tg dipende dal tipo di resina, ma di solito varia in un intervallo compre-so tra 60 a 80°C. In un materiale composito, le fibre, che hanno migliori proprietà termiche rispetto alle resine, riescono a sostenere un certo carico in direzione longitu-dinale finchè la temperatura limite non è raggiunta. Que-sto può avvenire a temperature prossime a 1000°C per fibre di vetro e 175°C per fibre aramidiche. Le fibre di carbonio sono in grado di resistere a temperature oltre i 275°C. A causa della riduzione del trasferimento degli sforzi tra le fibre che dipende dalla resina, le proprietà del composito nel suo insieme tendono comunque a de-teriorarsi. Alcuni risultati sperimentali hanno dimostrato che temperature di 250°C, molto più alte dei valori di Tg delle resine, possono ridurre la resistenza a trazione di GFRP e CFRP di oltre il 20% (Kumahara et al., 1983). Altre proprietà legate alla capacità di trasferimento degli sforzi attraverso la resina, quali la resistenza a flessione, si riducono significativamente per temperature più basse (Wang and Evans, 1995).

Per applicazioni di sistemi in FRP dove l’aderenza è un aspetto critico, le proprietà del polimero all’interfac-cia fibra-calcestruzzo sono essenziali per garantire l’aderenza tra i due materiali. In ogni caso, per tempera-ture prossime alla Tg, le proprietà del polimero degrada-no in modo rilevante, ed il composito comincia a perdere la sua capacità di trasferire gli sforzi dalle fibre al calce-struzzo.

3.3 – Proprietà meccaniche Comportamento a trazione – Nel caso di sollecitazio-

ni di trazione pura, i materiali in FRP non mostrano al-cun comportamento plastico (snervamento) prima della rottura.

Il comportamento a trazione dei materiali composti da un solo tipo di fibra è caratterizzato da una relazione tensione-deformazione di tipo elastico-lineare fino a rottura, che avviene in maniera improvvisa e con modali-tà che potrebbero essere catastrofiche.

Tabella 3.1 – Valori tipici della densità degli FRP confrontati con l’acciaio, (g/cm3)

Acciaio GFRP CFRP AFRP 7.9 1.2÷2.1 1.5÷1.6 1.2÷1.5

Tabella 3.2 – Valori tipici del coefficiente di dilazione termica per gli FRP

Coefficienti di dilatazione termica (x10-6/°C) Direzione

GFRP CFRP AFRP Longitudinale, αL 6÷10 -1÷0 -6÷-2 Trasversale, αT 19÷23 22÷50 60÷80


La resistenza a trazione e la rigidezza di un materiale in FRP dipendono da diversi fattori. Poiché le fibre in un composito rappresentano il costituente che porta la mag-gior parte del carico, il tipo, l’orientazione e la quantità di esse ne governano le proprietà meccaniche. A causa del ruolo primario delle fibre, le proprietà di un sistema di rinforzo sono a volte riportate con riferimento all’area netta delle fibre. In altri casi, le proprietà sono relative all’area totale della lamina (sistemi pre-cured).

L’area totale di un sistema in FRP è calcolata con rife-rimento a tutta la sezione trasversale del composito, che comprende tutte le fibre e la resina. L’area totale è gene-ralmente utilizzata per lamine pultruse in FRP (pre-cured), per le quali lo spessore è costante ed il rapporto tra fibre e resina è controllato in stabilimento.

L’area netta di un sistema FRP è calcolata sulla base dell’area nota di fibre, trascurando la larghezza totale e lo spessore del sistema composito; pertanto la resina viene trascurata. L’area netta di fibre è generalmente utilizzata per esprimere le proprietà dei sistemi wet lay-up, che sono ottenuti da tessuti di fibre con applicazione delle resine in sito. Per come sono applicati, i sistemi wet lay-up presentano una percentuale controllata di fibre ed un contenuto variabile di resina.

Quando le proprietà di sistemi in FRP sono espresse con riferimento all’area totale, le dimensioni degli spes-sori sono più elevate, e i valori delle resistenze e dei mo-duli elastici sono più bassi; se le proprietà fanno riferi-mento all’area netta, allora gli spessori dei tessuti sono molto più piccoli e i valori delle resistenze e dei moduli elastici sono più elevati. Indipendentemente dal modo con cui si valutano le proprietà di un sistema in FRP, la resistenza in termini di capacità portante (ffuAf) e la rigi-dezza (AfEf) restano costanti. (Il calcolo delle proprietà di un sistema FRP utilizzando l’area totale o l’area netta è illustrato nella PARTE 5). Le proprietà valutate con riferimento all’area netta non sono le proprietà delle fi-bre nude (trattate individualmente). Le proprietà di un sistema in FRP devono essere caratterizzate per il com-posito considerato nel suo insieme, tenendo conto del-l’efficienza del sistema fibre-resina, della struttura e del-la metodologia utilizzata per creare il composito stesso e non valutando le proprietà delle singole fibre. La valuta-zione delle proprietà meccaniche di tutti i sistemi in FRP, indipendentemente dal tipo, dovrebbe essere basata sulla realizzazione di prove sperimentali su campioni di lamine a contenuto noto di fibre.

Le proprietà a trazione di alcuni sistemi di rinforzo in FRP disponibili sul mercato sono riportate nel-l’APPENDICE A. In ogni caso le proprietà a trazione di alcuni particolari sistemi possono essere richieste ai pro-duttori stessi. I produttori devono fornire una resistenza ultima a trazione, definita secondo queste linee guida, come il valore medio della resistenza a trazione valutata su un insieme di prove sperimentali meno tre volte la

deviazione standard ( )* 3fu fuf f σ= − ed analogamente

per la deformazione ultima a rottura ( )* 3fufuε ε σ= − .

Queste resistenze a trazione ottenute su base statistica

prevedono una probabilità del 99.87% che i valori indi-cati siano superati (Mutsuyoshi et al., 1990). Il modulo elastico deve essere calcolato come modulo secante tra i valori di deformazione 0.003 e 0.006, secondo le indica-zioni della norma ASTM D 3039. Per determinare le proprietà ultime a trazione si deve considerare un nume-ro minimo di 20 provini uguali. Inoltre il produttore deve fornire una descrizione del metodo utilizzato per ottenere queste proprietà, incluso il numero delle prove sperimen-tali, i valori medi e le deviazioni standard.

3.3.1 Comportamento a compressione – I sistemi in FRP non dovrebbero essere utilizzati come rinforzo a compressione a causa della mancanza di sufficienti pro-ve sperimentali che ne confermino la validità in questo tipo di applicazioni. Anche se si suggerisce di non fare affidamento su tali sistemi per resistere alle tensioni di compressione, la sezione seguente presenta informazioni relative al comportamento degli FRP in compressione.

Alcune prove sperimentali su lamine in FRP per il rin-forzo di elementi in calcestruzzo hanno mostrato che la resistenza a compressione è minore di quella a trazione (Wu, 1990). Le modalità di rottura di lamine in FRP sollecitate a compressione longitudinale comprendono la crisi per trazione in direzione trasversale, micro-instabilità delle fibre o crisi per taglio. La modalità di rottura dipende dal tipo di fibre, dalla percentuale volu-metrica delle fibre e dal tipo di resina. Per GFRP, CFRP e AFRP (Wu, 1990) sono state rilevate rispettivamente resistenze a compressione pari al 55, 78 e 20% della resistenza a trazione. In genere le resistenze a compres-sione sono più elevate per materiali con resistenze a tra-zione più elevate, eccetto nel caso dell’AFRP, dove le fibre mostrano un comportamento non lineare in com-pressione per valori delle tensioni relativamente bassi.

Il modulo elastico a compressione è di solito più basso del modulo elastico a trazione. Prove sperimentali su campioni contenenti una percentuale volumetrica di fibre E-glass tra il 55 ed il 60% in una matrice di vinilestere o di resina poliestere hanno fornito moduli elastici a com-pressione variabili tra 34 e 48 GPa (Wu, 1990). In base a tali risultati, il modulo elastico a compressione è appros-simativamente pari all’80, 85 e 100% del modulo elasti-co a trazione rispettivamente per GFRP, CFRP e AFRP (Ehsani, 1993).

3.4 – Comportamento nel tempo 3.4.1 Rottura dovuta al creep – I materiali in FRP

soggetti ad un carico costante nel tempo possono im-provvisamente rompersi dopo un periodo di tempo defi-nito come tempo di permanenza sotto carico. Questo tipo di rottura è nota come rottura per creep. Al crescere del rapporto tra la tensione di trazione presente nel materiale e la resistenza a breve termine della lamina in FRP, la vita della lamina sotto carico decresce. Il tempo di per-manenza sotto carico (endurance limit) decresce anche in presenza di condizioni ambientali sfavorevoli, quali l’al-ta temperatura, l’esposizione ai raggi ultravioletti, l’ele-vata alcalinità e cicli secco-umido o gelo-disgelo.

In genere, le fibre di carbonio sono le meno suscettibi-li a rottura per creep, le fibre di aramide sono moderata-


mente sensibili e le fibre di vetro sono le più sensibili. Alcune prove sperimentali sulla rottura per creep sono state condotte su barre di diametro 6 mm in FRP con fibre di carbonio, vetro e aramide. Tali barre sono state provate per differenti livelli di carico a temperatura am-biente. I risultati indicano che esiste una relazione linea-re tra la resistenza a rottura per creep ed il logaritmo del tempo a tutti i livelli di carico investigati. I rapporti tra la tensione all’atto della rottura per creep dopo 50,000 ore (circa 50 anni) e la resistenza ultima a trazione iniziale di barre in GFRP, AFRP e CFRP calcolati per estrapola-zione sono rispettivamente pari a 0.3, 0.47 e 0.91 (Ya-maguchi et al. 1997). Valori similari sono stati riscontra-ti anche in altre prove (Malvar 1998).

Nella sezione di queste linee guida dedicata alla pro-gettazione sono fornite alcune indicazioni sul valore limite della tensione nel materiale per evitare la rottura per viscosità. Quanto più la tensione di lavoro nell’FRP è al di sotto del valore limite di rottura per viscosità, tanto più la resistenza dell’FRP è disponibile per incre-menti del carico di natura intermittente.

3.4.2 Fatica – Negli ultimi 30 anni è stato prodotto un notevole quantitativo di dati relativi al comportamento a fatica ed alla previsione della vita utile dei materiali compositi (National Research Council 1991). Nell’arco di questo periodo di tempo, le ricerche hanno riguardato principalmente i materiali del settore aerospaziale. Mal-grado le differenze esistenti in termini di qualità tra i materiali per il settore aerospaziale e quelli di tipo più commerciale, si possono comunque fare alcune conside-razioni generali sul comportamento a fatica dei materiali in FRP. Se non viene specificato altrimenti, i seguenti risultati sono basati sul comportamento di materiali mo-nodirezionali con una percentuale volumetrica di fibra di circa il 60% e soggetti a cicli di trazione sinusoidali ca-ratterizzati da: • Frequenza sufficientemente bassa per non causare

surriscaldamento del materiale; • Condizioni di laboratorio ambientali; • Rapporto di tensione (rapporto tra la minima e la

massima tensione di trazione applicata) di 0.1; e • Direzione di applicazione del carico parallela all’al-

lineamento principale delle fibre. Condizioni di prova in cui temperatura e contenuto di

umidità nei materiali in FRP sono più elevati di quelli sopra specificati generalmente determinano un degrado del comportamento a fatica.

Fra tutti i tipi di compositi in FRP utilizzati per appli-cazioni per le infrastrutture, i materiali in CFRP sono i meno soggetti a crisi per fatica. Per il CFRP un valore tipico del limite di resistenza a fatica è variabile tra il 60 e il 70% della resistenza ultima a trazione iniziale in condizioni statiche. Diagrammando la tensione in fun-zione del logaritmo del numero di cicli a rottura, la ridu-zione, per materiali in CFRP, è in genere di circa il 5% della resistenza iniziale statica per ogni dieci anni di vita. Per un milione di cicli, la resistenza a fatica è di solito compresa tra il 60 ed il 70% della resistenza ultima stati-ca iniziale ed è relativamente indipendente dal grado di umidità e dalla temperatura di esposizione della struttura

in calcestruzzo rinforzata, a meno che la resina o l’inter-faccia fibra-resina non risultino notevolmente degradate a seguito degli attacchi degli agenti ambientali.

I risultati di prove di laboratorio in condizioni ambien-te (Mandell e Meier, 1983) su singole fibre di vetro han-no evidenziato l’insorgere di una rottura ritardata dovuta a fenomeni di corrosione, indotti dalla propagazione di difetti superficiali in presenza di quantità anche modeste di umidità. Quando le fibre di vetro si trovano inglobate in una matrice per formare il materiale composito si os-serva un decadimento di circa il 10% della resistenza statica iniziale a trazione per ogni decade della vita utile dovuto a fenomeni di fatica (Mandell 1982). Tale com-portamento a fatica si attribuisce all’interazione fibra-fibra e si assume che non sia dipendente dal meccanismo di corrosione descritto per le singole fibre. Di solito non è possibile definire nessun chiaro livello di sollecitazione limite per fatica. I fattori ambientali possono giocare in tal senso un ruolo importante ai fini del comportamento a fatica a causa della sensibilità del vetro all’umidità, agli ambienti alcalini ed agli attacchi di soluzioni acide.

Le fibre aramidiche, per le quali sono disponibili nu-merose informazioni sulla durabilità, mostrano un buon comportamento a fatica. Trascurando in questo contesto che tutte le fibre aramidiche presentano una durabilità piuttosto modesta se sottoposte a sforzi di compressione, il comportamento a fatica di un tessuto impregnato in fibre aramidiche è eccellente. Il degrado della resistenza a trazione per decade di vita utile è approssimativamente compreso tra il 5 e il 6% (Roylance e Roylance, 1981). Mentre non è stato definito un limite di resistenza per l’AFRP in genere, per cavi commerciali in AFRP utiliz-zati per applicazioni in elementi in calcestruzzo, prove della durata di 2 milioni di cicli hanno comportato una riduzione della resistenza compresa tra il 54 e il 73% della resistenza ultima a trazione (Odagiri et al. 1997). Sulla base di questi risultati, Odagiri suggerisce che la massima tensione debba essere contenuta tra lo 0.54 e lo 0.73 della resistenza a trazione. Dal momento che la pendenza del diagramma tensione applicata-logaritmo del tempo è per l’AFRP simile alla pendenza del dia-gramma tensione-logaritmo della vita utile per carichi ciclici, le singole fibre sembrano andare in crisi per rag-giungimento di una deformazione limite e per un feno-meno di crisi per creep. Questo fenomeno di limitazione della vita utile nelle barre di AFRP presenti in commer-cio è accelerato dall’esposizione ad umidità e temperatu-re elevate (Roylance e Roylance 1981; Rostasy 1997).

3.5 – Durabilità Molti sistemi in FRP mostrano una riduzione delle

proprietà meccaniche dopo l’esposizione ad alcuni fatto-ri ambientali, tra i quali temperatura, umidità ed attacchi chimici. L’esposizione alle condizioni ambientali, la durata dell’esposizione, il tipo e la formulazione delle resine, il tipo di fibre ed i metodi usati per la loro poli-merizzazione sono solo alcuni dei fattori che influenzano l’entità del degrado riscontrabile nelle proprietà mecca-niche. Questi fattori sono discussi in dettaglio nella Se-zione 8.3. Le proprietà meccaniche indicate dai produtto-


ri sono basate su prove sperimentali condotte in ambienti protetti e pertanto non considerano gli effetti delle con-dizioni ambientali nei quali l’elemento rinforzato si tro-verà. Tali proprietà devono essere modificate in base ai dati riportati nella Sezione 8.4.

3.6 – Qualificazione dei sistemi in FRP Ai fini della progettazione, i sistemi in FRP devono

essere qualificati sia sulla base dei risultati forniti da prove sperimentali di laboratorio che su prove eseguite su elementi strutturali che attestino la bontà del sistema in uso per una data applicazione. Il risultato di prove di durabilità in condizioni ambientali simili a quelle in cui si verrà a trovare l’elemento rinforzato sono, di nuovo, un’essenziale informazione che può pregiudicare o meno l’impiego di un dato prodotto. I dati forniti dai produttori che dimostrano come i sistemi in FRP proposti riescano a soddisfare tutte le specifiche di progetto sia in termini di caratteristiche meccaniche che fisiche, quali ad esem-pio la resistenza a trazione, la durabilità, la resistenza a fenomeni di viscosità, la buona aderenza al supporto e il valore della temperatura Tg, devono essere tenute in de-bito conto, ma non devono essere considerate come l’u-nica fonte per una completa caratterizzazione dei mate-riali.

Non si dovrebbero utilizzare sistemi compositi che non sono stati completamente caratterizzati. Le proprietà meccaniche dei sistemi in FRP devono essere determina-te sulla base di prove sperimentali su lamine realizzate secondo procedure rappresentative del loro tipo di im-piego. Esse devono essere ottenute secondo procedure sperimentali conformi a quanto riportato nel-l’APPENDICE B. Modifiche delle procedure standard di prova sono permesse per simulare reali condizioni di installazione.

Specifici programmi di qualificazione dei materiali ri-chiedono la realizzazione di un numero di prove di labo-ratorio sufficiente per misurare la ripetibilità e l’affidabi-lità di alcune proprietà critiche. Si raccomanda pertanto la sperimentazione su serie multiple di campioni. Prove sperimentali strutturali particolari possono essere utiliz-zate per valutare l’efficienza e le prestazioni del sistema in specifiche applicazioni.

PARTE 3 – REQUISITI COSTRUTTIVI

CAPITOLO 4 – TRASPORTO, STOCCAG-GIO ED USO

4.1 – Trasporto I singoli componenti di un sistema in FRP devono es-

sere imballati e trasportati in conformità a tutte le norme e i regolamenti federali e statali sull’imballaggio e il trasporto. L’imballaggio, l’etichettatura e il trasporto di resine termoindurenti sono regolate dal CFR 49. Molti materiali nel capitolo C (CFR 49), sotto “Hazardous Materials Regulations”, sono classificati corrosivi, in-fiammabili o velenosi.

4.2 – Stoccaggio 4.2.1 Modalità di conservazione – Per garantire le pro-

prietà e la sicurezza dei singoli componenti di un sistema in FRP, i materiali devono essere conservati rispettando le indicazioni del produttore. Alcuni elementi, tra cui i reagenti, gli induritori, i promotori, i catalizzatori, e i solventi utilizzati per la pulizia degli utensili, devono rispettare alcune disposizioni di sicurezza e devono essere conservati secondo le prescrizioni del produttore e dell’OSHA. I catalizzatori e i promotori (generalmente i perossidi) devono essere stoccati separatamente.

4.2.2 Tempo di conservazione – Le proprietà dei sin-goli componenti delle resine utilizzate negli FRP posso-no alterarsi nel tempo, con la temperatura o con l’umidi-tà. Tali condizioni ambientali possono alterare la reatti-vità della miscela e le proprietà della resina sia nella fase indurita sia nello stato antecedente il mescolamento. Il produttore garantisce che le proprietà dei singoli compo-nenti delle resine soddisfino i requisiti minimi dichiarati sulle etichette dei prodotti e sulle brochure tecniche fino, e non oltre, alla data di scadenza.

Qualsiasi componente scaduto, deteriorato o alterato non dev’essere adoperato. Tutto il materiale giudicato non adoperabile deve essere smaltito secondo le prescri-zioni indicate dal produttore e conformemente alle nor-mative ambientali statali e federali.

4.3 – Uso 4.3.1 Certificati di conformità – I certificati di con-

formità di tutti gli elementi e componenti devono essere richiesti al produttore e disponibili in cantiere.

4.3.2 Fonti di informazione – Informazioni dettagliate sull’uso e sui potenziali pericoli derivanti dall’installa-zione degli FRP possono essere reperite da varie fonti; fra esse si citano: documenti editi dall’ACI e dall’ICRI, le note tecniche e le guide dei produttori, le linee guida OSHA, e altri documenti governativi. Il documento ACI 503R rappresenta il manuale specifico sull’uso sicuro di composti epossidici.

4.3.3 Rischi generali di utilizzo – La categoria delle resine termoindurenti comprende le resine poliestere insature, le vinilestere, le epossidiche, e le poliuretani-che. Insieme a queste si adoperano generalmente gli in-duritori, i reagenti, i perossidi, gli isocianati, e gli additi-vi. Particolari precauzioni sono necessarie nell’impiego di resine termoindurenti o dei loro componenti per scon-giurare alcuni problemi quali: • Irritazione della pelle, come ustioni, infiammazioni,

prurito; • Sensibilizzazione della pelle, con reazioni allergiche

simili a quelle causate dall’ortica, dai materiali iso-lanti o altre allergie;

• Inalazione dei vapori organici dei solventi usati per la pulizia degli strumenti, dei monomeri, e dei di-luenti;

• Esplosioni o incendio dei materiali infiammabili esposti a fonti di calore, fiamme, scintille, elettricità statica, sigarette, o altre fonti di incendio se la con-


centrazione nell’aria raggiunge determinati livelli; • Reazioni esoterme della miscela che possono causa-

re incendi o danni alle persone; e • Sviluppo di polveri prodotte dall’usura o manipola-

zione degli FRP induriti (consultare la documenta-zione fornita dal produttore per i rischi specifici).

A causa della complessità delle resine termoindurenti e degli altri materiali è necessario leggere attentamente le etichette e i documenti di corredo con cui tali prodotti giungono in cantiere (MSDS) prima di adoperarli. La CFR 16, parte 1500, regolamenta l’etichettatura delle sostanze pericolose ed anche delle resine termoindurenti. La ANSI Z-129 fornisce ulteriori indicazioni su classifi-cazioni e precauzioni.

4.3.4 Dispositivi di protezione individuale – Sono in-dicati abiti e guanti, in gomma o plastica, “monouso” per maneggiare le fibre e le resine. I guanti devono resistere alle resine ed ai solventi.

Nel mescolamento e nell’applicazione di resine e sol-venti devono essere adoperati occhiali o maschere di sicurezza. Protezioni per la respirazione, quali maschere per la polvere o respiratori, devono essere adoperate quando vi sono fibre volatili, polveri o vapori organici, o quando si mescolano o si applicano le resine (se prescrit-to dal produttore dell’FRP).

4.3.5 Sicurezza sul luogo di lavoro – Il luogo di lavoro dovrebbe essere ben ventilato. Le superfici non trattate dovrebbero essere protette contro macchie e versamenti di resina. Ciascun componente del sistema in FRP pre-senta prescrizioni specifiche per il trasporto e lo stoc-caggio in condizioni di sicurezza. Consultare il produtto-re per le indicazioni del caso. Alcune resine sono poten-zialmente pericolose quando se ne mescolano i compo-nenti. Consultare la documentazione del produttore per la preparazione e le note MSDS per i rischi connessi. Le resine che induriscono all’aria producono calore che, a sua volta, accelera le reazioni. Nei contenitori dove si mescola la resina possono avvenire reazioni incontrolla-te, con esalazioni, fiamme, o ebollizioni violente. Perciò detti contenitori devono essere tenuti sempre sotto con-trollo.

4.3.6 Pulizia e smaltimento – Si devono adottare parti-colari precauzioni se si adoperano solventi infiammabili per la pulizia. Sono disponibili anche solventi che non presentano problemi di infiammabilità. Tutti i materiali di risulta devono essere smaltiti nel rispetto dell’ambien-te.

CAPITOLO 5 – INSTALLAZIONE Le modalità di installazione dei sistemi in FRP sono

state sviluppate dai singoli produttori e spesso differi-scono le une dalle altre. Spesso le procedure differiscono anche nell’ambito di uno stesso sistema in funzione delle condizioni della struttura su cui si interviene. Questo ca-pitolo presenta alcune linee guida generali sull’instal-lazione dei sistemi in FRP. L’installazione dei sistemi in FRP deve essere eseguita da personale specializzato. Difformità nell’applicazione rispetto alle procedure fornite del produttore non possono essere ammesse senza il consenso del produttore stesso.

5.1 – Qualifiche dell’installatore L’installatore del sistema in FRP deve mostrare com-

petenza nella preparazione delle superfici e nell’applica-zione del rinforzo. La qualifica può essere provata sia attraverso la documentazione dell’attività formativa, sia attraverso altre applicazioni similari già eseguite o, anco-ra, attraverso la preparazione superficiale e l’applicazio-ne dell’FRP su porzioni “campione” della stessa struttura che dovrà essere rinforzata. I produttori dei sistemi in FRP o i loro agenti devono accuratamente provvedere alla formazione degli installatori per l’applicazione dei propri prodotti.

5.2 – Considerazioni ambientali Temperatura, umidità relativa e condensa superficiale

durante l’installazione alterano le prestazioni dei sistemi in FRP. La temperatura superficiale del calcestruzzo, la temperatura dell’aria, l’umidità relativa e il punto di ru-giada devono essere scrupolosamente controllati.

I primer, le resine impregnanti e gli adesivi non devo-no essere applicati su superfici fredde o gelate. Quando la temperatura superficiale del calcestruzzo scende al di sotto di un valore minimo definito dal produttore del sistema in FRP, si può avere una impregnazione delle fibre e un indurimento incompleti pregiudicando l’effi-cacia dell’intervento. E’ possibile utilizzare sorgenti di calore per riscaldare l’ambiente e la superficie del calce-struzzo durante l’installazione. Tale sorgente deve essere pulita e non contaminare la superficie e il sistema in FRP prima dell’avvenuto indurimento.

E’ buona norma che resine ed adesivi non siano utiliz-zati su superfici umide o bagnate a meno che non siano appositamente formulati. I sistemi in FRP non devono essere applicati su superfici in calcestruzzo sulle quali si può avere trasmissione di vapore acqueo. Il passaggio di vapore attraverso la superficie del calcestruzzo e lo stra-to di resina non ancora indurito causa la formazione di bolle d’aria che compromettono l’aderenza del sistema di rinforzo al supporto.

5.3 – Attrezzature Ogni sistema in FRP prevede un’attrezzatura specifica

per l’applicazione del materiale. L’attrezzatura com-prende gli strumenti per l’impregnazione delle resine e i materiali e gli equipaggiamenti eventualmente necessari per il sollevamento e il posizionamento del rinforzo. Tutte le attrezzature devono essere pulite ed in buono stato. Il personale addetto all’installazione deve essere preparato e capace di utilizzare l’attrezzatura richiesta per le fasi di cantiere. Ogni operazione richiede l’uso di dispositivi di protezione individuale: guanti, maschera, occhiali e tute. Tutto il materiale e le attrezzature devono essere disponibili in cantiere in quantità sufficiente per garantire la continuità delle operazioni di installazione e il controllo di qualità.

5.4 – Preparazione superficiale Il comportamento degli elementi in calcestruzzo rin-

forzati o riparati con FRP dipende in gran parte dalle


qualità del supporto e dalla preparazione e rifinitura del-la superficie del calcestruzzo. Una preparazione superfi-ciale inadeguata può causare il distacco o la delamina-zione del sistema di rinforzo prima del raggiungimento delle resistenza ultima ipotizzata in fase progettuale. Le linee guida generali di questo capitolo possono applicarsi a tutti i sistemi in FRP. I singoli produttori forniscono indicazioni specifiche per un determinato sistema in FRP. La preparazione del supporto può generare rumore, polvere e ed essere causa di interruzione delle attività nei luoghi di intervento.

5.4.1 Riparazione del supporto – Tutti i problemi rela-tivi alle condizioni iniziali del calcestruzzo che possono compromettere la riuscita dell’intervento devono essere presi in considerazione prima della preparazione superfi-ciale. I metodi di riparazione e preparazione superficiale sono illustrati nell’ACI 546R e nell’ICRI 03730. Tutte le riparazioni devono essere conformi ai disegni e alle spe-cifiche di progetto. E’ necessario consultare il produttore circa la compatibilità tra i materiali adoperati per la ripa-razione e il sistema in FRP.

5.4.1.1 Problemi di corrosione – E’ buona norma non applicare il rinforzo esterno in FRP su elementi in c.a. in cui si teme ci siano armature in acciaio corrose. L’espan-sione causata dalla corrosione può compromettere l’inte-grità strutturale del rinforzo esterno in FRP ed è di diffi-cile valutazione. Tutti i fenomeni che possono generare corrosione nelle armature devono essere attentamente valutati e le parti eventualmente corrose devono essere bonificate prima della applicazione del sistema di rinfor-zo.

5.4.1.2 Iniezione delle lesioni – Alcuni produttori fan-no notare che la presenza di lesioni aventi larghezze di 0.3 mm o più possono influenzare le prestazioni dei si-stemi in FRP, causando il distacco o la rottura delle fi-bre. In conformità al documento ACI 224.1R, è quindi opportuno eseguire iniezioni a pressione di resina epos-sidica tutte le volte che l’ampiezza delle lesioni supera gli 0.3 mm. Per prevenire la corrosione delle armature in acciaio è comunque opportuno iniettare o sigillare le lesioni di minore ampiezza che si trovano in ambiente aggressivo. Le ampiezze critiche delle fessure in relazio-ne alle varie possibilità di esposizione sono fornite nel-l’ACI 224R.

5.4.2 Preparazione superficiale – La preparazione su-perficiale varia in funzione del sistema in FRP adopera-to. In genere si ha distinzione tra applicazioni che neces-sitano dell’aderenza (bond-critical) da quelle nelle quali è invece indispensabile solo il contatto (contact critical). Le applicazioni basate sull’aderenza, come il rinforzo a flessione o a taglio di travi, necessitano di un forte lega-me adesivo tra sistema in FRP e supporto in calcestruz-zo. Le applicazioni per contatto, invece, richiedono solo che vi sia un contatto intimo tra il sistema in FRP e il calcestruzzo; esse generalmente non richiedono la pre-senza dell’adesivo sebbene spesso lo si adotti per sem-plificare l’installazione.

5.4.2.1 Applicazioni fondate sull’aderenza (bond-critical) – La preparazione superficiale in questo tipo di applicazioni è regolata dall’ACI 546R e dall’ICRI

03730. La superficie da rinforzare deve essere ben pulita e priva di materiale sciolto o incoerente. Quando le fibre rivestono spigoli vivi, questi devono essere arrotondati con un raggio minimo di 15 mm per prevenire sia l’in-sorgere di concentrazioni tensionali nel sistema di rin-forzo che la formazione di vuoti tra FRP e calcestruzzo. Qualora gli spigoli presentassero un contorno irregolare si dovrebbe procedere ad una loro regolarizzazione at-traverso l’uso dei resine quali il putty. Le irregolarità, gli spigoli con rientranze, le superfici concave, i corpi estra-nei inglobati possono alterare le prestazioni del sistema di rinforzo e devono essere attentamente considerati. Le citate asperità superficiali dovrebbero essere rimosse prima dell’installazione del sistema in FRP. Gli spigoli con rientranze e le superfici concave richiedono speciale accortezza per garantire l’aderenza tra sistema in FRP e il supporto in calcestruzzo.

La preparazione superficiale può essere eseguita con tecniche abrasive o utilizzando acqua ad alta pressione. Eventuale polvere, sporco, olio ed ogni altra cosa che potrebbe alterare l’aderenza tra rinforzo e calcestruzzo dovrebbero essere rimossi. Piccole cavità e vuoti super-ficiali dovrebbero essere resi visibili durante la prepara-zione superficiale. Al termine della fase di preparazione superficiale è buona norma pulire e proteggere la super-ficie ottenuta per evitare che si depositino nuovamente elementi che potrebbero alterare l’aderenza.

Il grado di finitura superficiale dovrebbe essere come specificato nell’ICRI. E’ buona norma consultare il pro-duttore dell’FRP qualora fosse necessario avere una mi-gliore qualità della finitura superficiale. Le irregolarità superficiali, incluso le linee delle casseforme, non do-vrebbero eccedere 1 mm o quanto raccomandato dal produttore del sistema in FRP. Esse possono essere levi-gate con procedimenti abrasivi o con trattamento ad ac-qua ad alta pressione.

Le superfici da rinforzare con FRP devono essere a-sciutte in conformità con quanto prescritto dal produttore del sistema in FRP. La presenza di acqua nei pori impe-disce la penetrazione della resina e quindi riduce l’ingra-namento meccanico. La condensa deve essere valutata secondo le indicazioni del documento ACI 503.4.

5.4.2.2 Applicazioni fondate sul contatto (contact-critical) – Negli interventi di confinamento di elementi in calcestruzzo, la preparazione superficiale deve garan-tire il contatto intimo tra la superficie del calcestruzzo e il rinforzo esterno. Gli elementi da fasciare devono pre-sentare superfici piane o convesse per garantire un ade-guato caricamento del sistema in FRP. Le irregolarità de-vono essere riparate con un materiale compatibile con il calcestruzzo esistente. I materiali con resistenza e con modulo elastico più piccoli del calcestruzzo, come l’in-tonaco, potrebbero compromettere l’efficacia del sistema del rinforzo e devono essere rimossi.

5.5 – Mescolamento delle resine La preparazione della resina (mixing) deve essere con-

forme alle procedure messe a punto dal produttore del sistema in FRP. Tutti i componenti della resina devono essere alla temperatura indicata e devono essere perfet-


tamente mescolati nelle opportune proporzioni fino ad ottenere un composto uniforme. I componenti delle resi-ne hanno colori molto diversi tra loro e la preparazione può considerarsi completa quando non vi sono più stria-ture nel composto. Le resine devono essere mescolate per il tempo prescritto e fino al raggiungimento della uniformità del colore. Il produttore deve fornire le quan-tità di resina che può essere preparate in funzione del tempo di impiego, il rapporto tra i componenti, le moda-lità di preparazione ed i tempi ottimali di mescolamento.

L’attrezzatura per la preparazione comprende piccoli miscelatori elettrici o frullini, ma è anche possibile me-scolare le resine a mano. Le quantità di resina di volta in volta preparate devono essere tali da poter essere instal-late entro il tempo di applicazione (pot life). Trascorso tale tempo, le resine non devono essere più utilizzate a causa dell’aumento della viscosità che diminuisce sia la loro capacità di penetrazione nella superficie del calce-struzzo che la capacità di impregnazione delle fibre.

5.6 – Applicazione dei materiali costituenti il rin-forzo

L’applicazione di alcune resine può causare esalazioni. I sistemi in FRP dovrebbero essere scelti in relazione al loro impatto ambientale, considerando l’emissione di prodotti organici volatili e tossici.

5.6.1 Primer e putty – Quando richiesto, il primer deve essere applicato su tutte le superfici sulle quali installare il rinforzo. Il primer deve essere applicato uniformemen-te su tutta la superficie con il grado di copertura consi-gliato dal produttore. Deve essere protetto dalla polvere, dall’umidità, e da altri agenti nocivi prima dell’applica-zione del sistema in FRP.

Il putty deve essere applicato dopo il primer secondo gli spessori suggeriti dal produttore. Tipicamente esso si presenta come una pasta epossidica un po’ più densa rispetto alle altre resine e dovrebbe essere utilizzato solo per riempire eventuali vuoti o per lisciare eventuali aspe-rità della superficie prima dell’applicazione degli altri materiali.

Prima dell’applicazione del saturant o dell’adesivo, il primer ed il putty devono aver raggiunto il livello di po-limerizzazione ottimale suggerito dal produttore del si-stema che si sta utilizzando. Nel caso in cui l’applica-zione del saturant o dell’adesivo avvenga su primer e putty già completamente polimerizzati, potrebbe essere necessario procedere ad un’ulteriore preparazione super-ficiale qualora richiesto dal produttore del sistema in FRP.

5.6.2 Sistemi wet lay-up – I sistemi in FRP di tipo wet lay-up sono generalmente installati a mano adoperando fibre secche e resine impregnanti (saturant), seguendo le indicazioni del produttore. La resina impregnante deve essere applicata uniformemente su tutte le superfici che riceveranno il rinforzo. Le fibre possono essere anche impregnate separatamente con un macchinario adeguato prima dell’applicazione sulla superficie in calcestruzzo.

Le fibre del rinforzo devono essere pressate delicata-mente sullo strato di resina impregnante non ancora in-durita secondo le modalità previste dal produttore del

sistema in FRP. Eventuale aria intrappolata deve essere eliminata prima che la resina faccia presa. La quantità di resina utilizzata deve essere tale da garantire la perfetta impregnazione delle fibre.

L’applicazione di ulteriori strati di materiale di rinfor-zo deve essere fatta prima che l’ultima mano di saturant abbia terminato la fase di polimerizzazione. Qualora l’ultima mano di saturant sia completamente polimeriz-zata, è necessario procedere ad una leggera sabbiatura o utilizzare specifici solventi raccomandati dal produttore del sistema in FRP.

5.6.3 Sistemi applicati meccanicamente – Tali sistemi fanno uso di bobine di materiale di rinforzo (le fibre vere e proprie) che possono arrivare in cantiere sia sotto for-ma di materiale pre-impregnato non completamente po-limerizzato che di fibre secche le quali riceveranno la resina direttamente in cantiere.

L’impiego di macchinari automatici è particolarmente conveniente quando si tratta di fasciare elementi verticali quali pilastri o colonne. Tali macchinari sono in grado di avvolgere le fibre sia orizzontalmente sia secondo predeterminate inclinazioni. La macchina è sistemata vicino alla colonna e ne avvolge il perimetro salendo e scendendo lungo la colonna stessa.

Dopo la fasciatura i sistemi pre-impregnati dovrebbero polimerizzare a temperature elevate. Generalmente si di-spone una sorgente di calore intorno alla colonna ad una opportuna temperatura e per il tempo raccomandato dal produttore. La temperatura è controllata per garantire la qualità del processo. Il rinforzo non presenta alcuna giunzione poiché il tessuto è continuo. Durante tutte le fasi descritte è opportuno seguire scrupolosamente le indicazioni fornite dal produttore del sistema FRP.

5.6.4 Sistemi pre-cured – I sistemi pre-cured includo-no piastre, laminati ed elementi simili a reti elettrosalda-te e sono generalmente applicati mediante l’uso di adesi-vi. L’adesivo deve essere distribuito uniformemente sul-la superficie che riceverà il rinforzo. Fanno eccezione alcune applicazioni di confinamento del calcestruzzo in cui non è richiesta intima aderenza tra sistema in FRP e supporto.

Le superfici che ricevono i sistemi pre-cured devono essere pulite e trattate secondo le raccomandazioni del produttore. Eventuale aria intrappolata deve essere eli-minata prima della polimerizzazione dell’adesivo. La quantità di adesivo applicata deve garantire la perfetta aderenza sia tra il materiale di rinforzo e il supporto che tra gli eventuali, successivi, strati del rinforzo stesso.

5.6.5 Manti protettivi – I manti protettivi devono esse-re compatibili con il sistema di rinforzo in FRP e appli-cati secondo le raccomandazioni del produttore. Gene-ralmente non devono essere impiegati solventi per la pulizia delle superfici da rivestire a causa dell’effetto deleterio che questi hanno sulle resine. Il produttore del sistema in FRP deve approvare l’uso dei materiali di pu-lizia superficiale prima dell’applicazione del manto pro-tettivo.

I manti dovrebbero essere ispezionati periodicamente ed essere soggetti a manutenzione per garantirne l’effica-cia nel tempo.


5.7 – Allineamento degli FRP L’orientamento degli FRP e la sequenza di sovrappo-

sizione sono importanti parametri per una corretta realiz-zazione del rinforzo e dovrebbero essere specificati dal progettista. Una differenza, anche di soli 5°, della dire-zione delle fibre rispetto al progetto può causare una sostanziale riduzione delle prestazioni del rinforzo. De-viazioni dalla direzione specificata nel progetto delle fibre possono essere permesse solo previa approvazione da parte del progettista.

I tessuti in FRP devono essere installati in modo da garantire l’orientamento previsto in sede progettuale mantenendone rettilinee le fibre. Qualsiasi piega, attor-cigliamento o grave difetto nei tessuti dev’essere comu-nicato al progettista.

5.8 – Strati multipli e lunghezze di ancoraggio L’applicazione di più strati di materiale di rinforzo è

consentita a condizione che risultino tutti perfettamente impregnati, che la resistenza a taglio della resina sia tale da garantire il trasferimento degli sforzi tangenziali tra gli strati e che l’aderenza tra sistema in FRP e calce-struzzo sia sufficiente. Per luci notevoli è possibile uti-lizzare più elementi di varia lunghezza per garantire un trasferimento continuo dei carichi purché siano eseguite sovrapposizioni di adeguata lunghezza. Le sovrapposi-zioni devono essere sfalsate, a meno che non sia diver-samente specificato dal progettista. Il dimensionamento delle sovrapposizioni, includendo la lunghezza di so-vrapposizione, deve essere basato su studi e ricerche sperimentali e deve essere installato seguendo le racco-mandazioni del produttore. Le sovrapposizioni e l’appli-cazione multistrato non sono sempre possibili a causa delle caratteristiche specifiche dei alcuni sistemi in FRP. Indicazioni specifiche sulle sovrapposizioni sono fornite nel CAPITOLO 12.

5.9 – Polimerizzazione delle resine Il fenomeno di polimerizzazione delle resine è funzio-

ne del tempo e della temperatura ambiente. Le resine che polimerizzano all’aria possono impiegare diversi giorni per indurire completamente. Temperature eccezionali o fluttuanti possono ritardare o accelerare il processo di indurimento. I produttori di sistemi in FRP forniscono resine speciali per queste condizioni ambientali.

I sistemi che prevedono elevate temperature di polime-rizzazione necessitano che le resine vengano riscaldate ad una opportuna temperatura e per un determinato in-tervallo di tempo.

Tutte le resine devono seguire il processo di induri-mento in conformità alle raccomandazioni del produtto-re. Non è possibile alterarne la loro composizione chimi-ca in cantiere.

La polimerizzazione di uno strato già applicato do-vrebbe essere controllata prima dell’applicazione dello strato successivo. L’installazione degli strati successivi deve essere interrotta se si riscontra un’anomalia nella presa.

5.10 – Protezione temporanea Temperature sfavorevoli, esposizione diretta a pioggia,

polvere o sporco, eccessiva esposizione al sole, umidità elevata o atti vandalici possono danneggiare un sistema in FRP in fase di installazione alterando la fase di presa delle resine. Protezioni temporanee realizzate, ad esem-pio, con teli di plastica, potrebbero rendersi necessarie durante l’installazione finché la resina non abbia fatto presa. Se sono richiesti dei puntelli temporanei, questi devono essere rimossi solo quando il sistema in FRP ha fatto perfettamente presa, in modo che l’elemento strut-turale rinforzato possa sopportare i carichi di progetto. Se si sospetta che il sistema in FRP possa aver subito danneggiamento durante la fase di installazione, è neces-sario avvisare il progettista e consultare il produttore del sistema.

CAPITOLO 6 – ISPEZIONE, VALUTAZIONE ED ACCETTAZIONE

La certificazione di qualità e i controlli di qualità sono eseguiti dai produttori dei sistemi in FRP, dall’impresa installatrice, e da altri soggetti coinvolti nell’intervento.

Il programma di controllo di qualità riguarda tutte le fasi del progetto del rinforzo. Il livello del controllo di qualità richiesto, le metodologie d’indagine e le modalità di conservazione dei dati sono strettamente connesse alla complessità e all’importanza del progetto. La certifica-zione di qualità è ottenuta in seguito ad una serie di in-dagini e prove sperimentali effettuate sul sistema in FRP installato. Le specifiche di progetto devono indicare i criteri per poter sviluppare un programma di certifica-zione di qualità in cui siano contenute: le misure di sicu-rezza per la messa in opera dei materiali compositi, le modalità di preparazione delle superfici in calcestruzzo e le indicazioni operative di applicazione degli FRP, i me-todi d’indagine e d’ispezione di detti sistemi, le disposi-zioni relative alla polimerizzazione dei materiali, i cam-pioni per la certificazione di qualità, e gli adempimenti specificati nella Sezione 13.3.

6.1 – Ispezioni I sistemi in FRP devono essere controllati secondo

quanto stabilito dalle normative tecniche. In assenza di tali prescrizioni, le ispezioni dovrebbero essere effettuate da ispettori qualificati o da ingegneri abilitati, esperti nelle procedure di installazione dei materiali compositi. Detti tecnici devono eseguire controlli giornalieri degli interventi e produrre appositi rapporti avendo cura di precisare:

- Data e durata dell’installazione; - Condizioni ambientali quali temperatura dell’aria e

umidità relativa al momento dell’applicazione; - Temperatura superficiale del calcestruzzo; - Condizioni superficiali secondo quanto riportato in

ACI 503.4; - Modalità di preparazione del supporto in calce-

struzzo e grado di finitura secondo i campioni e-sempio dell’ICRI;

- Descrizione qualitativa della pulizia superficiale


del supporto; - Tipologia della sorgente di calore ausiliaria even-

tualmente impiegata; - Ampiezza delle fessure non iniettate; - Numero di prelievi costituiti da fibre o da laminati

pre-cured e indicazioni sommarie sulla posizione di ciascun prelievo nella struttura;

- Numero di prelievi di resina, rapporti e tempi di miscelazione, descrizione qualitativa delle resine, includendo primer, putty, saturant e adesivi per ciascun giorno;

- Osservazioni sulle modalità di polimerizzazione delle resine;

- Conformità delle applicazioni alle prescrizioni di progetto;

- Dettagli sui risultati dei test di aderenza tipo pull-off, in termini di resistenza dell’interfaccia, moda-lità di rottura e posizione nell’ambito della struttu-ra;

- Proprietà fisico-meccaniche del materiale compo-sito in FRP installato, da valutarsi con prove in sito su pannelli dimostratori in FRP, se richiesto;

- Posizione e dimensioni delle delaminazioni e dei vuoti; e

- Stato di avanzamento dei lavori. Il rapporto sui controlli effettuati dagli ispettori e la re-

lativa documentazione di prova devono essere trasmesse all’ingegnere responsabile delle prove di controllo di qualità o al committente. La documentazione raccolta, nonché i risultati di eventuali prove su pannelli dimostra-tori in FRP dovrebbero essere conservati per un periodo non inferiore a 10 anni, o per un periodo diversamente specificato dall’ingegnere responsabile dei controlli. Dovrebbe essere cura dell’impresa installatrice conserva-re dei campioni di resina e mantenere memoria delle date di installazione dei prodotti.

6.2 – Verifica e accettazione I sistemi in FRP dovrebbero essere verificati e accetta-

ti o non accettati sulla base della conformità o meno con le specifiche di progetto. I seguenti aspetti dovrebbero essere valutati nella fase di verifica: proprietà dei mate-riali in FRP e loro tolleranze dimensionali, modalità di installazione, presenza di delaminazioni, modalità di maturazione della resina e adesione dell’FRP al supporto in calcestruzzo. Le tolleranze dimensionali includono l’orientamento delle fibre, lo spessore al finito, l’orienta-mento dei tessuti o dei laminati, la larghezza e l’interasse del rinforzo, i raggi di curvatura e le lunghezze di so-vrapposizione.

La verifica dei sistemi in FRP dovrebbe essere effet-tuata attraverso la realizzazione di pannelli dimostratori in FRP e prove tipo pull-off. Sono altresì consentite prove in sito allo scopo di accertare sul campo la validità della tecnica di rinforzo adottata (Nanni e Gold, 1998).

6.2.1 Materiali - Prima della messa in opera, il produt-tore del sistema in FRP dovrebbe allegare ad ogni forni-tura la certificazione delle proprietà fisico-meccaniche di tutti i materiali previsti nel progetto. Dovrebbe inoltre procedere ad una marchiatura del prodotto fornito dalla

quale risulti inequivocabilmente il riferimento all’azien-da produttrice, allo stabilimento, al tipo di materiale. Per progetti di particolare complessità è consentito eseguire prove supplementari sui materiali impiegati. Dette prove sono volte a valutare le proprietà meccaniche del com-posito, la temperatura di transizione vetrosa Tg delle re-sine, la resistenza all’interfaccia fibra/matrice e composi-to/supporto in calcestruzzo. Le prove possono effettuar-si presso laboratori ufficiali, in accordo con il program-ma di controllo di qualità. Le prove sui tempi di lavora-bilità e di indurimento delle resine sono di solito condot-te in sito. Qualora un materiale sottoposto a prova non soddisfi i requisiti minimi specificati dall’ingegnere re-sponsabile dei controlli, il materiale dovrebbe essere scartato.

I pannelli dimostratori possono essere usati per valuta-re il modulo di elasticità e la resistenza a trazione, la resistenza delle sovrapposizioni, i tempi di indurimento e la Tg dei sistemi in FRP messi in opera secondo le pro-cedure che si sarebbero seguite nell’applicazione di can-tiere. Durante la fase di cantiere possono essere realiz-zati in sito elementi piani di predeterminate dimensioni e spessore, secondo un predeterminato programma di campionamento. A maturazione avvenuta, le prove fisi-co-meccaniche sui detti elementi devono essere eseguite presso un Laboratorio Ufficiale. La resistenza e il mo-dulo elastico del materiale in FRP possono essere valuta-ti in accordo con le norme ASTM D 3039 e ISIS (1998). Tutte le proprietà da esaminare dovrebbere essere e-spressamente indicate. L’ingegnere responsabile dei controlli ha facoltà di modificare il numero di prove stabilito o rinunciare ad esse.

I sistemi in FRP che includono sistemi pre-cured e si-stemi applicati meccanicamente, non si prestano alla realizzazione di piccoli elementi piani. In tal caso il progettista può prevedere prove su pannelli o campioni forniti dal produttore stesso. La resistenza a trazione, il modulo elastico e la resistenza delle sovrapposizioni dei materiali in FRP possono anche determinarsi con prove esplosive su elementi anulari fabbricati in sito, in accor-do con la norma ISIS (1998).

Durante l’applicazione, dovrebbero essere confeziona-ti e conservati campioni di resina in accordo con le spe-cifiche del programma di prove per la valutazione del livello di polimerizzazione raggiunto dal materiale.

6.2.2 Orientamento delle fibre – L’orientamento delle fibre o dei laminati pre-cured dovrebbero essere sottopo-sti ad indagine visiva. Per i materiali applicati con la tecnica wet lay-up dovrebbero essere controllate le aree ove le fibre deviano dal configurazione rettilinea origina-le, producendo ingobbamenti. I disallineamenti delle fibre o dei laminati pre-cured superiori a 5 gradi (circa 80 mm/m) dovrebbero essere indicati nel rapporto da inviare all’ingegnere responsabile dei controlli per la verifica e l’accettazione.

6.2.3 Delaminazioni – I sistemi in FRP dovrebbero es-sere controllati nei riguardi dei fenomeni di delamina-zione e di formazione di bolle d’aria fra i vari strati del composito o tra esso e il supporto in calcestruzzo. Gli strumenti d’indagine devono essere in grado di accertare


l'eventuale presenza di delaminazioni localizzate di al-meno 1300 mm2. Possono impiegarsi metodi quali son-daggi acustici, metodi agli ultrasuoni, termografie.

Dovrebbero essere valutati gli effetti delle delamina-zioni o di altre anomalie sull’integrità e sul comporta-mento strutturale del sistema in FRP. Inoltre dovrebbero essere annotate la posizione e dimensione di eventuali delaminazioni, nonché il rapporto relativo tra aree dela-minate e area complessiva coperta con FRP.

I criteri generali da seguire per l’accettazione dei si-stemi applicati con la tecnica del wet lay-up sono: • Zone delaminate inferiori ciascuna a 1300 mm2 sono

consentite purché la singola area di delaminazione sia inferiore del 5% dell’intera area delaminata e non siano presenti più di 10 delaminazioni localiz-zate per 1 m2.

• Delaminazioni inferiori a 16,000 mm2 possono esse-re riparate con iniezioni di resina o con la sostitu-zione degli strati di FRP, a seconda della posizione e del numero complessivo delle delaminazioni; e

• Delaminazioni maggiori di 16,000 mm2 possono incidere negativamente sul comportamento del si-stema in FRP. Dovrebbero pertanto essere riparate ritagliando l’area delaminata e sostituendola con un tessuto costituto da un numero equivalente di strati di fibre.

6.2.4 Polimerizzazione delle resine – Il livello di po-limerizzazione raggiunto dalla resina può essere misura-to in laboratorio su pannelli dimostratori in FRP o su campioni di resina, in accordo alle prescrizioni fornite dalla norma ASTM D 3418. Il controllo in cantiere del livello di polimerizzazione delle resine applicate può essere valutato mediante prove di caratterizzazione fisica volte a valutare il comportamento al tatto e l’indurimen-to raggiunte dalle superfici trattate, o mediante prove di durezza su campioni di resina confezionati e conservati in accordo con le specifiche del programma di prove. Il produttore del sistema in FRP dovrebbe essere consulta-to per la definizione del requisiti di polimerizzazione per la verifica dei campioni di resina. Per i sistemi pre-cured, le prove di indurimento dell’adesivo possono essere ef-fettuate in accordo con le indicazioni fornite dal produt-tore stesso.

6.2.5 Resistenza dell’adesione – Per applicazioni criti-che dal punto di vista dell’aderenza si dovrebbero effet-tuare prove di aderenza su campioni estratti secondo le modalità indicate dalle norme ACI 503R o ASTM D 4541 o ISIS (1998), specificando il numero di campioni previsti. La resistenza a trazione lungo la superficie di adesione deve essere superiore a 1.4 MPa e la modalità di rottura deve interessare il supporto in calcestruzzo. Resistenze minori e crisi tra l’FRP e il calcestruzzo, o tra gli strati di FRP devono essere indicate nel rapporto da trasmettere al responsabile dei controlli per la verifica e l’accettazione.

6.2.6 Spessori al finito – Piccoli campioni del diame-tro di 13 mm possono essere estratti per accertare lo spessore al finito del laminato o il numero di strati di tessuto applicati. Possono essere utilizzate, a tal fine, anche i campioni utilizzati per i test di aderenza. In ogni

caso, dovrebbe essere specificato il numero di campioni necessari. E’ opportuno evitare di estrarre campioni in corrispondenza di zone molto sollecitate o di sovrappo-sizioni del rinforzo. I fori risultanti dall’estrazione dei campioni devono essere riempiti con malta o con putty e successivamente livellati. Se richiesto, uno strato di FRP delle dimensioni variabili da 100 a 200 mm può essere sovrapposto alla malta o al putty precedentemente applicati. Questa sovrapposizione dovrebbe avvenire se-condo i protocolli di installazione suggeriti del produtto-re.

CAPITOLO 7 – MANUTENZIONE E RIPARAZIONE

7.1 – Considerazioni generali Il committente dovrebbe periodicamente effettuare

ispezioni e verifiche sul sistema in FRP impiegato per il rinforzo o l’adeguamento di strutture in calcestruzzo. Le cause di eventuali danneggiamenti o deficienze riscon-trate in seguito alle ispezioni periodiche devono essere individuate e tenute debitamente in conto, prima di pro-cedere a qualunque intervento di riparazione o di manu-tenzione.

7.2 – Ispezioni 7.2.1 Ispezione preliminare – L’ispezione visiva può

riguardare i seguenti fenomeni: debonding, peeling, for-mazione di bolle d’aria, fessure, irregolarità ed altre a-nomalie del sistemi in FRP. Prove ad ultrasuoni, son-daggi acustici, prove termografiche possono essere im-piegate per l’individuazione di fenomeni di delamina-zione in atto.

7.2.2 Prove – Il collaudo potrà avvenire con prove di trazione tipo pull-off (Sezione 6.2.5) o con metodologie di prova convenzionali.

7.2.3 Valutazione – I risultati delle ispezioni visive e delle prove sperimentali possono essere impiegate sia per la valutazione di eventuali danni che per la verifica dell’integrità del sistema di rinforzo. Alla verifica pos-sono allegarsi indicazioni sulle modalità di ripristino e di prevenzione di potenziali fenomeni di degrado.

7.3 – Riparazione del sistema di rinforzo Il metodo da impiegarsi nella riparazione del sistema

di rinforzo è strettamente legato al tipo di materiale, alle cause e al livello di danno o degrado raggiunto. Gli in-terventi di riparazione del sistema in FRP devono essere intrapresi solo in seguito ad un’accurata indagine sulle cause dei danni.

Danni di minore entità come, ad esempio, fessurazioni localizzate o abrasioni del rinforzo in FRP, possono es-sere riparati anche incollando ulteriori strati di FRP sulle zone danneggiate. Essi devono possedere le stesse carat-teristiche in termini di spessore e orientamento delle fibre del rinforzo originario e vanno installati seguendo le specifiche fornite dal produttore. Danni di maggiore entità come, ad esempio, fenomeni di peeling e debon-ding che riguardano ampie zone possono richiedere l’a-


sportazione delle regioni interessate e il successivo ripri-stino del supporto in calcestruzzo seguito dalla sostitu-zione del rinforzo.

7.4 – Riparazione del manto protettivo Nei casi in cui il manto protettivo debba essere sosti-

tuito si può procedere preliminarmente ad un controllo del rinforzo in FRP rispetto a eventuali danni o deterio-ramenti. La protezione superficiale può poi essere sosti-tuita seguendo le indicazioni fornite dal produttore.

PARTE 4 – LINEE GUIDA PER IL PRO-GETTO

CAPITOLO 8 – CONSIDERAZIONI GENERALI PER IL PROGETTO

In questo capitolo sono presentate le linee guida gene-rali per eseguire il progetto del rinforzo con materiali compositi. Tali raccomandazioni si basano sui principi generali di progetto delle strutture in c.a. normale e pre-compresso illustrate nel documento ACI 318-99 e sulle conoscenze specifiche del comportamento meccanico dei materiali compositi.

I sistemi di rinforzo in FRP devono essere progettati per resistere a sforzi di trazione e non di compressione soddisfacendo contemporaneamente la congruenza tra le deformazioni del rinforzo e quelle del supporto di calce-struzzo sul quale sono applicati. È comunque accettabile per un rinforzo in FRP progettato per resistere a soli sforzi di trazione che possa essere soggetto anche a sfor-zi di compressione qualora questi ultimi siano dovuti o all’inversione del diagramma dei momenti o a modifiche nella distribuzione dei carichi. Il contributo della resi-stenza a compressione del rinforzo in FRP dovrà, co-munque, essere trascurato.

8.1 – Filosofia di progetto Le raccomandazioni qui fornite per il calcolo del rin-

forzi con sistemi in FRP sono basate sui principi del me-todo agli stati limite. Questo approccio garantisce di avere un sufficiente grado di sicurezza sia nei confronti degli stati limite di esercizio (controlli sull’ampiezza delle fessure e sulle deformazioni) che nei riguardi degli stati limite ultimi (collasso dell’elemento strutturale, rot-tura del rinforzo e comportamento a fatica). Nel calcola-re la resistenza nominale dell’elemento da rinforzare devono esserne individuate sia le possibili modalità di rottura sia le deformazioni e tensioni associate a ciascun materiale che concorre alla resistenza dell’elemento rin-forzato. Per determinare il comportamento in esercizio di un elemento rinforzato si ricorre ai principi base quali l’omogeneizzazione della sezione e l’impiego nei calcoli di sezioni parzializzate.

Il rinforzo con FRP deve essere progettato sia dal pun-to di vista della resistenza che del comportamento in esercizio, facendo riferimento alle indicazioni contenute nella normativa ACI 318-99 ed adottando i coefficienti di sicurezza in essa definiti. Ulteriori coefficienti di sicu-rezza dettati dall’impiego degli FRP sono consigliati da

questa guida per tener conto del minore livello di cono-scenza associato a questi materiali da costruzione inno-vativi rispetto a quelli convenzionali quali il c.a. ed il c.a.p. Il progettista potrebbe decidere di adottare coeffi-cienti di sicurezza ancora più conservativi qualora rite-nesse opportuno coprire incertezze legate alle resistenze dei materiali o alle condizioni del supporto rispetto a quelle considerate in questa guida.

Qualora i materiali FRP siano impiegati per l’adegua-mento sismico di una struttura può essere appropriato adottare indicazioni progettuali (Paulay e Priestley 1992) tali per cui la struttura riesca ad attingere la sua completa resistenza e contemporaneamente sia in grado di soppor-tare gli sforzi di taglio associati all’evento sismico. I sistemi in FRP, particolarmente se impiegati per il rin-forzo di colonne, devono essere progettati per garantire la necessaria resistenza alle sollecitazioni sismiche, at-traverso la dissipazione dell’energia assorbita ed il con-trollo delle deformazioni nelle sezioni in cui è massimo lo sforzo di taglio. Fatta eccezione per singoli casi nei quali la committenza può richiedere al progettista di soddisfare specifici requisiti prestazionali, il progetto del rinforzo per l’adeguamento sismico deve avere come principale obbiettivo la sicurezza delle persone, consen-tendo alla struttura di danneggiarsi in modo da essere in grado di dissipare energia. Come conseguenza di tale fi-losofia progettuale, elementi rinforzati con FRP possono richiedere ulteriori ristrutturazioni o addirittura la com-pleta sostituzione, qualora questo sia possibile, in seguito ad un evento sismico. Si deve infine prestare particolare attenzione nel riutilizzare una struttura danneggiata da un evento sismico, in particolar se essa ha subito even-tuali incendi.

8.2 – Limiti del rinforzo Particolare attenzione deve essere prestata alla defini-

zione dei limiti per il rinforzo. Tali limiti sono imposti per tutelare il progettista da possibili collassi prematuri della struttura causati dalla perdita del rinforzo dovuta a incendi, atti di vandalismo o altre cause che ne possano inficiare l’integrità. Alcuni progettisti e produttori di sistemi in FRP, a tal fine, suggeriscono di verificare che l’elemento non rinforzato sia in grado di resistere co-munque ad una certa aliquota dei carichi. Adottando questo approccio, e nel caso in cui il rinforzo in FRP venga danneggiato, la struttura dovrebbe essere ancora in grado di resistere ai carichi di esercizio senza crollare. A questo scopo, il Comitato che ha redatto il documento ha fissato come limite minimo del carico che la struttura esistente deve essere in grado di sopportare il valore espresso dall’Eq. (8.1). ( ) ( )1.2 0.85n DL LL newexisting

R S Sφ ≥ + (8.1)

Limiti più dettagliati per strutture che devono garantire

una certa classe di resistenza al fuoco sono indicati nel paragrafo 8.2.1.

8.2.1 Resistenza al fuoco – Il livello di rinforzo che può essere ottenuto mediante l’impiego di sistemi in


FRP è spesso dettato dalle leggi vigenti che fissano la classe di resistenza al fuoco della struttura in esame. Sia le resine polimeriche impiegate nei sistemi di rinforzo wet lay-up e pre-preg che gli adesivi polimerici utilizza-ti per l’incollaggio delle lamine pre-cured perdono la loro integrità strutturale qualora siano esposti a tempera-ture maggiori della temperatura di transizione vetrosa Tg del polimero col quale sono realizzati. La temperatura di transizione vetrosa dipende dai legami chimici che costi-tuiscono il polimero; per le resine e gli adesivi general-mente adottati in pratica, valori tipici di Tg variano da 60 a 80 ºC. Siccome durante un incendio si raggiungono temperature più elevate di quelle alle quali i sistemi in FRP sono in grado resistere, gli FRP non sono conside-rati capaci di resistere al fuoco. La protezione del rinfor-zo con materiali intumescenti è generalmente poco fatti-bile a causa dei notevoli spessori di materiale che sareb-be necessario installare.

Benché i sistemi in FRP abbiano una bassa resistenza al fuoco, la combinazione del rinforzo con l’elemento strutturale in c.a. può garantire una certa capacità di resi-stenza al fuoco. Questo aspetto è attribuibile all’insita resistenza al fuoco dell’elemento in c.a.. La tensione di snervamento dell’armatura in acciaio si riduce, cosi co-me si abbatte la resistenza a compressione del calce-struzzo, inficiando la resistenza complessiva dell’ele-mento. Tale concetto è adottato dal comitato ACI 216R per calcolare la classe di resistenza al fuoco di elementi in c.a. e c.a.p.. Il documento ACI 216R suggerisce inol-tre limiti che assicurano un ragionevole livello di sicu-rezza nei confronti del collasso globale della struttura in caso d’incendio.

Estendendo tali concetti alle strutture rinforzate con FRP si possono adottare limitazioni sulla quantità di rin-forzo applicabile ad un elemento strutturale in modo che, in caso di incendio, l’elemento così rinforzato non subi-sca un collasso prematuro. Si può, infatti, calcolare la resistenza dell’elemento strutturale considerando le pro-prietà dei materiali (acciaio e calcestruzzo) opportuna-mente ridotte, e senza tenere conto del rinforzo in FRP. Tale valore può essere quindi confrontato con il valore dei carichi di progetto agenti per controllare che la strut-tura non collassi sotto l’azione dei carichi d’esercizio in presenza delle elevate temperature generatesi in caso di incendio.

Il valore della massima sollecitazione ammissibile per una generica sezione rinforzata con FRP, per una deter-minate classe di resistenza al fuoco, deve soddisfare l’Eq. (8.2). Gli effetti dei carichi permanenti SDL e acci-dentali devono essere determinati in base all’analisi dei carichi agenti sulla struttura in oggetto. Se l’impiego del sistema in FRP ha come obbiettivo quello di aumentare il valore dei carichi che la struttura deve sopportare, ad esempio incrementando quelli accidentali, il valore di SLL deve tener conto del nuovo valore assunto dal carico accidentale. ( )n DL LLexisting

R S Sθ ≥ + (8.2)

La resistenza nominale di una sezione, indicata con

Rnθ, facente parte di un elemento strutturale soggetto ad elevate temperature, può essere calcolata facendo riferi-mento alle linee guida descritte nel documento ACI 216R. Tale resistenza deve essere calcolata considerando il periodo di tempo definito dalla classe di resistenza al fuoco per quella struttura – ad esempio una resistenza al fuoco di due ore – e non deve tenere conto del contributo dell’FRP. Essa, inoltre, dovrebbe tener conto anche del peggioramento delle caratteristiche meccaniche dei ma-teriali quali acciaio e calcestruzzo.

La resistenza al fuoco degli FRP può essere migliorata mediante l’utilizzo di materiali intumescenti ed isolanti. Tali soluzioni non sono ancora diffuse per applicazioni in cantiere, ma potrebbero diventarlo nel prossimo futu-ro. Se infatti tali metodi d’isolamento, attraverso un ade-guata campagna sperimentale, dimostreranno la loro efficacia nell’aumentare la classe di resistenza al fuoco degli FRP, senza compromettere la resistenza al fuoco dell’intera struttura sulla quale vengono impiegati, allora si potrà modificare l’Eq. (8.2) per fare in modo che essa consideri il contributo dell’FRP alla resistenza nominale della sezione esistente. Le prove da condurre per deter-minare la resistenza al fuoco dei sistemi in FRP dovreb-bero fare uso del cosiddetto criterio dell’end-point (pun-to finale) caratterizzato dal raggiungimento della tempe-ratura di transizione vetrosa del polimero. In altre parole, la classe di resistenza al fuoco di un determinato sistema in FRP dovrebbe essere definita in funzione del tempo necessario affinché i polimeri impiegati come resine e/o adesivi raggiungano la relativa temperatura di transizio-ne vetrosa. La norma ASTM E 119 fornisce le indica-zioni necessarie per simulare in laboratorio un incendio avente le caratteristiche più idonee a determinare tali proprietà in termini di tempo e calore sviluppato.

8.2.2 Resistenza strutturale complessiva – Se da un la-to i sistemi in FRP sono in grado di fornire un elevato contributo al miglioramento delle prestazioni strutturali di elementi soggetti a flessione, taglio e pressoflessione, dall’altro, e in alcune situazioni specifiche come quelle controllate dal punzonamento o dalla resistenza a schiac-ciamento delle fondazioni, il loro contributo è pressoché trascurabile. È perciò necessario verificare che tutti gli elementi strutturali facenti parte della struttura rinforzata siano in grado di sopportare l’incremento dei carichi per i quali si è progettato il rinforzo. Inoltre è necessario verificare che per l’elemento strutturale rinforzato, nel caso in cui dovesse essere sovraccaricato, non si inne-schino rotture per taglio (crisi fragile) ma si attivino, in-vece, rotture per flessione, assicurando così duttilità alla struttura.

8.2.3 Applicazioni sismiche – Gran parte della ricerca indirizzata allo studio del comportamento sismico di ele-menti strutturali rinforzati con FRP si è concentrata sul rinforzo di colonne. I materiali compositi vengono prin-cipalmente impiegati per il miglioramento della resisten-za a compressione del conglomerato mediante confina-mento, per la riduzione delle lunghezze di sovrapposi-zione dei ferri previste dalle norme in vigore e per in-crementare la resistenza al taglio (Priestley et al. 1996). Attualmente sono disponibili poche informazioni per il


rinforzo di strutture intelaiate in zona sismica. Nel CAPITOLO 11 vengono individuate alcune limitazioni all’impiego degli FRP nel rinforzo a taglio e flessione per strutture in zona sismica.

Qualora il progetto di rinforzo interessi travi o solai di edifici situati in zone sismiche2 di classe 3 e 4, è necessa-rio valutare la resistenza e la rigidezza sia della trave (o del solaio) che delle colonne per assicurarsi che la for-mazione delle cerniere plastiche avvenga lontano sia dalle colonne che dal nodo (Mosallam et al. 2000).

8.3 – Scelta del sistema in FRP più idoneo 8.3.1 Considerazioni ambientali – Le condizioni am-

bientali nelle quali si effettua l’intervento di rinforzo giocano un ruolo fondamentale nel determinare la dura-bilità delle resine e delle fibre impiegate. Le proprietà meccaniche, quali - ad esempio - la resistenza e la de-formazione ultime a trazione ed il modulo elastico di alcuni sistemi in FRP tendono a degradare qualora ven-gano esposti a particolari condizioni ambientali (ambien-te alcalino o marino, agenti chimici, raggi ultravioletti, alte temperature, elevata umidità, cicli di gelo e disgelo). Conseguentemente, i valori di tali proprietà che sono indispensabili per eseguire il progetto di rinforzo, devo-no inevitabilmente tenere conto di tale processo di de-grado così come illustrato nel paragrafo 8.4.

Il progettista dovrebbe quindi scegliere il sistema in FRP che meglio si adatta alle condizioni ambientali nelle quali si trova a dover operare. Di seguito sono elencati i principali fattori che possono influenzare il comporta-mento dei materiali compositi esposti a particolari con-dizioni ambientali. Maggiori informazioni possono esse-re ottenute dai singoli produttori di sistemi in FRP. • Ambiente alcalino/acido: Il comportamento nel tem-

po di un particolare sistema in FRP in ambiente alcali-no o acido è funzione della matrice polimerica e del tipo di fibra che lo compongono. Una fibra di carbonio che non sia impregnata di resina, quindi completamen-te esposta all’ambiente esterno, presenta una buona re-sistenza sia agli ambienti alcalini che a quelli acidi, mentre una fibra di vetro non protetta tende a degra-darsi nel tempo. Per questi motivi, l’applicazione di una matrice polimerica sulla fibra secca ha la funzione di ritardare il processo di degrado, isolando la fibra dall’ambiente acido/alcalino. Conseguentemente, il si-stema in FRP utilizzato per il rinforzo deve prevedere la scelta di un’adeguata resina che sia resistente sia a-gli ambienti alcalini che acidi. In questa ottica va sot-tolineato che l’impiego di fibre di carbonio risulta co-munque preferibile rispetto a quelle di vetro, qualora l’intervento di rinforzo venga eseguito in un ambiente che si presenta con un elevato grado di alcalinità o u-midità.

• Dilatazione termica: I sistemi in FRP possono avere proprietà di dilatazione termica che sono diverse da

2 La classificazione delle zone sismiche qui citata si riferisce alla classificazione del territorio americano pubblicata su: “Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures”, ASCE 7-98 Edito da American Society of Civil Engineers.

quelle del calcestruzzo. Per di più tali proprietà differi-scono anche fra le fibre stesse e le resine usate per rea-lizzare il materiale composito. In particolare le fibre di carbonio hanno un coefficiente di dilatazione termica che è praticamente nullo mentre quelle di vetro hanno un comportamento molto più simile a quello del calce-struzzo. Le resine polimeriche impiegate nella realiz-zazione dei sistemi in FRP hanno tipicamente un coef-ficiente di dilatazione termica che si aggira intorno a cinque volte quello del calcestruzzo. Il calcolo delle deformazioni dovute a differenziali termici è difficile da realizzare in quanto esse variano in funzione di fat-tori quali l’allineamento delle fibre, la percentuale di fibra rispetto al volume totale del composito (volume di resina più volume di fibra) e lo spessore di adesivo impiegato per l’incollaggio del rinforzo al supporto di calcestruzzo. Le ricerche condotte fino ad ora (Mota-valli et al. 1993; Soudki e Green 1997; Green et al. 1998) hanno comunque dimostrato che le differenze di dilatazione termica nei vari materiali non alterano l’ancoraggio delle fibre al supporto se le variazioni termiche sono contenute nel range ± 28 ºC.

• Conduttività elettrica: Le fibre aramidiche e le fibre di vetro hanno buone proprietà isolanti, a differenza di quelle di carbonio che invece sono ottimi conduttori. A questo proposito, onde evitare che il rinforzo realiz-zato con fibre in carbonio possa innescare un processo di corrosione galvanica sulla preesistente armatura in acciaio, si deve provvedere a far sì che il rinforzo e l’armatura preesistente non entrino in contatto diretto. 8.3.2 Condizioni di carico – Dal momento che le con-

dizioni di carico alle quali è soggetto l’elemento da rin-forzare hanno una notevole influenza sul comportamento a lungo termine del rinforzo, è necessario analizzare a priori la struttura e scegliere il tipo di sistema in FRP che più si addice alle condizioni previste in esercizio.

A tale riguardo di seguito sono illustrate le condizioni di carico che possono avere un impatto più o meno con-siderevole sulle proprietà meccaniche del materiale com-posito a seconda del tipo di fibra che si utilizza. Per informazioni più dettagliate è comunque necessario fare riferimento al produttore del sistema in FRP scelto. • Comportamento in caso di impatto: Le fibre arami-

diche e quelle di vetro presentano proprietà migliori rispetto a quelle di carbonio.

• Rottura per creep e comportamento a fatica: Le fibre di carbonio sono quelle che meglio si comporta-no sia sotto l’azione di carichi costanti che possono indurre rotture per creep, sia nei confronti di sollecita-zioni di fatica dovute a carichi ciclici. Le fibre di vetro invece risentono notevolmente di entrambe queste condizioni di carico. 8.3.3 Considerazioni sulla durabilità – Il problema

della durabilità nei materiali compositi è uno dei princi-pali problemi attualmente in fase di studio (Steckel et al. 1999a). Il progettista deve quindi scegliere il sistema in FRP che meglio si addice all’ambiente nel quale si rea-lizza l’intervento di rinforzo. Le prove che consentono di valutare la durabilità dei vari sistemi in FRP includono prove cicliche ad elevate temperature ed umidità, prove


in ambiente alcalino, cicli di gelo e disgelo ed esposizio-ne ai raggi ultravioletti.

Qualora il rinforzo copra completamente la superficie esterna di un elemento in calcestruzzo, indipendente-mente dal tipo di sistema in FRP impiegato, sarebbe op-portuno studiare gli effetti risultanti da: cicli di gelo e disgelo, corrosione delle armature metalliche, reazione alcali-silice degli inerti, presenza di acqua tra il rinforzo ed il supporto in calcestruzzo, pressioni generate dalla presenza di vapori e diffusione dei vapori di umidità (Souki e Green 1997; Christensen et al. 1996; Toutanji 1999). Dal momento che molti sistemi in FRP costitui-scono una sorta di barriera al vapore sulla superficie del calcestruzzo, è necessario progettare il sistema in modo che esso consenta l’evaporazione dell’umidità dall’ele-mento.

8.3.4 Considerazioni sulla scelta del tipo di protezione – Uno manto protettivo può essere applicato direttamen-te sull’ultimo strato del rinforzo per proteggerlo da parti-colari condizioni ambientali. Lo spessore del manto pro-tettivo va determinato in funzione delle caratteristiche del materiale composito e deve quindi rispondere ad esigenze di protezione specifiche rispetto a condizioni ambientali quali eccessi di umidità, ambiente marino, alte temperature, impatto ed esposizione ai raggi ultra-violetti oppure atti di vandalismo o altre condizioni con-tingenti al luogo nel quale si trova l’elemento da rinfor-zare. Lo scopo di tali manti protettivi è appunto quello di ritardare il processo di degrado che inevitabilmente inte-ressa le proprietà meccaniche dei vari sistemi in FRP. A questo scopo è opportuno ispezionare periodicamente tale film protettivo onde evitare che col tempo possa de-gradarsi.

I manti protettivi o l’eventuale incremento dello strato più esterno di resina impiegato per l’impregnazione delle fibre possono proteggere le fibre anche da eventuali dan-ni provocati da impatto o abrasione. Nel caso in cui il rinforzo interessi elementi strutturali che possono essere facilmente impattati, ulteriori livelli di protezione po-trebbero rendersi necessari. Laddove si ritenga che l’a-zione di carichi abrasivi o da impatto sia di entità piutto-sto bassa, i manti protettivi più utilizzati sono general-mente composti da malte cementizie o polimeriche.

8.4 – Valori di progetto delle proprietà meccani-che dei sistemi in FRP

A meno che non venga menzionato specificatamente, le proprietà meccaniche dei materiali fornite dal produt-tore, quali ad esempio la resistenza a trazione, non ten-gono conto degli effetti di lunga durata che particolari condizioni ambientali possono avere sulle fibre e sulle resine che compongono il sistema in FRP. Pertanto, par-tendo da tali valori caratteristici vanno derivati quelli di calcolo mediante opportuni coefficienti che tengono con-to degli effetti negativi dovuti alle condizioni ambientali.

Le equazioni dalla (8.3) alla (8.5) forniscono le rela-zioni in base alle quali è possibile determinare le pro-prietà meccaniche che vanno impiegate in fase di proget-to del rinforzo. Il valore di progetto della resistenza a trazione del sistema in FRP deve essere calcolata utiliz-

zando i coefficienti di riduzione ambientale riportati in Tabella 8.1, che sono funzione del tipo di fibra utilizzata e dell’ambiente al quale il rinforzo è esposto: *

fu E fuf C f= (8.3)

Analogamente, il valore di progetto della deformazio-ne ultima deve anch’esso essere ridotto attraverso lo stesso coefficiente ambientale secondo l’Eq (8.4):

*

fu E fuCε ε= (8.4) Dal momento che i materiali compositi hanno un

comportamento elastico lineare fino a rottura, il valore di progetto del modulo elastico può essere facilmente cal-colato attraverso la legge di Hooke. L’espressione con la quale calcolare il modulo elastico, fornita dall’Eq. (8.5), evidenzia che esso è indipendente dal coefficiente di riduzione ambientale. Il valore ottenuto applicando tale relazione coincide con quello indicato dal produttore:

fuf

fu

fE

ε= (8.5)

La durabilità e la resistenza al degrado ambientale di

un sistema in FRP dipende dal tipo di fibra e resina che lo costituiscono. I coefficienti di riduzione ambientale riportati dalla Tabella 8.1 sono stati stimati in maniera molto conservativa a seconda del tipo di fibra, facendo riferimento ai diversi processi di degrado di ciascuna di esse.

Dal momento che tali valori sono stati ottenuti dall’e-strapolazione di risultati sperimentali, non appena saran-no disponibili nuovi risultati la Tabella 8.1 verrà aggior-nata di conseguenza, senza modificare però la filosofia con la quale tali coefficienti vanno usati. Dal produttore del sistema in FRP si potrebbero ottenere ulteriori in-formazioni riguardo il comportamento del sistema adot-tato in funzione dell’utilizzo, o meno, di manti protettivi.

Come evidenziato dai valori della Tabella 8.1, se il rinforzo in FRP è esposto ad ambiente poco aggressivo, ad esempio all’interno di edifici, il coefficiente di ridu-zione ambientale è prossimo all’unità.

Tabella 8.1 – Fattori di riduzione ambientale, CE, in funzione del tipo di esposizione e della fibra utilizzata

Condizione di esposizione

Tipo di fibra e resina CE

Carbonio/epossidica 0.95 Vetro/epossidica 0.75 Interna

Aramidica/epossidica 0.85 Carbonio/epossidica 0.85

Vetro/epossidica 0.65 Esterna (ponti, co-lonne, e parcheggi) Aramidica/epossidica 0.75

Carbonio/epossidica 0.85 Vetro/epossidica 0.50

Aggressiva (indu-strie chimiche e di smaltimento rifiuti) Aramidica/epossidica 0.70


Qualora invece l’intervento venga realizzato in am-biente aggressivo caratterizzato da elevata umidità, da cicli di gelo e disgelo, da ambiente marino o alcalino, o da una qualsiasi combinazione di questi, si adottano co-efficienti minori. Nel caso in cui prove di laboratorio dimostrino che l’impiego di un particolare manto protet-tivo è in grado di limitare i processi di degrado legati ad una determinata condizione ambientale, il coefficiente ambientale potrebbe essere maggiorato se tale protezione è presente per tutto il periodo di vita atteso del sistema in FRP.

CAPITOLO 9 – RINFORZO A FLESSIONE L’applicazione in corrispondenza del lembo teso di un

elemento in calcestruzzo inflesso di un rinforzo in FRP, avente le fibre disposte parallelamente all’asse dell’ele-mento, da luogo ad un incremento della resistenza a fles-sione di quest’ultimo. Sperimentalmente sono stati os-servati incrementi della resistenza complessiva variabili dal 10 al 160% (Meier and Kaiser 1991; Ritchie et al. 1991; Sharif at al. 1994). Nella pratica, tuttavia, dovendo tener conto della duttilità raggiunta a rottura e dello stato limite di esercizio, si può contare su incrementi della re-sistenza generalmente compresi nell’intervallo 5÷40%.

Non è possibile estendere le indicazioni riportate in questo capitolo a telai in c.a. soggetti ad azioni sismiche, per quelle zone sedi di possibili formazioni di cerniere plastiche. Il progetto degli interventi di rinforzo a fles-sione con FRP, in tal caso, deve necessariamente tener conto del comportamento globale del telaio rinforzato, comportamento sensibilmente condizionato dalla ridu-zione della duttilità rotazionale causata, nelle zone sud-dette, dall’intervento di rinforzo. Inoltre, in tal caso, dovrebbe essere attentamente valutato l’effetto che, sul rinforzo in FRP, hanno i carichi ciclici.

9.1 – Considerazioni generali Questo capitolo presenta le linee-guida per il progetto

del rinforzo a flessione mediante sistemi in FRP applica-ti al lembo teso di elementi in c.a. ed è concepito per il caso specifico di sezioni rettangolari in c.a. ordinario, aventi armature disposte solo in corrispondenza delle zone tese. Tuttavia, i concetti generali descritti nel segui-to possono essere estesi a sezioni non rettangolari (se-zioni a T e ad I) e ad elementi strutturali aventi armature metalliche anche in zona compressa. Nel caso di elemen-ti precompressi, per valutare il contributo dell’FRP, do-vrebbe essere considerata la congruenza delle deforma-zioni, con riferimento allo stato di deformazione dell’elemento sollecitato. In tal caso, è necessario consi-derare anche quei meccanismi di collasso che prevedono la rottura dei cavi di precompressione.

9.1.1 Ipotesi – Per la valutazione della resistenza a flessione di una sezione rinforzata adoperando un siste-ma in FRP vengono fatte le seguenti ipotesi: • i calcoli di progetto sono basati sulle dimensioni

reali, sulla disposizione delle armature interne e sul-le proprietà dei materiali dell’elemento strutturale esistente da rinforzare;

• le deformazioni nell’armatura e nel calcestruzzo sono direttamente proporzionali alla distanza dall’asse neutro (principio di conservazione delle se-zioni piane);

• perfetta aderenza tra il rinforzo esterno in FRP ed il calcestruzzo;

• la deformazione a taglio all’interno dello strato di adesivo viene trascurata in quanto lo strato di adesi-vo è molto sottile con piccole variazioni nel suo spessore;

• la massima deformazione utilizzabile nel calcestruz-zo è pari a 0.0033;

• la resistenza a trazione del calcestruzzo viene trascu-rata; e

• il rinforzo in FRP ha un legame costitutivo tensione-deformazione elastico lineare fino a rottura.

E’ opportuno chiarire che alcune delle precedenti ipo-tesi sono necessarie per conseguire una certa facilità computazionale, anche se le stesse possono non ripro-durre fedelmente il comportamento effettivo. Ad esem-pio, la deformazione a taglio nello strato di adesivo re-sponsabile tra gli scorrimenti relativi tra il rinforzo in FRP ed il supporto non è in realtà nulla. Le approssima-zioni insite nelle suddette ipotesi, tuttavia, non influen-zano significativamente il valore della resistenza di un elemento rinforzato con FRP. Un ulteriore coefficiente di riduzione della resistenza (presentato nella Sezione 9.2) compenserà, a vantaggio di sicurezza, le varie di-screpanze.

9.1.2 Resistenza a taglio della sezione – Quando un rinforzo in FRP viene usato per incrementare la resisten-za a flessione di un elemento strutturale, è importante verificare che l’elemento sia effettivamente capace di sopportare carichi maggiori, ossia, che gli sforzi di taglio associati ai nuovi carichi, siano sopportabili senza che si produca una rottura per taglio. La verifica a taglio com-porta la valutazione della resistenza dell’elemento strut-turale ed il confronto di questa con la sollecitazione di taglio indotta dai carichi ad essa applicati. Nel caso che da tale verifica scaturisse la necessità di fornire una resi-stenza a taglio aggiuntiva, possono essere utilizzate la-mine in FRP orientate trasversalmente all’asse dell’ele-mento, come descritto nel CAPITOLO 10.

9.1.3 Deformazione esistente nel supporto – Il suppor-to su cui l’elemento in FRP viene applicato risulta in genere soggetto a deformazioni dovute a tutti i carichi agenti prima della realizzazione del rinforzo stesso, in-clusi il peso proprio ed eventuali carichi accidentali, a meno che tali carichi non vengano preventivamente ri-mossi. Queste deformazioni dovrebbero essere conside-rate come deformazioni iniziali e dovrebbero, pertanto, essere escluse dal calcolo della deformazione nell’ele-mento in FRP (Arduini e Nanni 1997; Nanni et al. 1998). Il livello di deformazione iniziale sul supporto, εbi, può

3 Questo valore di deformazione coincide con la massima defor-mazione assunta dalle normative ACI per elementi in calcestruzzo non rinforzati (cfr. ACI 318-99); la massima deformazione (o “deformazione ultima”) definita dalle normative europee per il calcestruzzo vale εcu = 0.0035.


essere determinato da una analisi elastica dell’elemento struttrale esistente, considerando tutti i carichi agenti sull’elemento al momento della realizzazione del rinfor-zo. Si raccomanda che l’analisi elastica dell’elemento strutturale esistente sia basata sulle proprietà della sezio-ne parzializzata.

9.2 – Resistenza nominale4 La verifica di sicurezza allo stato limite ultimo richie-

de che la resistenza a flessione di progetto di un elemen-to strutturale sia maggiore della sollecitazione flettente di calcolo (ossia dovuta ai carichi agenti fattorizzati) come indicato dall’Eq. (9.1): n uM Mφ ≥ (9.1)

La resistenza a flessione di progetto, φMn, si ricava dalla resistenza nominale dell’elemento strutturale, Mn, moltiplicata per il coefficiente di riduzione φ; la solleci-tazione flettente di calcolo, Mu, si ottiene dalla combina-zione delle sollecitazioni prodotte dai carichi di progetto (per esempio, αDLMDL + αLLMLL + …)5. Questa guida raccomanda che la sollecitazione flettente di calcolo in una sezione venga valutata adoperando coefficienti par-ziali sulle azioni (α), come richiesto dalle norme ACI 318-99. Inoltre, per la valutazione della resistenza di progetto, si raccomanda l’uso dei coefficienti di riduzio-ne della resistenza (φ) riportati nelle stesse norme e di un ulteriore coefficiente di riduzione ψf - pari a 0.85 - da applicare al contributo flessionale del solo rinforzo in FRP. L’uso dell’ulteriore coefficiente di riduzione è illu-strato nella Eq. (9.11). Questo coefficiente di riduzione aggiuntivo viene introdotto per tener conto della più in-certa affidabilità, in termini statistici, relativa alle struttu-re rinforzate con FRP rispetto a quelle tradizionali.

La resistenza a flessione nominale di un elemento in calcestruzzo rinforzato con FRP può essere determinata sulla base della congruenza delle deformazioni, del-l’equilibrio delle azioni interne e della modalità di rottu-ra.

9.2.1 Modalità di rottura – La resistenza a flessione di una sezione dipende dalla modalità di rottura. Per una sezione rinforzata con FRP dovrebbero essere esaminate le seguenti modalità di rottura (GangaRao e Vijay 1998): • schiacciamento del calcestruzzo in compressione

prima dello snervamento dell’armatura metallica; • snervamento dell’acciaio in trazione seguito dalla

rottura del rinforzo in FRP; • snervamento dell’acciaio in trazione seguito dallo

schiacciamento del calcestruzzo;

4 Per la migliore comprensione delle modalità di verifica allo stato limite ultimo secondo la normative ACI si faccia riferimento alle brevi note introduttive riportate all’inizio di questo documento. 5 Secondo la simbologia adoperata dalla normativa ACI 318-99 con αDL e αLL si indicano i fattori di amplificazione dei carichi permanenti (DL=Dead Load) ed accidentali (LL=Live Load) ri-spettivamente. Conseguentemente con MDL e MLL si indicano le sollecitazioni flettenti dovute all’applicazione di tali carichi.

• delaminazione per taglio/trazione del copriferro; e • perdita di aderenza del rinforzo in FRP dal supporto

in calcestruzzo. La rottura per schiacciamento del calcestruzzo com-

presso si ha convenzionalmente quando la deformazione raggiunge il limite massimo pari εc=εcu =0.003. E’ pos-sibile avere rottura del rinforzo in FRP se la sua defor-mazione raggiunge il limite di progetto (εf=εfu) prima che avvenga lo schiacciamento del calcestruzzo.

Analogamente, la rottura per delaminazione o quella causata dalla perdita di aderenza del sistema in FRP si verifica quando lo sforzo assorbito dall’FRP supera la resistenza del calcestruzzo. Pertanto, al fine di prevenire tali modalità di rottura, è necessario limitare al di sotto di una soglia stabilita il livello di deformazione raggiunto nell’FRP. A tal fine, viene introdotto un coefficiente κm, che in ogni caso non può essere assunto maggiore di 0.90, che moltiplica la deformazione di rottura del lami-nato in FRP. L’Eq. (9.2) fornisce l’espressione di tale coefficiente:

1 1 0.90 per 18000060 360000

1 90000 0.90 per 18000060

f ff f

fu

m

f ffu f f

nE tnE t

nE tnE t

εκ

ε

⎧ ⎛ ⎞⋅ − ≤ ≤⎪ ⎜ ⎟

⎪ ⎝ ⎠= ⎨

⎛ ⎞⎪ ⋅ ≤ >⎜ ⎟⎪ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎩

(9.2)

Nell’Eq. (9.2) con n è indicato il numero di strati di FRP che si hanno in corrispondenza della sezione per la quale si sta valutando la resistenza a flessione. Il termine κm assume valori tanto minori quanto maggiore è la rigi-dezza unitaria nEftf. Così, la limitazione di deformazio-ne diventa più severa all’aumentare della rigidezza del laminato e ciò in accordo con le risultanze sperimentali, che mostrano come rinforzi dotati di rigidezza più eleva-ta determinino maggiori problemi di delaminazione. Per rinforzi con rigidezza unitaria nEftf maggiore di 180000 N/mm, l'origine dell’equazione viene dall’imposizione di uno sforzo massimo piuttosto che da una limitazione sulla deformazione. La rigidezza unitaria del rinforzo è indipendente dalla larghezza del laminato e ciò si giusti-fica dal fatto che ad un incremento di larghezza dell’FRP corrisponde un incremento proporzionale della superficie utile per l’aderenza.

Le espressioni riportate per il coefficiente κm sono di tipo empirico, ossia basate su esperienze di laboratorio e su indicazioni fornite da professionisti esperti del settore. Ulteriori ricerche inerenti la meccanica del fenomeno di aderenza del rinforzo a flessione potranno condurre in futuro a metodi più accurati per la predizione della de-laminazione, fornendo delle modifiche opportune del-l’Eq. (9.2) per tener conto, verosimilmente, non solo della rigidezza del rinforzo, ma anche della rigidezza dell’elemento strutturale a cui esso è incollato. Nel frat-


tempo, il Comitato6 raccomanda l’uso dell’Eq. (9.2) per limitare la deformazione nell’elemento in FRP e preve-nirne la delaminazione.

9.2.2 Livello di deformazione nel rinforzo in FRP – E’ importante determinare il livello di deformazione nel rinforzo in FRP allo stato limite ultimo. Poiché i mate-riali in FRP hanno un comportamento elastico-lineare fino a rottura, il livello di deformazione nell’elemento di FRP governerà il livello di tensione sviluppato nello stesso materiale. Il massimo livello di deformazione (de-formazione efficace) che può essere raggiunto nel rinfor-zo dipende dalla modalità di rottura (schiacciamento del calcestruzzo, rottura del rinforzo, oppure crisi nell’ade-renza tra FRP e supporto) e può essere valutato utiliz-zando l’Eq. (9.3), ossia tenendo conto del principio di conservazione delle sezioni piane, avendo cura di depu-rare la deformazione così ottenuta della quantità εbi che rappresenta la deformazione iniziale del supporto (come descritta nella Sezione 9.1.3):

fe cu bi m fuh c

cε ε ε κ ε−⎛ ⎞= − ≤⎜ ⎟

⎝ ⎠ (9.3)

9.2.3 Livello di tensione nel rinforzo in FRP – Il mas-

simo livello di tensione che può essere sviluppato nel rinforzo (tensione efficace) può essere desunto dalla de-formazione efficace, assumendo un comportamento per-fettamente elastico: fe f fef E ε= (9.4)

9.3 – Duttilità Il rinforzo a flessione con sistemi in FRP ha come

conseguenza la riduzione di duttilità dell’elemento strut-turale originale. In alcuni casi la perdita di duttilità è trascurabile. Per mantenere un grado di duttilità suffi-ciente, è necessario controllare che il livello di deforma-zione nell’acciaio sia pari ad almeno lo 0.005 indipen-dentemente dalla modalità di rottura, ciò in accordo con quanto previsto nel Capitolo 2 della norma ACI 318-99.

L’approccio seguito in questo documento si inquadra nella filosofia dell’Appendice B di tale norma, secondo la quale una sezione a bassa duttilità deve essere com-pensata da una maggiore riserva di resistenza. La suddet-ta maggiore riserva di resistenza è assicurata applicando nel caso di sezioni fragili un coefficiente di riduzione della resistenza, φ, pari a 0.70, valore inferiore, pertanto, allo 0.90 utilizzato per sezioni duttili.

L’Eq. (9.5) fornisce il coefficiente di riduzione della resistenza che deve essere usato per il rinforzo a flessio-ne con materiali compositi. In essa, εs

7 rappresenta la deformazione nell’acciaio allo stato limite ultimo, men-tre con εsy è indicata la deformazione di snervamento: 6 Per comitato si intende l’ACI Committee 440, Fiber Reinforced Polymer, che ha redatto il presente documento. 7 Da notare che la normativa ACI, a differenza di quella italiana, non pone un limite massimo per la deformazione dell’acciaio.

( )0.90 per 0.005

0.200.70 per 0.005

0.005

0.70 per

s

s sysy s

sy

s sy

ε

ε εφ ε ε

ε

ε ε

≥⎧⎪

−⎪= + < <⎨ −⎪

⎪ ≤⎩

(9.5)

L’andamento del coefficiente di riduzione al variare

della deformazione εs è riportato nella Figura 9.1.

9.4 – Stato limite di esercizio Sotto l’azione dei carichi di servizio un elemento strut-

turale dovrebbe soddisfare le prescrizioni della norma ACI 318-99 per ciò che concerne gli aspetti funzionali (limitazione delle frecce e dell’ampiezza delle fessure). Il contributo del rinforzo esterno in FRP nelle verifiche di esercizio può essere valutato attraverso l’analisi della sezione omogeneizzata.

Al fine di evitare deformazioni anelastiche in eserci-zio, le armature metalliche interne devono essere lontane dal valore che ne produce lo snervamento. Per questo, la tensione di esercizio nell’acciaio è limitata all’80% della tensione di snervamento, come mostrato nell’Eq. (9.6):

, 0.80s s yf f≤ (9.6)

9.5 – Rottura per creep e limiti tensionali per fatica

Al fine di evitare la rottura del rinforzo in FRP per creep o la rottura dovuta a tensioni cicliche e di fatica, occorre controllare i livelli tensionali raggiunti nel rin-forzo. Tali tensioni possono essere calcolate mediante un’analisi elastica.

I fenomeni di rottura per creep e per fatica per gli FRP sono stati descritti nella Sezione 3.4 in funzione del tipo di fibra utilizzato.

Come si è visto nella Sezione 3.4.1, gli studi scientifici hanno mostrato che le fibre di vetro, di aramide e di car-bonio possono sostenere, rispettivamente, tensioni pari al 30%, 47% e 91% della propria resistenza senza che si verifichi la rottura per creep (Yamaguchi et al. 1997).

Al fine di evitare la crisi di un elemento strutturale rin-forzato con FRP per effetto di creep e fatica, devono es-sere imposti opportuni limiti tensionali al rinforzo. Il livello di tensione nel rinforzo in FRP può essere calco-lato mediante un’analisi elastica supponendo che la se-zione inflessa sia sollecitata dal momento flettente dovu-to a tutti i carichi sostenuti (peso proprio più la porzione sempre presente dei carichi accidentali) cui si deve sommare il momento massimo indotto dal carico ciclico (Figura 9.4). Per mantenere un adeguato livello di sicu-rezza, il livello tensionale così raggiunto deve essere li-mitato secondo quanto espresso dalla Eq. (9.7). I valori di sicurezza dei livelli tensionali indotti dal carico soste-nuto e da quello ciclico sono forniti nella Tabella 9.1.


Deformazione ultima nell’acciaio

Figura 9.1 – Il coefficiente di riduzione della resistenza in funzione della deformazione dell’acciaio.

Sezione in c.a. Stato deformativo Stato tensionale (distribuzione equivalente

da usarsi nei calcoli)

Stato tensionale(distribuzione non-

lineare delle tensioni)

Asse neutro

Figura 9.2 – Stato deformativo e tensionale ultimo per sezione rettangolare.

Tali valori sono basati sui limiti di tensione preceden-temente stabiliti nella Sezione 3.4.1 adottando un coeffi-ciente di sicurezza pari a 1/0.60:

, Soglia di tensione dovuta ai

carichi sostenuti + quelli ciclicif sf ≤

(9.7)

9.6 – Sezione rettangolare a semplice armatura Al fine di mostrare un’applicazione delle prescrizioni

riportate in questo capitolo, di seguito è presentato l’e-sempio applicativo degli stessi concetti per il caso di una sezione rettangolare a semplice armatura (non precom-pressa).

9.6.1 Resistenza ultima – La Figura 9.2 illustra la di-stribuzione delle tensioni e delle deformazioni interne per una sezione rettangolare inflessa allo stato limite ultimo.

La procedura di calcolo utilizzata per ottenere la resi-stenza ultima deve soddisfare la condizione di compati-bilità delle deformazioni e l’equilibrio degli sforzi interni e considerare la modalità di rottura della sezione. Posso-

no essere messe a punto molte procedure di calcolo che soddisfano queste condizioni. La procedura descritta in questo paragrafo è una di queste ed ha carattere iterativo.

La procedura iterativa si articola nelle seguenti fasi: - scelta di un valore di tentativo per la profondità del-

l’asse neutro c; - calcolo delle deformazioni nei vari materiali utilizzan-

do l’ipotesi di conservazione delle sezioni piane; - calcolo dei corrispondenti livelli di tensione nei mate-

riali; - controllo dell’equilibrio delle forze interne.

Se le risultanti delle tensioni interne non sono equili-brate, la profondità dell’asse neutro deve essere corretta e la procedura deve essere ripetuta.

Tabella 9.1 – Valori ammissibili delle tensioni dovuti ai carichi sostenuti e ciclici per rinforzi in FRP.

Tipo di fibra Stato Tensionale GFRP AFRP CFRP

Limite 0.20 ffu 0.30 ffu 0.55 ffu


Per qualsiasi valore della profondità dell’asse neutro c, la deformazione nell’elemento in FRP può essere calco-lata mediante l’Eq. (9.3) presentata nella Sezione 9.2.2 e riportata per comodità qui di seguito:

fe cu bi m fuh c

cε ε ε κ ε−⎛ ⎞= ⋅ − ≤⎜ ⎟

⎝ ⎠ (9.3)

Tale equazione tiene conto della modalità di crisi in

funzione della posizione assunta per l’asse neutro. Nel caso in cui il limite è dato dal primo termine dell’equa-zione, la crisi della sezione avviene per schiacciamento del calcestruzzo. Se il limite è fornito dal secondo termi-ne, la crisi della sezione è determinata dalla crisi dell’FRP (per rottura o per perdita di aderenza).

Il livello di tensioni nel rinforzo in FRP può essere trovato in funzione del livello di deformazione assumen-do un comportamento perfettamente elastico come già osservato nell’Eq. (9.4) qui di seguito riportata per co-modità:

fe f fef E ε= (9.4) Noto il livello di deformazione nel rinforzo in FRP, è

possibile determinare la deformazione nell’armatura tesa non presollecitata utilizzando l’ipotesi di conservazione della sezione piana:

( )s fe bid ch c

ε ε ε −⎛ ⎞= + ⎜ ⎟−⎝ ⎠ (9.8)

Avendo assunto per l’acciaio un legame elastico-per-

fettamente plastico e nota la sua deformazione, εs, la tensione è facilmente determinabile come segue: s s s yf E fε= ≤ (9.9)

Sulla base del valore di tentativo assunto per la pro-fondità dell’asse neutro è possibile valutare le deforma-zioni e, quindi, le tensioni nell’elemento di FRP e nelle armature metalliche; è possibile effettuare allora il con-trollo dell’equilibrio interno utilizzando la Eq. (9.10):

1

s s f fe

c

A f A fc

f bγ β+

=′

(9.10)

I termini γ e β1 nell’Eq. (9.10) sono parametri che de-

finiscono un diagramma di tensioni rettangolare nel cal-cestruzzo8, equivalente all’effettiva distribuzione non li-neare. Se lo schiacciamento del calcestruzzo rappresenta la condizione limite (prima o dopo lo snervamento dell’acciaio), γ e β1 possono essere assunti come il valo-

8 Nella terminologia ACI questa distribuzione semplificata delle tensioni nel calcestruzzo compresso è indicata con il termine “stress block”; tale dizione è spesso utilizzata anche nei testi in lingua italiana.

re associato allo stress block di Whitney (γ=0.85 e β1 dalla Sezione 10.2.7.3 della norma ACI 318-99)9. Se si verifica la crisi per rottura del rinforzo in FRP, l’asportazione del copriferro o la perdita di aderenza del rinforzo stesso, lo stress block di Whitney darà risultati ragionevolmente accurati. Inoltre, metodi di calcolo che considerino una distribuzione non-lineare delle tensioni nel calcestruzzo potrebbero essere utilizzati.

L’effettiva profondità dell’asse neutro è determinata dal simultaneo soddisfacimento delle Eq. (9.3), (9.4), (9.8), (9.9) e (9.10), imponendo l’equilibrio degli sforzi interni e la congruenza delle deformazioni.

Il valore nominale del momento flettente della sezione rinforzata con FRP può essere calcolato con l’Eq. (9.11). In tale equazione il contributo alla resistenza flessionale offerto dal rinforzo in FRP è modificato introducendo un ulteriore coefficiente di riduzione ψf. Si raccomanda di assumere ψf=0.85.

1 1

2 2n s s f f fec c

M A f d A f hβ β

ψ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

(9.11)

9.6.2 Tensioni nell’acciaio per carichi di servizio – Il

livello di tensione nell’armatura metallica può essere calcolato sulla base di una analisi elastica della sezione in c.a. parzializzata come indicato nella Eq. (9.12).

( ) ( )

( )( ) ( )( ),

3

3 3

s bi f f s

s s

s s f f

kdM A E h d kd Ef

kd kdA E d d kd A E h h kd

ε⎡ ⎤+ − −⎢ ⎥⎣ ⎦=− − + − −

(9.12)

L’andamento delle deformazioni e delle tensioni nella sezione in c.a. è mostrata nella Figura 9.3. In maniera analoga a quanto si fa per le usuali sezioni in c.a., la pro-fondità kd dell’asse neutro in condizioni di servizio può essere valutata ponendo pari a zero il momento statico della sezione omogeneizzata.

L’area omogeneizzata del rinforzo in FRP può essere ottenuta moltiplicando l’area del rinforzo stesso per il coefficiente di omogeneizzazione del composito rispetto al calcestruzzo. Sebbene questo metodo ignori la diffe-renza tra la deformazione iniziale del rinforzo in FRP e quella del supporto, tale differenza non influenza in ma-niera rilevante la profondità dell’asse neutro nel campo di risposta elastica dell’elemento.

La tensione nell’acciaio dovuta ai carichi di servizio, calcolata secondo l’Eq. (9.12), va confrontata con i limiti descritti nella Sezione 9.5. 9 Nello stress block definito dalla norma ACI 318-99 si considera la tensione γ f’c=0.85 f’c con un diagramma rettangolare di profon-dità efficace β1 c . Il coefficiente β1 è pari a 0.85 per resistenze del calcestruzzo f’c fino a 27.6 N/mm2 ; per resistenze superiori a 27.6 N/mm2, il valore di β1 – che deve essere comunque non minore di 0.65 - è ridotto proporzionalmente secondo la seguente relazione:

1' 27.6

0.85 0.05 0.656.9

f cβ−

= − ⋅ ≥


Asseneutro

Figura 9.3 – Stato deformativi e pensionale in campo elastico.

s

MM

fc

M = Momento dovuto ai carichi cicliciM = Momento dovuto ai carichi permanenti ed accidentali continuamente presenti sulla struttura

fc

Tempo

Momento indotto

M

Figura 9.4 – Illustrazione dei momenti da utilizzare per la verifica dei limiti tensionali nel rinforzo in FRP.

9.6.3Tensioni nell’FRP per carichi di servizio – Il li-

vello di tensione nel rinforzo in FRP può essere calcolato utilizzando l’Eq. (9.13), in cui il valore di fs,s è quello ottenuto dall’Eq. (9.12) mentre Ms (nell’Eq. (9.12)) è ottenuto sommando al momento dovuto a tutte le azioni permanenti (peso proprio, sovraccarichi permanenti e la parte permanente dei sovraccarichi accidentali) il mo-mento massimo indotto in un ciclo di carico a fatica, come mostrato in Figura 9.4. L’equazione (9.13) forni-sce la tensione del rinforzo in FRP in campo elastico dovuta al momento applicato:

, ,f

f s s s bi fs

E h kdf f EE d kd

ε⎛ ⎞ −

= −⎜ ⎟−⎝ ⎠

(9.13)

La tensione nell’elemento di FRP dovuta ai carichi di

servizio calcolata con l’Eq. (9.13) va confrontata con i limiti indicati nella Sezione 9.5.

CAPITOLO 10 – RINFORZO A TAGLIO E’ stato dimostrato che i sistemi in FRP sono in grado

di incrementare la resistenza a taglio di travi e colonne esistenti in c.a. attraverso una fasciatura totale o parziale degli elementi (Malvar et al. 1995; Chajes et al. 1995; Norris et al. 1997; Kachlakev and McCurry 2000). L’applicazione di fibre in direzione trasversale all’asse dell’elemento o perpendicolare ad eventuali fessure ta-glianti è efficace per incrementare la resistenza a taglio (Sato et al. 1996). L’incremento di resistenza a taglio sposta la rottura della sezione verso meccanismi di crisi di tipo flessionale, notoriamente più duttili rispetto a quelli taglianti.

10.1 – Considerazioni generali Questo capitolo fornisce i criteri per la progettazione

della resistenza a taglio ottenuta mediante l’applicazione di un rinforzo esterno in FRP nella direzione ortogonale all’asse di elementi in c.a.. L’incremento di resistenza a taglio dovuto all’FRP dipende dalla geometria della tra-ve o della colonna, dallo schema di rinforzo e dalla resi-stenza del calcestruzzo originario, ma deve comunque essere limitata secondo le indicazioni fornite nel CAPITOLO 8.

Il rinforzo a taglio con FRP può rendersi necessario in corrispondenza delle zone di formazione di cerniere pla-stiche o, ancora, per migliorare il comportamento a fles-sione in campo post-elastico di telai inflessi soggetti a carichi sismici predisponendo una fasciatura completa della sezione. Per rinforzi esterni in FRP realizzati instal-lando strisce di materiale composito ortogonali all’asse dell’elemento, la massima distanza tra gli assi del rinfor-zo non dovrebbe eccedere la somma di d/4 più la lar-ghezza del rinforzo stesso.

10.2 – Schemi di fasciatura Nella Figura 10.1 si illustrano le tre tipologie di fascia-

ture utilizzate per incrementare la resistenza a taglio di travi a sezione prismatica o rettangolare o di colonne. La completa fasciatura della sezione con FRP su tutti e quattro i lati è lo schema più efficace ed è comunemente utilizzato per applicazioni su colonne, per le quali l’accesso a tutti i lati è generalmente garantito. Per ap-plicazioni su travi, invece, la presenza della soletta rende in genere impraticabile l’accesso all’estradosso dell’ele-mento da rinforzare, non permettendone una fasciatura completa. In tal caso, l’incremento di resistenza a taglio può essere ottenuto attraverso una parziale fasciatura con FRP lungo tre oppure due lati dell’elemento.

Sebbene si sia riscontrato che tutte e tre le tecniche in-crementano la resistenza a taglio dell’elemento, lo sche-ma che prevede la fasciatura completa è il più efficace, seguito dallo schema di fasciatura su tre lati (U-wrap).

Completamente

fasciata Fasciature su tre lati

Fasciature su due lati

Figura 10.1 – Tipici schemi di rinforzo a taglio con FRP.

Figura 10.2 – Illustrazione dei parametri geometrici utilizzati nel rinforzo a taglio con FRP.


L’applicazione del rinforzo su due soli lati dell’elemento è lo schema meno efficiente.

Per tutti gli schemi di fasciatura citati, il sistema di rin-forzo in FRP può essere realizzato in maniera continua lungo la lunghezza dell’elemento o applicando un nume-ro discreto di strisce.

Come già discusso nella Sezione 8.3.3, particolare at-tenzione deve essere posta nell’impiego di rinforzi con-tinui in FRP che, fasciando completamente l’elemento, ne prevengono la naturale traspirazione.

10.3 – Resistenza nominale10 La verifica di sicurezza allo stato limite ultimo richie-

de che la resistenza a taglio di progetto, φVn, di un ele-mento strutturale sia maggiore della sollecitazione ta-gliante di calcolo, Vu, (ossia dovuta ai carichi agenti fat-torizzati) come indicato nell’Eq. (10.1), in analogia a quanto riportato nella Sezione 9.2 relativa al rinforzo a flessione: n uV Vφ ≥ (10.1)

La resistenza a taglio nominale di un elemento in cal-cestruzzo rinforzato con FRP viene calcolata sommando il contributo del rinforzo in FRP ai contributi dell’arma-tura metallica (staffe, ferri piegati o spirali) e del calce-struzzo. Un ulteriore coefficiente di riduzione, ψf, è ap-plicato al contributo del sistema in FRP come riportato nell’Eq. (10.2):

( )n c s f fV V V Vφ φ ψ= + + (10.2)

Il coefficiente ψf vale 0.85 per quelle applicazioni in cui l’aderenza è un parametro essenziale. Per rinforzi in cui l’aderenza non è critica, esso può essere assunto pari a 0.95. Queste raccomandazioni sono riassunte nella Tabella 10.1.

10.4 – Contributo del rinforzo in FRP alla resi-stenza a taglio

Nella Figura 10.2 si illustrano i parametri geometrici utilizzati nella valutazione del contributo alla resistenza a taglio fornito dal rinforzo in FRP. Esso dipende dal-l’orientamento delle fibre e dalle ipotesi fatte sul quadro fessurativo dell’elemento (Khalifa et al. 1998).

Il contributo alla resistenza a taglio dovuto al rinforzo può essere determinato calcolando la risultante delle trazioni nell’FRP a cavallo della fessura. Tale contributo è fornito dall’Eq. (10.3):

Tabella 10.1 – Ulteriore coefficiente di riduzione per il rinforzo a taglio con FRP.

ψf = 0.95 Elementi completamente fasciati ψf = 0.85 Fasciature su due o tre lati

10 Vedi Nota 4.

( )sin cosfv fe f

ff

A f dV

sα α+

= (10.3)

dove 2fv f fA nt w= (10.4)

Lo stato tensionale ultimo nel rinforzo a taglio è diret-tamente proporzionale al livello di deformazione in esso raggiungibile. L’Eq. (10.5) fornisce tale relazione in fun-zione della deformazione effettiva, εfe, nel rinforzo: fe fe ff Eε= (10.5)

10.4.1 Deformazione effettiva nell’FRP – La deforma-zione effettiva è la massima deformazione che può esse-re raggiunta nell’FRP in corrispondenza del carico ulti-mo e dipende dalla modalità di rottura del sistema FRP e da quella dell’elemento in c.a. rinforzato. Il progettista deve considerare tutte le possibili modalità di rottura ed utilizzare un valore della deformazione ultima che sia rappresentativo della crisi dell’elemento. Nei paragrafi che seguono si riportano indicazioni sulla determinazio-ne del valore della deformazione effettiva per differenti configurazioni del rinforzo.

10.4.1.1 Elementi completamente fasciati – Per colon-ne in c.a. o travi completamente fasciate con FRP si è osservato che la perdita della resistenza a taglio dovuta al fenomeno dell’ingranamento degli inerti avviene per un valore di deformazione nelle fibre che è inferiore alla deformazione ultima delle fibre stesse. Per evitare questa modalità di rottura prematura, la massima deformazione di progetto dovrebbe essere limitata allo 0.4% secondo quanto riportato nell’Eq. (10.6(a)): 0.004 0.75fe fuε ε= ≤ (10.6(a)) (Per fasciature complete sull’intera sezione trasversale)

Questa limitazione sulla deformazione è fondata sia su

prove sperimentali (Priestley et al. 1996) che sull’espe-rienza maturata sul campo. Valori più elevati delle de-formazioni non dovrebbero essere utilizzati.

10.4.1.2 Elementi rinforzati secondo lo schema U-wrap o rinforzati su due soli lati – E’ stato osservato che sistemi in FRP che non prevedono una fasciatura com-pleta dell’intera sezione (cioè lamine applicate solo su due o tre lati) sono soggetti a fenomeni di delaminazione che precedono il verificarsi della perdita dell’ingrana-mento degli inerti. Per questa ragione si dovrebbero ana-lizzare attentamente le tensioni di aderenza per determi-nare l’efficacia di tali sistemi e l’effettivo livello di de-formazione che può essere raggiunto (Triantafillou 1998a). La deformazione effettiva può essere calcolata utilizzando un coefficiente, κv, che, tenendo conto di questo fenomeno, riduce la deformazione sviluppabile nel rinforzo secondo la relazione seguente:


0.004fe v fuε κ ε= ≤ (10.6(b)) (Per sistemi U-wrap o lamine su due soli lati)

Il coefficiente κv è funzione della resistenza a com-

pressione del calcestruzzo, del tipo di schema di fascia-tura utilizzato e della rigidezza del rinforzo. Esso può essere calcolato utilizzando le Equazioni da (10.7) a (10.10) (Khalifa et al. 1998):

1 2 0.7511,900

ev

fu

k k Lκ

ε= ≤ (10.7)

La lunghezza attiva Le rappresenta il valore della lun-

ghezza del rinforzo che è necessario assicurare affinché sia possibile il trasferimento delle tensioni di aderenza tra FRP e supporto in calcestruzzo. Essa è data dall’Eq. (10.8):

( )0.58

23,300e

f f

Lnt E

= (10.8)

Il coefficiente κv contiene anche due fattori correttivi,

k1 e k2, che tengono conto rispettivamente della resisten-za a compressione del calcestruzzo e del tipo di schema di fasciatura utilizzato. Le espressioni di tali fattori cor-rettivi sono fornite nelle Eq. (10.9) e (10.10).

2 / 3'

1 27cfk

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠ (10.9)

2 2

f e

f

f e

f

d Lfasciature ad U

dk

d Lfasciature su duelati

d

−⎧⎪⎪= ⎨ −⎪⎪⎩

(10.10)

La metodologia che ha portato alla determinazione di

κv è stata convalidata su elementi rinforzati nei quali gli sforzi tangenziali sono predominanti rispetto a quelli flessionali (ad esempio, travi semplicemente appoggiate soggette a carichi monotoni). Sebbene tale metodologia non sia stata confermata per rinforzi in aree soggette ad un regime combinato di elevate tensioni flessionali e taglianti o in regioni dove l’anima è generalmente com-pressa (regioni a momento negativo), i valori di κv ripor-tati nell’Eq. (10.7) sono ritenuti ancora cautelativi.

Le procedure di progetto illustrate in questo capitolo sono state sviluppate combinando i risultati di analisi teoriche e sperimentali. Tali procedure sono poi state confrontate con i risultati di molte ricerche come riporta-to nella Figura 10.3 (Khalifa et al. 1999).

L’impiego di ancoraggi meccanici alle estremità pos-sono essere utilizzati per garantire il trasferimento di più elevati sforzi di trazione (Khalifa et al. 1999). L’effica-cia di tali ancoraggi, unitamente al valore dello sforzo da essi sostenibile, dovrebbero essere comprovati attraverso prove sperimentali.

Design

Datu

m

0

10

20

30

40

50

60

0

45

90

135

180

225

2700 45 90 135 180 225 270Experimental FRP Shear Contribution (kN)

Bonded to 2 SidesBonded to 3 Sides ("U" Wrap)Completely Wrapped

Des

ign

FRP

Shea

r C

ontr

ibut

ion,

φ ψ

f Vf (

kN)

Contributo del rinforzo in FRP (sperimentale) kN

Con

tribu

to d

el ri

nfor

zo in

FR

P (te

oric

o) k

N

Fasciature su 2 lati Fasciature su 3 lati Fasciature complete

Figura 10.3 – Confronto tra i risultati sperimentali ed i risultati forniti dalla procedura di progetto proposta.

In nessun caso, comunque, la deformazione effettiva

nel rinforzo in FRP deve superare il valore di 0.004. 10.4.2 Passo del rinforzo – Per valutare il contributo

alla resistenza a taglio del rinforzo effettuato utilizzando elementi discontinui in FRP è necessario porre estrema cura nella scelta dell’interasse di tali elementi. Esso do-vrebbe essere conforme con i limiti proposti nel docu-mento ACI 318-99 per il rinforzo a taglio realizzato con armatura metallica. L’impiego di sistemi di rinforzo di-screti dovrebbe essere verificato con prove sperimentali su elementi strutturali (Hutchinson et al. 1998).

10.4.3 Limiti del rinforzo – La resistenza a taglio com-plessiva deve essere calcolata come somma del contribu-to del rinforzo a taglio in FRP e del rinforzo a taglio in acciaio. Questa resistenza deve comunque essere limitata in base a quanto stabilito nella Sezione 11.5.6.9 del do-cumento ACI 318-99. Tale limite è riportato nell’Eq. (10.11). 0.66s f c wV V f b d′+ ≤ (10.11)

CAPITOLO 11 – SFORZO NORMALE CENTRA-TO ED INCREMENTO DELLA DUTTILITA’

Per effetto del confinamento, la cerchiatura con mate-riale FRP degli elementi in calcestruzzo compressi indu-ce un aumento della resistenza a compressione. Inoltre, l’applicazione per adesione di sistemi in FRP può anche portare un incremento della resistenza a trazione (dipen-dentemente dalla direzione delle fibre). Il confinamento è utilizzato anche per incrementare la duttilità di elemen-ti presso-inflessi.

11.1 – Compressione assiale I sistemi in FRP possono essere usati per incrementare

la resistenza a compressione di elementi in c.a. eserci-tando un azione di confinamento mediante una fasciatura in FRP (Nanni e Bradford 1995, Toutanji 1999). Il con-finamento di un elemento in c.a. è ottenuto mediante


l’orientamento delle fibre in direzione perpendicolare all’asse dell’elemento. Con tale orientamento, le fibre svolgono un’azione similare a quella prodotta da staffe o tiranti in acciaio. Il contributo alla resistenza a compres-sione assiale dovuto a fibre eventualmente disposte pa-rallelamente all’asse longitudinale dell’elemento do-vrebbe essere trascurato.

Il confinamento determina l’incremento sia della resi-stenza che della massima deformazione a compressione del calcestruzzo (Seible et al. 1997). La fasciatura in FRP fornisce un confinamento passivo all’elemento compresso a partire dalla fase di fessurazione e di dilata-zione laterale dell’elemento stesso; prima di ciò il siste-ma in FRP è scarico. Per questa ragione l’intima connes-sione tra la fasciatura in FRP e il calcestruzzo rappresen-ta un punto critico.

La resistenza a compressione assiale di un elemento con fasciature in FRP per il quale non siano importanti i fenomeni di instabilità può essere calcolata utilizzando la resistenza del calcestruzzo confinato espressa dal’Eq. (11.1).

Per le applicazioni di carattere non sismico, l’incre-mento della resistenza assiale dovrà essere limitato come chiarito nella Sezione 11.1.2. Lo spostamento verticale, la dilatazione della sezione, la fessurazione e le limita-zioni della deformazione della fasciatura in FRP possono limitare l’entità dell’aumento di resistenza a compres-sione che può essere ottenuta con tale rinforzo. La ri-chiesta in termini di sollecitazione assiale di un elemento in c.a. rinforzata con FRP dovrebbe essere valutata ado-perando le combinazioni di carico previste dall’ACI 318-99, mentre la resistenza a compressione assiale dovrebbe essere calcolata utilizzando i coefficienti φ di riduzione della resistenza forniti, per il caso di staffe e spirali in acciaio, sempre dalla norma ACI 318-99.

Nel caso di elementi non precompressi armati con una staffatura a spirale si ha:

( )'0.85 0.85n f cc g st y stP f A A f Aφ φ ψ⎡ ⎤= − +⎣ ⎦ (11.1(a))

Nel caso, invece, di elementi non precompressi armati

con staffe, risulta:

( )'0.80 0.85n f cc g st y stP f A A f Aφ φ ψ⎡ ⎤= − +⎣ ⎦ (11.1(b))

Si raccomanda, inoltre, di assumere un’ulteriore coef-

ficiente di riduzione ψf pari a 0.95. La resistenza del calcestruzzo relativa a elementi di sezione circolare av-volti con fasciature in FRP mediante le quali è applicata una pressione laterale fl, può essere stimata mediante l’Eq. (11.2) (Mander et al. 1988) sviluppata in origine per il caso di confinamento fornito da una cerchiatura in acciaio:

' '' '2.25 1 7.9 2 1.25l l

cc cc c

f ff f

f f

⎡ ⎤= + − −⎢ ⎥

⎢ ⎥⎣ ⎦ (11.2)

E’ importante notare che, essendo l’Eq. (11.2) svilup-pata per il caso di cerchiature in acciaio, questo modello è riferito al caso di una pressione di confinamento co-stante, che corrisponde alla tensione di snervamento dell’acciaio. Tuttavia è stato dimostrato (Spoelstra e Monti 1999) che questa equazione può essere applicata anche nel caso di un calcestruzzo confinato con FRP. La pressione di confinamento deve essere in tal caso consi-derata linearmente variabile, ossia ad un incremento del-la deformazione della fasciatura in FRP deve corrispon-dere un incremento proporzionale della pressione di confinamento. Pertanto, per valutare il legame costitutivo completo tensione-deformazione del calcestruzzo confinato con FRP, è necessario correlare la deformazione di compressione del calcestruzzo (deformazione longitudinale) con la deformazione dell’FRP (deformazione trasversale). La deformazione nella fasciatura in FRP può quindi essere usata per determinare la pressione di confinamento e, di conse-guenza, l’incremento della resistenza a compressione nel calcestruzzo. Per determinare sia il valore di picco della tensione che la resistenza del calcestruzzo confinato può essere adoperato anche un approccio più semplice. La resistenza del calcestruzzo confinato può essere valutata inserendo nell’Eq. (11.2) la pressione di confinamento fornita in funzione della reale deformazione massima che può essere raggiunta nella fasciatura in FRP, data dall’Eq. (11.3).

2 2

a f fe a f fe fl

f Ef

κ ρ κ ρ ε= = (11.3)

Se l’elemento è soggetto contemporaneamente a taglio

e compressione, la deformazione massima nella fasciatu-ra in FRP dovrebbe essere limitata in accordo con quanto riportato nell’Eq. (11.4). 0.004 0.75fe fuε ε= ≤ (11.4)

11.1.1 Sezioni circolari – La miglior efficacia della fa-sciatura in FRP si ottiene per elementi a sezione circola-re. Quando le fibre sono disposte in direzione trasversale all’asse dell’elemento, il sistema in FRP fornisce una pressione circonferenziale confinante uniforme, ossia che si oppone all’espansione radiale dell’elemento com-presso. La pressione di confinamento fornita da una fa-sciatura in FRP installata su un elemento circolare di dia-metro h può essere determinata dall’Eq. (11.3) calcolan-do la percentuale geometrica del rinforzo mediante l’Eq. (11.5).

4 f

f

n th

ρ = (11.5)

Per le sezioni circolari il coefficiente di efficienza ka

può essere assunto pari a 1.0. 11.1.2 Sezioni non circolari – La sperimentazione ha

mostrato che il confinamento mediante fasciatura in FRP di elementi quadrati o rettangolari può fornire solo in-crementi marginali della resistenza a compressione.


Stanti le molte incertezze su questo tipo di applicazioni, allo stato attuale non vengono fornite raccomandazioni sull’uso dell’FRP. Applicazioni di questo genere devono essere attentamente vagliate e analizzate. In nessun caso si dovrebbe fare affidamento sul contributo a compres-sione di fasciature in FRP con fibre orientate longitudi-nalmente.

11.1.3 Considerazioni relative allo stato limite di ser-vizio – Per livelli di carico prossimi al carico ultimo, possono manifestarsi danneggiamenti del calcestruzzo sotto forma di significative fessurazioni in direzione radiale. La fasciatura in FRP contiene il danneggiamento e consente di preservare l’integrità strutturale della co-lonna. In ogni caso questo tipo di danneggiamento do-vrebbe essere evitato sotto carichi di servizio. In tal mo-do, la fasciatura in FRP agirà solo in occasione di so-vraccarichi temporanei.

Per essere sicuri che in esercizio non si abbia fessura-zione radiale, la deformazione trasversale del calcestruz-zo deve rimanere al di sotto di quella di fessurazione. Ciò corrisponde a limitare la tensione del calcestruzzo a 0.65 f’c. Inoltre, per evitare deformazioni plastiche sotto carichi ciclici o di lunga durata, la tensione nell’acciaio non deve superare 0.6 fy.

Contenendo, in esercizio, la tensione del calcestruzzo entro i limiti specificati, la tensione nella fasciatura in FRP risulterà relativamente bassa. La fasciatura raggiun-ge livelli significativi di tensione solo quando la defor-mazione trasversale del calcestruzzo è superiore a quella di fessurazione. Siccome le fasciature in FRP fornisce un confinamento passivo, la tensione nella fasciatura sotto carichi di sevizio non dovrebbe mai superare la tensione limite di rottura per viscosità.

Inoltre, dovrebbe essere valutata l’entità delle defor-mazioni assiali sotto carichi di esercizio al fine di stimar-ne l’effetto sulle prestazioni dell’elemento strutturale.

11.2 – Rinforzo a trazione I sistemi in FRP possono essere utilizzati anche al fine

di incrementare la resistenza a trazione di un elemento in calcestruzzo. Poiché i sistemi in FRP hanno un compor-tamento elastico-lineare, il loro contributo a trazione è direttamente correlato al livello di deformazione rag-giunto e può essere calcolato applicando la legge di Ho-oke.

Il livello di trazione attingibile dall’FRP è limitato dal-la resistenza a trazione di progetto e dalla possibilità di trasferire per aderenza le tensioni al supporto (Nanni et al. 1997).

La deformazione reale dell’FRP può essere determina-ta sulla base del criterio fornito nel caso di rinforzo a taglio dalle equazioni (10-6)-(10.9). Il valore k1 nell’Eq. (10.7) può essere assunto pari ad 1.0. Per sviluppare il livello di deformazione richiamato, è necessario preve-dere una lunghezza di ancoraggio pari ad almeno 2Le (con Le lunghezza di ancoraggio attiva) per il rinforzo a taglio precedentemente definita dall’Eq. (10.8)

11.3 – Duttilità Per effetto del confinamento si ha un incremento della

deformazione ultima a compressione del calcestruzzo che si traduce in un incremento di duttilità della sezione (Seible et al. 1997).

Inoltre, la fasciatura in FRP svolge anche la duplice funzione di limitare il fenomeno di instabilizzazione delle barre longitudinali compresse e di migliorarne l’ancoraggio nei tratti di sovrapposizione. Per le applica-zioni in zona sismica, la fasciatura in FRP dovrebbe es-sere dimensionato in modo da fornire una adeguata pres-sione laterale di confinamento, cioè tale da garantire deformazioni massime a compressione del calcestruzzo compatibili con le richieste di duttilità dell’elemento rinforzato.

Nel caso di sezioni circolari confinate con FRP, la de-formazione massima a compressione può essere deter-minata mediante l’Eq. (11.6) (Mander et al. 1998) :

( )' '

'1.71 5 4cc c

ccc

f f

Eε

−= (11.6)

In accordo con l’ACI 318-99, anche le sollecitazioni di

taglio dovrebbero essere valutate secondo quanto ripor-tato nel CAPITOLO 10 al fine di prevenire rotture di ti-po fragile.

11.3.1 Elementi a sezione circolare – Nel caso di ele-menti a sezione circolare confinati con FRP, la massima deformazione a compressione del calcestruzzo che è possibile utilizzare può essere determinata sostituendo nell’Eq. (11.6) il valore di f’

cc ricavato utilizzando le equazioni dalla (11.2) alla (11.5) e ponendo ka=1.0.

11.3.2 Elementi a sezione non circolare – Il confina-mento delle sezioni quadrate e rettangolari contribuisce a migliorare la duttilità di elementi compresse senza forni-re alcun contributo significativo alla resistenza assiale. Nel caso di elementi a sezione quadrata o rettangolare confinati con FRP, la massima deformazione a compres-sione del calcestruzzo che è possibile utilizzare può esse-re determinata sostituendo nell’Eq. (11.6) il valore di f’

cc ricavato utilizzando le equazioni dalla (11.2) alla (11.4).

La percentuale geometrica del rinforzo in FRP nel ca-so di sezioni rettangolari può essere ricavata dall’Eq. (11.7):

( )2 f

f

n t b hbh

ρ+

= (11.7)

Il coefficiente di efficienza, κa, nel caso di elementi a

sezione non circolare dovrebbe essere determinato in funzione della geometria, del rapporto fra i lati e della distribuzione delle armature. Per determinare tale coef-ficiente è possibile utilizzare l’Eq. (11.8) (Restrepo e De Vino 1996), nella quale r è il raggio di arrotondamento degli spigoli della sezione, che deve risultare compa-tibile con le dimensioni riportate nel CAPITOLO 12.

( ) ( )

( )2 22 2

13 1a

g

b r h r

bhκ

ρ

− + −= −

− (11.8)


In mancanza di prove sperimentali che ne dimostrino l’efficacia, l’effetto di confinamento dovuto alla fascia-tura con FRP dovrebbe essere trascurato per sezioni ret-tangolari aventi rapporto b/h maggiore di 1.5, ovvero per sezioni aventi dimensioni dei lati, b o h, maggiori di 900 mm.

CAPITOLO 12 – DETTAGLI PER IL RINFORZO Questo capitolo fornisce una guida per le regole di det-

taglio degli interventi di rinforzo esterno realizzati con FRP. In generale, il dettaglio dipenderà dalla geometria delle strutture, dallo stato e dalla qualità del calcestruzzo e dall’entità dei carichi che devono essere portati dall’e-lemento rinforzato. Molte delle modalità di rottura pre-mature possono essere evitate seguendo queste prescri-zioni di carattere generale: - Non applicare il rinforzo su spigoli interni; - Prevedere un raggio minimo di 13 mm quando il tessu-to viene applicato in corrispondenza di uno spigolo e-sterno; - prevedere un’adeguata lunghezza di ancoraggio in di-rezione delle fibre in caso di sovrapposizioni.

12.1 – Aderenza e delaminazione L’effettiva distribuzione delle tensioni d’interfaccia in

un laminato in FRP è complicata dalla fessurazione del supporto in calcestruzzo. La distribuzione elastica delle tensioni normali e tangenziali d’interfaccia lungo un laminato in FRP installato su calcestruzzo integro (nes-suna fessurazione presente) sono mostrate nella Figura 12.1. Le tensioni “normali” sono quelle ortogonali ri-spetto al piano del laminato.

Per un sistema in FRP installato secondo le prescrizio-ni della PARTE 3 di questa guida, il punto debole nel-l’interfaccia calcestruzzo/FRP è rappresentato proprio dal calcestruzzo. L’integrità e la resistenza a trazione del supporto in calcestruzzo saranno gli elementi limitanti l’efficacia complessiva del sistema di rinforzo utilizzato.

12.1.1 Delaminazione – La perdita di aderenza di un laminato opportunamente installato può dipendere da carenze nella superficie di incollaggio tra FRP e calce-struzzo. Il calcestruzzo non è in grado di sopportare le tensioni tangenziali e normali d’interfaccia; di conse-guenza si ha un fenomeno di delaminazione nel rinforzo con conseguente asportazione di un sottile strato di cal-cestruzzo.

La superficie di aderenza dovrebbe essere calcolata sulla base della capacità del calcestruzzo di resistere agli sforzi normali e tangenziali. Dal momento che i fenome-ni di delaminazione o di crisi di interfaccia hanno carat-teristiche di rottura fragile, si raccomanda l’utilizzo di un fattore di riduzione della resistenza di aderenza pari a 0.50. Sono disponibili in letteratura metodi analitici per il calcolo delle tensioni d’interfaccia (Blaschko et al. 1998, Brosens e Van Gemert 1997, Maeda et al. 1997).

Ancoraggi meccanici possono essere efficaci per au-mentare il trasferimento delle tensioni tangenziali (Kha-lifa et al. 1999). Le prestazioni di qualsiasi sistema di ancoraggio deve essere comprovata attraverso prove spe-rimentali.

12.1.2 Asportazione del copriferro – Anche l’asporta-zione del copriferro può dipendere dalle tensioni normali che si attingono all’interfaccia tra laminato e calcestruz-zo. Per questo tipo di delaminazione, la presenza dell’a-rmatura metallica costituisce un elemento di discontinui-tà tra le due porzioni di calcestruzzo che si trovano ri-spettivamente sopra e sotto il piano delle armature. In casi come questo, la delaminazione del rinforzo esterno avviene con la completa asportazione del copriferro co-me evidenziato nella Figura 12.2 (questo fatto può essere aggravato se sono stati utilizzati acciai che abbiano rice-vuto trattamenti superficiali anticorrosivi).

La crisi per asportazione del copriferro è legata in par-te al livello tensionale che si attinge nel punto terminale del laminato in FRP. Per scongiurare questo tipo di rot-tura evitando complesse analisi teoriche, si possono se-guire indicazioni di carattere generale per il corretto po-sizionamento del punto di interruzione del laminato. Es-se sono: • Per travi semplicemente appoggiate, gli strati del rin-

forzo dovrebbero estendersi per una distanza d (≥ 150mm) oltre il punto corrispondente al raggiungi-mento del momento di prima fessurazione, Mcr, come indicato nella Figura 12.3a). Inoltre, se la sollecitazio-ne di taglio dovuta ai carichi agenti fattorizzati è, nel punto terminale del rinforzo, maggiore di 2/3 della re-sistenza a taglio fornita dal calcestruzzo (Vu>0.67Vc), il laminato in FRP dovrebbe essere ancorato con un’a-rmatura trasversale per prevenire la crisi per delamina-zione del copriferro.

• Per le travi continue rinforzate con più strati, lo strato più corto di FRP dovrebbe terminare ad una distanza pari a d/2 o 150mm oltre il punto di momento nullo. Gli strati successivi dovrebbero essere sfalsati come mostrato nella Figura 12.3b) e dovrebbero essere arre-stati a non meno di 150mm oltre il punto di interruzio-ne dello strato precedente. Per esempio, se la progetta-zione richiede un sistema in FRP composto da tre stra-ti, quello a diretto contatto col calcestruzzo dovrebbe terminare almeno 450mm o 300mm + d/2 oltre il pun-to di momento nullo. Queste prescrizioni si ritengono valide sia nelle regioni a momento positivo che nega-tivo.

12.2 – Le sovrapposizioni Le sovrapposizioni dei laminati in FRP dovrebbero es-

sere effettuate soltanto se previste nei disegni o nelle specifiche tecniche o se autorizzati dal progettista se-guendo le indicazioni fornite dal produttore. Le fibre dei sistemi in FRP dovrebbero essere continue ed orientate nella direzione della sforzo di trazione. La continuità della fibra può essere mantenuta attraverso la sovrappo-sizione di più strati di materiale di rinforzo secondo la direzione prevalente delle fibre. La lunghezza di sovrap-posizione richiesta dipende dalla resistenza a trazione e dallo spessore del rinforzo e dal valore dell’aderenza tra gli strati sovrapposti. E’ necessario che la lunghezza di sovrapposizione sia tale per cui si abbia rottura a trazio-ne del rinforzo in FRP prima che si inneschino rotture premature per delaminazione.


Figura 12.1 – Distribuzione teorica delle tensioni nor-mali e tangenziali lungo il rinforzo in FRP (Roberts and Haji-Kazemi 1989; Malek et al. 1998).

Figura 12.2 – Delaminazione causata dalla rottura del copriferro in corrispondenza del piano delle armature longitudinali.

M=Mu

M=Mcr

df150 150 d 150

Asse dimezzeria

M=Mu

M=0

df150 150 d/2 150

Asse dimezzeria

(a) Trave semplicemente appoggiata (b) Trave continua Figura 12.3 - Rappresentazione grafica delle lunghezze di ancoraggio di un sistema di tre strati di rinforzo in FRP.

Il valore della lunghezza di sovrapposizione dovrebbe

essere fornita dal produttore e verificata in laboratorio tramite opportune prove sperimentali.

I sistemi in FRP utilizzati per il confinamento di ele-menti compressi dovrebbero essere progettati in modo da garantire un appropriato sviluppo delle zone di sovrap-posizione in modo da far sì che la rottura avvenga al di fuori di tali zone.

Per laminati in FRP unidirezionali, le sovrapposizioni sono richieste soltanto nella direzione delle fibre e non sono necessarie nella direzione ad esse ortogonale. I sistemi in FRP costituiti da più tessuti unidirezionali sovrapposti orientati in più di una direzione o da tessuti multidirezionali richiedono sovrapposizioni in più di una direzione per mantenere la continuità delle fibre e la re-sistenza globale del rinforzo.

CAPITOLO 13 – DISEGNI ESECUTIVI E DOCUMENTI DI PROGETTO

13.1 – Norme per il progetto Dal momento che non esiste ancora una normativa na-

zionale che preveda l’impiego degli FRP per il rinforzo esterno, è possibile che altri codici o normative possano influenzare la selezione, il progetto e l’installazione di un dato sistema in FRP. Ad esempio, fonti normative inerenti le problematiche sulla protezione al fuoco po-trebbero influenzare la scelta del rivestimento esterno da utilizzarsi per la protezione del sistema di rinforzo. Tutte le operazioni progettuali dovranno essere eseguite sotto la supervisione di un ingegnere abilitato che abbia fami-liarità con le proprietà e i metodi di applicazione del sistema di rinforzo.

Fine del rinforzo Mezzeria della trave

Tensioni tangenziali di interfaccia

Tensioni normali Distanza misurata lungo l’FRP


13.2 – Disegni esecutivi e specifiche di progetto Il progettista dovrà presentare una relazione a corredo

del progetto che riassuma tutti i calcoli effettuati, met-tendo in evidenza le ipotesi e le assunzioni fatte per il computo del rinforzo, allegandone i disegni esecutivi e le specifiche di progetto. Tali documenti dovranno inclu-dere al loro interno le seguenti informazioni che sono essenziali per le operazioni di cantiere: • Il sistema in FRP scelto; • Il posizionamento del rinforzo rispetto alla struttura

esistente; • Le dimensioni e l’orientamento delle fibre di ciascuno

strato; • Numero di strati e sequenza di applicazione; • Posizione e lunghezza degli strati che si sovrappongo-

no; • Note generali riguardo i carichi di progetto e i valori

delle deformazioni dell’FRP; • Proprietà meccaniche dei sistemi in FRP e del suppor-

to in calcestruzzo sul quale installare il rinforzo; • Distinta delle fasi di preparazione della superficie sulla

quale applicare il rinforzo, facendo attenzione ad indi-care le note sullo smussamento degli spigoli e sulle tolleranze massime delle irregolarità presenti sulla su-perficie del supporto;

• Procedure riguardanti l’installazione del sistema in FRP includendo eventuali limitazioni riguardanti le temperature massime e minime e il massimo livello di umidità accettabile, così come la descrizione delle fasi temporali che è necessario seguire per l’applicazione dei singoli strati;

• Procedure per la polimerizzazione delle resine del sistema in FRP;

• Laddove ritenuto necessario, indicare i materiali adot-tati per la protezione del rinforzo;

• Specifiche per la spedizione, lo stoccaggio e il tratta-mento dei vari componenti;

• Controlli di qualità, di accettazione e procedure di ispezione;

• Prove in cantiere, se ritenute necessarie, per determi-nare la qualità del rinforzo.

13.3 – Documenti di progetto Il produttore del sistema in FRP scelto, l’impresa che

installa il rinforzo, i responsabili per il controllo della qualità e tutte le parti interessate al progetto, dovranno provvedere a far pervenire al progettista le informazioni necessarie a stabilire la qualità del prodotto, la certifica-zione dell’impresa e qualsiasi altro documento richiesto.

13.3.1 Produttore del sistema in FRP – Il produttore

del sistema di rinforzo dovrà far pervenire al progettista la seguente documentazione: • Le schede tecniche del sistema in FRP indicanti le

proprietà fisiche, meccaniche e chimiche e tutti i com-ponenti usati per la realizzazione del laminato;

• Le proprietà a trazione del sistema in FRP specifican-do le modalità utilizzate per ottenere tali proprietà, ad esempio indicando se si riferiscono all’area netta delle fibre o a quella totale del laminato (resina più fibra), le modalità di prova e gli algoritmi statistici adottati per riportare tali proprietà;

• Le istruzioni per l’installazione, lo stoccaggio e le specifiche generali riguardanti ciascun materiale. Nel-le istruzioni per l’istallazione, il produttore deve anche specificare come preparare la superficie sulla quale si dovrà installare il sistema in FRP;

• Manuali MSDS inerenti la sicurezza dei vari materiali; • Le procedure per il controllo di qualità dei materiali e

le loro certificazioni; • Dati sulle prove di durabilità del sistema in FRP in

relazione all’ambiente nel quale si eseguirà il rinforzo; • Risultati sperimentali di test realizzati su elementi

strutturali rinforzati con il sistema in FRP adottato, simulanti condizioni analoghe a quelle adottata nel progetto;

• Elenco di altri progetti realizzati con il sistema in FRP in questione. 13.3.2 Impresa esecutrice del rinforzo – L’impresa che

realizza l’installazione del sistema in FRP dovrà far per-venire al progettista la seguente documentazione: • Certificazione dell’idoneità dell’impresa all’installa-

zione del sistema in FRP scelto; • Elenco dei lavori precedenti realizzati dall’impresa,

con particolare riferimento a quelli nei quali l’installa-zione sia simile a quella da realizzare nel lavoro in e-same;

• Certificazione che attesti la competenza dell’impresa alle operazioni di preparazione della superficie (ad es. sabbiatura) sulla quale installare il rinforzo;

• Le procedure per il controllo di qualità includendo tutta la documentazione che l’impresa utilizza per il controllo giornaliero del cantiere. 13.3.3 Ispettore del sistema in FRP – Se, per il con-

trollo di qualità dei lavori, ci si affida ad un ente privato, i documenti che dovrebbero essere richiesti a quest’ulti-mo dovranno comprendere: • Una lista delle persone qualificate a tale compito; • Esempi di modulistica per le ispezioni; • Una lista dei lavori precedenti nei quali ciascun indi-

viduo in elenco ha svolto il compito di responsabile del controllo di qualità.


PARTE 5 – ESEMPI PROGETTUALI

CAPITOLO 14 – CASI SVOLTI

14.1 – Calcolo della resistenza a trazione di un sistema in FRP considerando l’area netta delle fibre e l’area totale del laminato

Questo esempio illustra il calcolo delle proprietà del materiale basandosi sulla definizione dell’area netta di fibre e sul-l’area totale del laminato. Come evidenziato nella Sezione 3.3.1, entrambi i metodi sono validi per la determinazione delle proprietà del materiale. Tuttavia, è necessario sottolineare l’importanza dell’utilizzo della medesima procedura per il pro-getto del sistema in FRP (ad esempio, se si utilizza lo spessore totale del laminato, la resistenza dovrà essere valutata con-siderando lo spessore totale del laminato).

Il laminato utilizzato per le prove sperimentali è costituito da due strati di tessuto di un sistema in FRP costituito da fibre in carbonio unidirezionali su di una matrice di resina epossidica, posta in opera con il sistema wet lay-up. Noto il contenuto di fibra del sistema FRP scelto, l’area netta di fibre per strato è pari a 0.1651 mm2 per millimetro di larghezza dello strato. In seguito al trattamento di polimerizzazione del sistema, sono stati ricavati dall’elemento, cinque pannelli di 5 cm di lar-ghezza. I provini sono stati testati a trazione fino a rottura in accordo con le prescrizioni ASTM D 3039. I risultati sono stati riportati nella Tabella 14.1 che segue:

Tabella 14.1 – Risultati delle prove di trazione su provini in FRP

Provino Numero

Larghezza del provino, mm

Spessore del provino (misurato), mm

Carico di rottura (misurato), kN

T-1 50 1.397 79.2 T-2 50 1.575 72.9 T-3 50 1.753 74.3 T-4 50 1.346 74.3 T-5 50 1.549 77.4

Media 50 1.524 75.6

Calcolo delle proprietà considerando l’area di fibre

Calcolo delle proprietà considerando l’area totale del laminato

Calcolo di Af , utilizzando lo spessore del tessuto di fibre:

f f fA nt w=

( ) ( )2

2

2 0.1651 50

16.5

f

f

mmA mmmm

A mm

⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠=

Calcolo di Af utilizzando lo spessore medio del la-minato:

f f fA nt w=

( )( )2

1.524 50

76.2f

f

A mm mm

A mm

=

=

Calcolo della resistenza a trazione media in base al-l’area di fibre:

mediofu

f

Nf

A=

2 2

75.6 4.616.5fu

kN kNfmm mm

= =

Calcolo della resistenza a trazione in base all’area del laminato:

mediofu

f

Nf

A=

2 2

75.6 1.076.2fu

kN kNfmm mm

= =

Calcolo del valore medio della resistenza a trazione del sistema in FRP per uni-tà di larghezza consideran-do l’area di fibre:

f Afu fp fu w f=

( )24.6 16.52

50

1.5fu

kN mmmmp fu mm

kNpmm

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠=

=

Calcolo del valore medio della resistenza a trazione del sistema in FRP per unità di larghezza consi-derando l’area del lamina-to:

f Afu fp fu w f=

( )21.0 76.22

50

1.5

kN mmmmp fu mm

kNp fu mm

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠=

=

14.2 – Calcolo della resistenza a trazione di sistemi wet lay-up e pre-cured in FRP Sono considerati due diversi sistemi in FRP per il rinforzo di elementi in c.a. Di tali sistemi sono note le proprietà mec-

caniche fornite dai rispettivi produttori. Il sistema A è costituito da tessuto di fibre asciutte in carbonio unidirezionali ed applicate mediante l’uso di resina epossidica in opera (wet lay-up). Il sistema B è composto da laminato pultruso di fibre di carbonio e resina epossidica applicati alla superficie del c.a. mediante una resina epossidica (adesivo). Le indicazioni rela-tive ai sistemi in FRP citati sono fornite dai produttori e riportate in Tabella 14.2. La revisione delle schede relative ai si-stemi in FRP, fornite dai produttori, permette il confronto tra la resitenza a trazione dei due sistemi considerati.


Tabella 14.2 – Descrizione e proprietà dei due tipi di sistemi in FRP

Sistema A (Indicazioni dalla scheda dati)

Sistema B (Indicazioni dalla scheda dati)

Tipo di Sistema: Uno strato di tessuto di fibre asciutte, uni-direzionali Tipo di Fibre: carbonio ad alta resistenza Resina Polimerica: epossidica Il Sistema A è realizzato mediante la tecnica wet lay-up, che consiste nella saturazione del tessuto di fibre di carbonio e nella successiva applicazione all’elemento mediante l’uso della resina epossidica, direttamente in sito.

Tipo di Sistema: laminato pultruso a fibre unidirezionali Tipo di Fibre: carbonio ad alta resistenza Resina Polimerica: epossidica Il Sistema B è realizzato mediante l’applicazione del lami-nato pultruso al supporto di calcestruzzo utilizzando come adesivo la resina epossidica.

Proprietà meccaniche *†‡ Proprietà meccaniche *† tf

= 0.330 mm tf = 1.270 mm f*

fu = 3800 MPa f*fu = 2620 MPa

ε*fu = 1.7% ε*

fu = 1.7% Ef = 228 GPa Ef = 150 GPa

Note relative al Sistema A: * Le proprietà riportate sono basate su prove effettuate su 20 o più cam-pioni testati in accordo con ASTM D 3039. † Le proprietà riportate, sono state ricavate statisticamente sottraendo al valore medio della tensione di trazione e della deformazione le tre devia-zioni standard. ‡ Lo spessore si basa sull’area di fibre per singolo strato di tessuto. La resina non è considerata. Lo spessore del sistema FRP è solitamente varia-bile tra 1.5 e 1.8 mm per strato.

Note relative al Sistema B: * Le proprietà riportate, sono basate su prove effettuate su 20 o più cam-pioni testati in accordo con ASTM D 3039. † Le proprietà riportate, sono state ricavate statisticamente sottraendo al valore medio della tensione di trazione e della deformazione le tre devia-zioni standard.

Dato che i dati riportati per entrambi i sistemi sono basati su osservazioni statistiche, è possibile confrontare direttamente

sia le resistenze a trazione che i moduli elastici dei due sistemi. Lo schema di confronto è riportato di seguito:

Procedura Calcoli Passo 1A – Calcolo della resistenza a trazio-ne per larghezza unitaria per il sistema A

* *fu fu fp f t=

( )( )* 3800 0.330 1254fup MPa mm MPa= =

Passo 1B – Calcolo della resistenza a trazio-ne per larghezza unitaria per il sistema B

* *fu fu fp f t=

( )( )* 2620 1.27 3327fup MPa mm MPa= =

Passo 2A – Calcolo della modulo elastico per larghezza unitaria per il sistema A

f f fk E t= ( )2228 0.33 75.2f

kN kNk mmmmmm

⎛ ⎞= =⎜ ⎟⎝ ⎠

Passo 2B – Calcolo della modulo elastico per larghezza unitaria per il sistema B

f f fk E t= ( )2150 1.27 191f

kN kNk mmmmmm

⎛ ⎞= =⎜ ⎟⎝ ⎠

Passo 3 – Confronto tra i due sistemi Resistenze a trazione:

* Sistema Ap fu Sistema B

⎧= ⎨

⎩

Rigidezze:

f

Sistema Ak

Sistema B⎧

= ⎨⎩

*p (System B) 3327 N/mmfu 2.65* 1254 N/mmp (System A)fu= =

→ tre strati di tessuto del Sistema A sono necessari per ogni laminato del Sistema B per ottenere una resistenza a trazione equivalente. k (System B) 191 kN/mmf 2.54k (System A) 75.2 kN/mmf

= =

→ tre starti di tessuto del Sistema A sono necessari per ogni laminato del Sistema B per ottenere una rigidezza equivalente.

Poichè le procedure di progetto riportate nel presente documento pongono dei limiti alla deformazione del materiale FRP, ne deriva che la resistenza ultima non viene mai raggiunta e dunque tale parametro non deve essere utilizzato come


termine di confronto dei due sistemi in FRP. Nella scelta di differenti sistemi in FRP per una specifica applicazione di rin-forzo, il confronto deve essere basato sulla rigidezza equivalente. Inoltre, ogni sistema in FRP considerato deve essere tale da sviluppare il livello deformativo relativo al livello tensionale richiesto per l’applicazione specifica, senza raggiungere la crisi del materiale, εfu > εfe.

In molti casi è possibile variare la larghezza delle strisce di FRP invece che il numero di strati (ad esempio, utilizzare maggiori larghezze delle strisce per sistemi con spessori modesti e vice versa). In tali casi, il calcolo della rigidezza equiva-lente non conduce ad una diretta comparazione dei due sistemi. In generale, sistemi in FRP caratterizzati da uno spessore modesto (basso ntf) e da strisce di larghezza maggiore (alto wf) sono più efficaci in quanto danno luogo a minori tensioni di aderenza. L’esatta equivalenza, tuttavia, è solo perseguibile svolgendo tutti i calcoli (riportati nei capitoli 9, 10 e 11 del documento) per ogni sistema.

14.3 – Rinforzo a flessione di una trave interna in c.a. Una trave in c.a. semplicemente appoggiata la cui armatura longitudinale è costituita da 3 barre di acciaio φ28 (Figura

14.1), si trova in un deposito non occupato ed è soggetta ad un incremento del 50% del sovraccarico accidentale. Un’analisi della trave esistente indica che essa è dotata della sufficiente resistenza a taglio per sopportare l’incremento di carico e soddisfa le verifiche allo Stato Limite di Servizio sia in termini di deformabilità che di fessurazione. Tuttavia, la sua resistenza flessionale non è adeguata a sopportare i sovraccarichi accidentali.

Lunghezza della trave, l 7.30 m Larghezza della trave, w 30 cm

d 55 cm h 60 cm f’c 35 MPa fy 414 MPa

φMn senza FRP 355 kNm

Barre in acciaio 3φ28 Figura 14.1 – Trave semplicemente appoggiata rinforzata con FRP

Nella Tabella 14.3 sono riportati sinteticamente i valori dei carichi esistenti e di quelli nuovi ed i rispettivi momenti

flettenti nella mezzeria della trave. Ci si propone di rinforzare la trave in c.a. utilizzando il sistema in FRP descritto nella Tabella 14.4. Nello specifico, due

strati larghi 30 cm e lunghi 7.00 e 7.30 m devono essere incollati all’intradosso della trave utilizzando la tecnica del wet lay-up.

Tabella 14.3 – Carichi e corrispondenti momenti

Carichi/ Momenti

Carichi esistenti

Carichi di nuovo progetto

Carichi permanenti, wDL 14 N/mm 14 N/mm Carichi accidentali, wLL 17 N/mm 26 N/mm

Carichi non fattorizzati, (wDL + wLL) 31 N/mm 40 N/mm Limite di rinforzo, (1.2wDL +0.85wLL) non disponibile 38.9 N/mm Carichi fattorizzati, (1.4wDL +1.7wLL) 48.5 N/mm 63.8 N/mm

Momento dovuto ai carichi permanenti, MDL 93.3 kNm 93.3 kNm Momento dovuto ai carichi accidentali, MLL 113.2 kNm 173.2 kNm

Momento di esercizio, Ms 206.5 kNm 266.5 kNm Momento limite di rinforzo, (1.2MDL +0.85MLL) non disponibile 259.2 kNm

Momento ultimo fattorizzato, Mu 323.1 kNm 425.1 kNm

Tabella 14.4 – Proprietà del sistema in FRP riportate dal produttore*

Spessore di uno strato, tf 1.0 mm Resistenza ultima a trazione, f*

fu 620 MPa

Deformazione a rottura, ε*fu 0.017 mm/mm

Modulo di elasticità, Ef 37 GPa

* Proprietà riferite al laminato (fibra + resina)

Il livello di rinforzo adottato è ragionevole nel senso che rispetta il criterio di rinforzo limite individuato dall’Eq. (8.1).


La resistenza flessionale della sezione non rinforzata (φMn)senza FRP = 355 kNm è maggiore del limite imposto per la resi-stenza minima (1.2 MDL+0.85 MLL)carichi di nuovo progetto = 259 kNm. I calcoli di progetto utilizzati per verificare l’intervento di rinforzo possono essere condotti come segue.

Procedura Calcoli Passo 1 – Calcolo delle proprietà di proget-to dell’FRP La trave è posizionata in uno spazio interno e per il rinforzo saranno utilizzate fibre di car-bonio. Perciò il fattore di riduzione ambien-tale è preso pari a 0.95 come suggerito dalla Tabella 8.1.

*

*

fu E fu

fu E fu

f C f

Cε ε

=

=

( )( )

( )( )

0.95 620 589

0.95 0.017 / 0.0162 /

f MPa MPafumm mm mm mmfuε

= =

= =

Passo 2 – Calcoli preliminari (a) Proprietà del calcestruzzo:

β1 dalla Sezione 10.2.7.3 dell’ACI 318-99 (Vedi anche Nota 9)

'4733c cE f= (b) Rapporto geometrico dell’acciaio e-

sistente: s

sAbd

ρ =

(c) Area e rapporto geometrico dell’FRP utilizzato come rinforzo esterno:

f f f

ff

A nt w

Abd

ρ

=

=

'1

2 2

2

2

2

1.09 0.008 0.81

4733 35 28000

3(615 ) 1845

1845 0.0112(300 )(550 )

(2 )(1 )(300 ) 600

600 0.0036(300 )(550 )

c

c

s

s

f

f

f

E MPa MPa

A mm mm

mmmm mm

A strati mm mm mm

mmmm mm

β

ρ

ρ

= − =

= =

= =

= =

= =

= =

Passo 3 – Valutazione dello stato deforma-tivo esistente di intradosso Lo stato deformativo esistente è calcolato assumendo la trave fessurata e che il solo carico presente nel momento del rinforzo sia il carico permanente. L’analisi della sezione fessurata da k = 0.34 (vedere più oltre Passo 12) e Icr = 2451x106 mm4:

( )DLbi

cr c

M h kdI E

ε−

=

6 4 2

(93300 )[600 (0.34)(550 )] 0.00057(2451 10 )(28 / )bi

kNmm mm mmmm kN mm

ε −= =

×

Passo 4 – Valutazione del coefficiente che tiene conto dell’aderenza FRP-calcestruz-zo Tale coefficiente adimensionale, κm, è calco-lato utilizzando l’Eq. (9.2). Siccome risulta nEftf<180000, l’espressione da usare è la se-guente:

1 1 0.9060 360,000

f fm

fu

n E tκ

ε⎛ ⎞

= − ≤⎜ ⎟⎝ ⎠

1 2(37000 )(1 )1 0.82 0.9060(0.0162) 360000

MPa mmmκ ⎛ ⎞= − = <⎜ ⎟

⎝ ⎠

Passo 5 – Stima della profondità dell’asse neutro, c Come valore iniziale di tentativo si assume c=0.2d. Questo valore sarà poi verificato at-traverso la condizione di equilibrio alla tra-slazione orizzontale

( )( )0.20 550 110c mm mm= =


Passo 6 – Valutazione dell’effetivo livello di deformazione nel rinforzo in FRP La deformazione effettiva nell’FRP la si de-termina attraverso l’Eq. (9.3):

0.003fe bi m fuh c

cε ε κ ε−⎛ ⎞= − ≤⎜ ⎟

⎝ ⎠

Si noti che, per l’assunta posizione dell’asse neutro, lo schiacciamento del calcestruzzo è la modalità di rottura che si ottiene dato che la prima limitazione dell’equazione sopra riportata è quella che controlla. Se la secon-da limitazione governasse, allora la rottura avverrebbe per rottura del rinforzo esterno in FRP.

600 1100.003 0.00057 0.0128 0.82(0.0162) 0.0133110fe

mm mmmm

ε⎛ ⎞−

= − = < =⎜ ⎟⎝ ⎠

Passo 7 – Calcolo della deformazione nel-l’acciaio esistente Lo stato deformativo nell’acciaio può essere valutato usando la similitudine dei triangoli attraverso l’Eq. (9.8):

( )s fe bid ch c

ε ε ε −⎛ ⎞= + ⎜ ⎟−⎝ ⎠

( ) 500 1100.0128 0.00057 0.011600 110s

mm mmmm mm

ε⎛ ⎞−

= + =⎜ ⎟−⎝ ⎠

Passo 8 – Valutazione dello stato tensiona-le nell’acciaio e nell’FRP Le tensioni sono calcolate usando le Equa-zioni (9.9) e (9.4).

s s s y

fe f fe

f E f

f E

ε

ε

= ≤

=

( )( )

( )( )

206000 0.011 2266 414' 41437000 0.0128 474

s

s

fe

f MPa MPa MPaPercio f MPaf MPa MPa

= = >

=

= =

Passo 9 – Calcolo delle forze interne e con-trollo della condizione di equilibrio La condizione di equilibrio è verificata con-trollando l’assunzione iniziale fatta per c at-traverso l’Eq. (9.10). Dato che la condizione di rottura è per schiacciamento del calce-struzzo, γ può essere preso pari a 0.85.

1

s s f fe

c

A f A fc

g f bβ+

=′

( )( ) ( )( )( )( )( )( )

2 21845 414 600 474145 110

0.85 35 0.81 300

mm MPa mm MPac mm mm

MPa mm

+= = ≠

→Bisogna scegliere un nuovo valore di c e ripetere i passi da 6 a 9 finché la condizione di equilibrio non sia soddisfatta.

Passo 10 – Determinare un nuovo valore di c finché la condizione di equilibrio è verifi-cata Ripetendo i passi da 6 a 9 si determina la posizione dell’asse neutro, c, che soddisfa la condizione di equilibrio alla traslazione verti-cale. Il risultato dell’ultima iterazione è ri-portato qui sotto:

1390.008874140.00995

368

s

s

fe

fe

c mm

f MPa

f MPa

ε

ε

==

=

=

=

( )( ) ( )( )( )( )( )( )

2 21845 414 600 368136 139

0.85 35 0.81 300

mm MPa mm MPac mm mm

MPa mm

+= = ≈

→Il valore scelto per l’ultima iterazione di c è accettabile.


Passo 11 – Calcolo della resistenza a fles-sione della sezione La resistenza a flessione la si calcola utiliz-zando l’Eq. (9.11). Un ulteriore coefficiente di riduzione, ψf = 0.85, viene applicato al contributo del rinforzo esterno in FRP. Dato che εs = 0.0086 > 0.005, il coefficiente di riduzione della resistenza φ può essere assun-to pari a 0.90 come riportato nell’Eq. (9.5).

1 1

2 2n s s f fec c

M A f d A f hβ β

φ φ ψ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞= − + −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

( )( ) ( )( )

( )( )( ) ( )( )

2

2

0.81 1391845 414 550

20.90

0.81 1390.85 600 368 600

2

431234320 431.2 425.1

n

u

mmmm MPa mm

Mmm

mm MPa mm

Nmm kNm M kNm

φ

⎡ ⎤⎛ ⎞− +⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠= =⎢ ⎥

⎛ ⎞⎢ ⎥−⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎣ ⎦

= = > =

→La sezione rinforzata è in grado di sostenere i nuovi carichi.

Passo 12 – Controllo delle tensioni di eser-cizio nell’acciaio e nell’FRP (a) La posizione dell’asse neutro per sezione fessurata sotto carichi di esercizio può essere calcolata attraverso la seguente equazione:

2

2f fs ss f s f

c c c c

fss f

c c

E EE E hkE E E E d

EEE E

ρ ρ ρ ρ

ρ ρ

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞= + + +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠

⎛ ⎞− +⎜ ⎟

⎝ ⎠ (b) Calcolo dello stato tensionale di esercizio nell’acciaio attraverso l’Eq. (9.12) e verifica che risulti inferiore del limite suggerito dal-l’Eq. (9.6).

( ) ( )

( )( ) ( )( )3

,3 3

0.80,

kdM A E h d kd Es sbi f ffs s kd kdA E d d kd A E h h kds s f ff fs s y

ε⎡ ⎤+ − −⎢ ⎥⎣ ⎦=− − + − −

≤

(c) Calcolo della tensione nell’FRP attraverso l’Eq. (9.13) e controllo che risulti inferiore al limite riportato nella Tabella 9.1.

, ,

Limite di esercizio 0.55

ff s s s bi f

s

fu

E h kdf f EE d kd

f

ε⎛ ⎞ −⎛ ⎞= −⎜ ⎟ ⎜ ⎟−⎝ ⎠⎝ ⎠

=

2206 37 206 37 6000.011 0.0036 2 0.011 0.003628 28 28 28 500

206 370.011 0.0036 0.3428 28

(0.34)(550 ) 187

k

kd mm mm

⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + + +⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠

⎛ ⎞− + =⎜ ⎟⎝ ⎠

= =

( )( ) ( )

( ) ( )

( )( ) ( )

( )( ) ( )

2

,2

2

,

187226500 0.00057 600 37 6003

550 187 2061871845 206 550 550 187

3187600 37 600 600 187

3283 (0.80)(414 ) 331

s s

s s

mmkNm mm MPa mm

mm mm MPaf

mmmm MPa mm mm mm

mmmm MPa mm mm mm

f MPa MPa M

⎡ ⎤⎛ ⎞+ −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

−=

⎡ ⎤⎛ ⎞− −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥

⎢ ⎥⎛ ⎞+ − −⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎣ ⎦

= < = Pa

→Il livello tensionale di esercizio nell’acciaio è nei limiti suggeriti.

( )( )

2

, 2

37 / 600 187(283 )550 187206 /

0.00057 37,00036.7 (0.55)(589 ) 324

f skN mm mm mmf MPa

mm mmkN mm

MPaMPa MPa MPa

⎛ ⎞⎛ ⎞−= ⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠⎝ ⎠

− =

= < =

→Il livello tensionale di esercizio nell’FRP è nei limiti suggeriti.

Nel dettagliare l’intervento di rinforzo in FRP, bisogna precisare che il rinforzo stesso deve terminare ad una distanza minima di “d” dopo il punto nel quale si raggiunge un momento pari al valore del momento di prima fessurazione. Inoltre, il taglio allo stato limite ultimo in corrispondenza della sezione terminale dovrebbe essere confrontato con i 2/3 della resi-stenza a taglio del solo calcestruzzo. Se il taglio è maggiore dei due terzi della resistenza a taglio del calcestruzzo, si sugge-risce l’uso di una fasciatura ad U dell’estremità del rinforzo per prevenire problemi di delaminazione.

14.4 – Rinforzo a taglio di una trave interna a T in c.a. Una trave in c.a. con sezione a T (f’c=20 MPa), situata in un edificio adibito ad uffici, è soggetta ad un incremento dei

carichi accidentali. Un’analisi della trave con le armature esistenti ha evidenziato che la trave è ancora verificata ai fini della resistenza a flessione, mentre la resistenza a taglio è inadeguata a sopportare l’incremento dei carichi accidentali. In base dell’analisi condotta, la resistenza a taglio nominale fornita dal calcestruzzo è Vc=162 kN a la resistenza a taglio no-minale fornita dall’armatura metallica è pari a Vs=87.2 kN. La resistenza a taglio di progetto della trave esistente è quindi φVn,esistente=0.85(161.9 kN+87.2 kN)=212 kN. La resistenza a taglio richiesta, comprensiva dell’incremento dei carichi ac-cidentali, ad una distanza “d” dall’appoggio è Vu=267 kN. La Figura 14.2 mostra il diagramma del taglio con indicata la sezione a partire dalla quale è richiesto l’ulteriore incremento della resistenza a taglio.

Il rinforzo a taglio aggiuntivo in FRP è progettato come mostrato in Figura 14.3 e le sue caratteristiche principali sono riassunte in Tabella 14.5. Ogni striscia in FRP è costituita da uno strato (n=1) di tessuto di carbonio applicato secondo la tecnologia del wet-lay-up. Le proprietà meccaniche dei materiali, secondo quanto dichiarato dal produttore, sono riportate nella Tabella 14.6.


d

212 kN

Asse di mezzeriadella trave

1.80 m

267 kN

Incremento della domanda che deve essere assorbita dall'FRP

Vφ n, esistente

6.7 kNuV

Figura 14.2 – Diagramma del taglio. Il rinforzo in FRP deve correggere la carenza evidenziata dalla zona trat-teggiata.

40 c

m55

cm

25 cm 30 cm1.80 m

Figura 14.3 – Il rinforzo a taglio realizzato in FRP.

Tabella 14.5 – Parametri utilizzati per il rinforzo e-sterno in FRP

d 55 cm df 40 cm

Larghezza di ciascun tessuto, wf 25 cm Interasse di ciascun tessuto, sf 30 cm

Lunghezza della zona da rinforzare 180 cm

Tabella 14.6 – Proprietà del sistema in FRP riportate dal produttore*

Spessore del singolo tessuto, tf 0.17 mm Resistenza ultima a trazione, f*

fu 3800 MPa Deformazione di rottura, ε*

fu 0.017 mm/mm Modulo di elasticità, Ef 228000 MPa

* Proprietà riferite alla sola fibra

I calcoli di progetto per il dimensionamento di tale rinforzo a taglio sono riportati a seguire.

Procedura Calcoli

Passo 1 – Calcolo delle proprietà di progetto dell’FRP La trave si trova in uno spazio interno e per il rinforzo saranno utilizzate fibre di carbonio. Perciò il fattore di riduzione ambientale è pre-so pari a 0.95 come suggerito dalla Tabella 8.1.

*

*

fu E fu

fu E fu

f C f

Cε ε

=

=

( )( )( )( )0.95 3800 3610

0.95 0.017 / 0.016 /fu

fu

f MPa MPa

mm mm mm mmε

= =

= =

Passo 2 – Valutazione della deformazione efficace nel rinforzo in FRP Lo stato deformativo nelle fasciature ad U in FRP è determinato utilizzando il coefficiente di riduzione κv. Tale coefficiente lo si determi-na usando le Equazioni da (10.7) a (10.10).

( )0.58

2 / 3'

1

2

1 2

23,300

27

0.7511,900

e

f f

c

f e

f

ev

fu

Ln t E

fk

d Lk

d

k k Lκ

ε

=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎛ ⎞−

= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

= ≤

La deformazione effettiva nell’FRP può essere calcolata con l’Eq. (10.6(b)).

0.004fe v fuε κ ε= ≤

( )( )( )

( )( )( )( )

0.582

23

1

2

23,300 50.81 0.17 228,000 /

20 0.8227

400 50.8 0.873400

0.82 0.873 50.80.19 0.75

11,900 0.016

e

v

L mmmm kN mm

MPak

mm mmkmm

mmκ

= =⎡ ⎤⎣ ⎦

⎛ ⎞= =⎜ ⎟⎝ ⎠⎛ ⎞−

= =⎜ ⎟⎝ ⎠

= = ≤

( )0.19 0.016 0.003 0.004feε = = ≤


Passo 3 – Calcolo del contributo del rinforzo in FRP alla resistenza a taglio della sezione L’area del rinforzo in FRP può essere calcolata come segue:

2fv f fA nt w= La tensione efficace nell’FRP può essere valu-tata utilizzando la legge di Hooke:

fe fe ff Eε= Il contributo offerto dall’FRP alla resistenza a taglio si calcola a partire dall’Eq. (10.3):

(sin cos )fv fe ff

f

A f dV

sα α+

=

( )( )( )( )( )( )( )( )( )

( )

2

2

2 1 0.17 250 85

0.003 228000 684

85 684 1 40077.5

300

fv

fe

f

A mm mm mm

f MPa MPa

mm MPa mmV kN

mm

= =

= =

= =

Passo 4 – Calcolo della resistenza a taglio della sezione La resistenza a taglio può essere calcolata a partire dall’Eq. (10.2) con ψf=0.85 quando si utilizzino fasciature ad U:

( )n c s f fV V V Vφ φ ψ= + +

( )( )0.85 162 87.2 0.85 77.5

267.8 267n

n u

V kN kN kN

V kN V kN

φ

φ

⎡ ⎤= + +⎣ ⎦= > =

→La sezione rinforzata è in grado di sostenere l’aumento dello sforzo di taglio.

14.5 – Rinforzo a taglio di una colonna esterna in c.a. Per una colonna quadrata di lato 60 cm si richiede un incremento di resistenza al taglio di 267 kN (∆Vu=267 kN). La co-

lonna è situata in un parcheggio multipiano e sperimenta una grande variazione nelle condizioni climatiche ed ambientali. Di seguito si propone un metodo di rinforzo utilizzando fasciature esterne in GFRP. Le proprietà del sistema di rinforzo sono riportate in Tabella 14.7. In quanto segue vengono mostrate le procedure di calcolo utilizzate per progettare il rinfor-zo.

Tabella 14.7 – Proprietà del sistema in FRP così come riportate dal produttore*

Spessore del singolo tessuto, tf 1.3 mm Resistenza ultima a trazione, f*

fu 552 MPa Deformazione di rottura, ε*

fu 0.020 mm/mm Modulo di elasticità, Ef 28 GPa

* Proprietà riferite al laminato (fibra + resina)

Procedura Calcoli Passo 1 – Calcolo delle proprietà di progetto dell’FRP La colonna si trova in uno spazio esterno e per il rinforzo saranno utilizzate fibre di vetro. Perciò il fattore di riduzione ambientale è pre-so pari a 0.65 come suggerito dalla Tabella 8.1.

*

*

fu E fu

fu E fu

f C f

Cε ε

=

=

( ) ( )( )( )0.65 552 359

0.65 0.020 / 0.013 /fu

fu

f MPa MPa

mm mm mm mmε

= =

= =

Passo 2 – Valutazione della deformazione efficace nel rinforzo in FRP Lo stato deformativo per una fasciatura com-pleta con FRP lo si determina a partire dall’Eq. (10.6(a)).

0.004 0.75fe fuε ε= ≤ La deformazione effettiva nell’FRP può essere calcolata con l’Eq. (10.6(b)).

0.004fe v fuε κ ε= ≤

0.004 0.75(0.013) 0.010feε = < =


Passo 3 – Calcolo dell’area di FRP necessa-ria Il contributo a taglio richiesto al rinforzo e-sterno in FRP può essere calcolato in base al-l’incremento di resistenza che si deve ottenere. Si ricorda di tenere in conto sia il contributo del fattore di riduzione della resistenza, φ, che l’ulteriore coefficiente che penalizza il contri-buto dell’FRP, ψf.

, ( )u

f richiestaf

VV

φ ψ∆

=

L’area necessaria di FRP può essere trovata riscrivendo l’Eq. (10.3). L’area richiesta la si lascia espressa in funzione dell’interesse sf del rinforzo.

,, (sin cos )

f richiesta ffv richiesta

fe f f

V sA

E dε α α⋅

=+

( )( )

( )( )( )( )

,

, 2

267 3310.85 0.95

3315

0.004 28 / 1 600

f richiesta

ffv richiesta f

kNV kN

kN sA s

kN mm mm

= =

= = ⋅

Passo 4 – Determinazione del numero di strati e della larghezza ed interasse delle fasciature richieste Il numero di strati necessario può essere e-spresso in funzione della larghezza ed interes-sa adottato per la fasciature come segue:

,

2fv richiesta

f f

An

t w=

( )5

1.92 1.3

f f

f f

s sn

mm w w⋅

= =⋅

→Usare due strati (n=2) continui lungo l’assse verticale della colonna (sf=wf).


CAPITOLO 15 – BIBLIOGRAFIA

15.1 – Codici e normative I codici e le normative di seguito riportate sono le ultime edizioni disponibili nel momento in cui questo documen-to è stato preparato. Poiché questi documenti sono ag-giornati di frequente, il lettore dovrebbe far riferimento all’ultima versione disponibile in commercio. American Concrete Institute 201.1R Guide for Making a Condition Survey

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Queste pubblicazioni possono essere richieste alle se-guenti organizzazioni: American Concrete Institute P.O. Box 9094 Farmington Hills, MI 48333 American National Standards Institute 11 West 42nd Street New York, NY 10036 ASTM 100 Barr Harbor Drive West Conshohocken, PA 19428 Canadian Standards Association 178 Rexdale Blvd. Toronto - ON M9W 1R3 Canada


Code of Federal Regulations Government Printing Office 732 N. Capitol St. N.W. Washington, D.C. 20402 International Conference of Building Officials 5360 Workman Mill Road Whittier, CA 90601-2298 International Concrete Repair Institute 1323 Shepard Drive, Suite D Sterling, VA 21064

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PARTE 6 - APPENDICI APPENDICE A – PROPRIETA’ DELLE FIBRE DI

CARBONIO, VETRO E ARAMIDE La Tabella A.1 riporta gli intervalli dei valori delle

proprietà a trazione delle fibre di carbonio, vetro, e ara-mide. I valori tabulati derivano dalla sperimentazione su yarns o strands di fibre impregnati eseguita in conformi-tà alle metodologie di prova del “Suppliers of Advanced Composite Materials Association” 16-90. Gli yarns o strands di fibre sono impregnati di resina, polimerizzati, e testati. Le proprietà riportate nelle tabelle sono valutate con riferimento all’area delle fibre ignorando l’area della

resina. Le proprietà riportate nella Tabella A.1 sono rap-presentative, quindi, di sistemi FRP monodirezionali le cui proprietà sono riferite all’area netta delle fibre (net-fiber area) (Sezione 3.3.1).

La Tabella A.2 riporta gli intervalli dei valori delle proprietà a trazione dei laminati in CFRP, GFRP e AFRP con percentuali in volume di fibra variabili tra il 40% e il 60%. Le proprietà sono valutate con riferimento all’area lorda del laminato (Sezione 3.3.1). Le proprietà riportate si riferiscono a tessuti monodirezionali, bidire-zionali e con fibre orientate nella direzione ±45°. Nella Tabella A.2 è indicato anche l’effetto della variazione dell’orientamento delle fibre rispetto alla resistenza della lamina nella direzione 0°.

Tabella A.1 – Valori tipici delle proprietà di trazione per sistemi FRP

Tipo di fibra Modulo elastico, GPa Resistenza a trazione, MPa Deformazione a rottura, % Carbonio

Uso generico 220÷240 2050÷3790 1.2 Alta resistenza 220÷240 3790÷4820 1.4

Altissima resistenza 220÷240 4820÷6200 1.5 Alto modulo 340÷520 1720÷3100 0.5

Altissimo modulo 520÷690 1380÷2400 0.2 Vetro

Vetro-E 69÷72 1860÷2680 4.5 Vetro-S 86÷90 3440÷4140 5.4 Aramide

Uso generico 69÷83 3440÷4140 2.5 Alte prestazioni 110÷124 3440÷4140 1.6

Tabella A.2 – Proprietà di trazione per laminati in FRP con contenuto di fibre compreso tra il 40 e il 60% in volume

Modulo di elasticità, GPa Resistenza a trazione, MPa Descrizione del sistema in FRP (orientamento delle fibre) Proprietà a 0° Proprietà a 90° Proprietà a 0° Proprietà a 90°

Deformazione a rottura (0°), %

Carbonio alta resistenza e resina epossidica, gradi

0 100÷140 2÷7 1020÷2080 35÷70 1.0÷1.5 0/90 55÷76 55÷75 700÷1020 700÷1020 1.0÷1.5

+45/-45 14÷28 14÷28 180÷280 180÷280 1.5÷2.5 Vetro-E e resina epossidica,

gradi

0 20÷40 2÷7 520÷1400 35÷70 1.0÷3.0 0/90 14÷34 14÷35 520÷1020 520÷1020 2.0÷3.0

+45/-45 14÷21 14÷20 180÷280 180÷280 2.5÷3.5 Aramide alte prestazioni e resi-

na epossidica, gradi

0 48÷68 2÷7 700÷1720 35÷70 2.0÷3.0 0/90 28÷34 28÷35 280÷550 280÷550 2.0÷3.0

+45/-45 7÷14 7÷14 140÷210 140÷210 2.0÷3.0 Note: Le proprietà dei compositi in FRP sono riferite a sistemi aventi un contenuto di fibre pari al 50% in volume e spessori di 2.5 mm. In genere, i sistemi pre-cured hanno un contenuto in fibre compreso tra il 40 e il 60% (sempre in volume), mentre per i sistemi wet lay-up è compreso tra il 25 e 40%. Siccome il contenuto di fibra influenza le proprietà del composito finale, i sistemi pre-cured possiedono migliori qualità meccaniche rispetto ai sistemi ottenuti con la tecnica del wet lay-up. Zero gradi rappresenta un tessuto unidirezionale. Zero/90 gradi (oppure +45/-45 gradi) rappresentano tessuti con fibre ordite nelle due direzioni specificate, dove 0 è la direzione del carico e 90 la direzio-ne ad esso ortogonale.


La Tabella A.3 riporta le resistenze a trazione di alcuni sistemi in FRP disponibili in commercio. La resistenza dei laminati monodirezionali dipende dal tipo e dalla grammatura delle fibre.

I valori delle resistenze ultime forniti in queste tabelle non sono utilizzabili per la progettazione.

Tabella A.3 – Resistenze a trazione(a) di alcuni sistemi in FRP disponibili in commercio

Descrizione del sistema in FRP, fibra/resina,

tipo di tessuto

Peso del tessuto,

g/m3

Resistenza a trazione(b),

kN/mm Uso generico, carbo-

nio/epossidica, unidirezionale 200÷400 500÷620

Alta resistenza, carbo-nio/epossidica, unidirezionale 230÷620 320÷960

Alto modulo, carbo-nio/epossidica, unidirezionale 300 600

Uso generico, carbo-nio/epossidica, bilanciato 300 180

Vetro-E/epossidica, unidirezionale 900÷350 720÷230

Vetro-E/epossidica, bilanciato 300 120

Aramide/epossidica, unidirezionale 420 700

Alta resistenza, carbo-nio/epossidica, unidirezionale

pre-cured 2380(c) 3300

Vetro-E/vinilestere, unidirezionale pre-cured 1700(c) 1580

(a) I valorti mostrati non devono essere usati per il progetto (b) Valori ultimi di resistenza a trazione per larghezza unitaria di tessuto (c) Peso del laminato pre-cured

APPENDICE B – SOMMARIO DELLE METODO-LOGIE DI PROVA STANDARD

Sono ancora in preparazione le metodologie di prova ASTM per l’analisi del comportamento strutturale dei sistemi in FRP utilizzati per il rinforzo esterno di struttu-re in c.a. Alcune di queste metodologie già pubblicate possono essere usate anche per i materiali compositi. I materiali in FRP possono essere testati in conformità alle metodologie di prova elencate nella Tabella B.1. Le pro-ve di caratterizzazione della durabilità possono essere eseguite secondo la metodologia esistente purché si ese-gua una specifica preparazione del provino. In base ai dati prodotti con le metodologie di prova elencate è pos-sibile procedere alla qualificazione e all’accettazione dei sistemi in FRP.

Tabella B.1 – Metodi di prova per sistemi in FRP

FRP da Proprietà Metodo di prova Resistenza a trazione,

deformazione e modulo elastico

ISIS, ASTM D 3039

Tessuti secchi e prepreg

Aderenza tessuto-adesivo:

tensione tangenziae ISIS

Aderenza tessuto-calcestruzzo: tensione

tangenziale ISIS

Aderenza tessuto-calcestruzzo-adesivo:

tensione normale ISIS

Coefficiente di dilatazione termica ASTM D 696

Temperatura di transizione vetrosa ASTM D 4065

Durezza superficiale ASTM D 2583, D 2240, D 3418

Resistenza di provino ad anello ISIS

Resistenza a trazione, deformazione e modulo elastico

ISIS, ASTM D 3039

Aderenza lamina-adesivo: tensione tangenziale

ISIS, ASTM D 3165, D 3528

Aderenza lamina-calcestruzzo: tensione

tangenziale ISIS


normale ISIS



Lamine piatte

pultruse

Durezza superficiale ASTM D 2583, D 2240, D 3418

Resistenza a trazione, deformazione e modulo elastico

ISIS, ASTM D 3039

Aderenza lamina-adesivo: tensione tangenziale

ISIS, ASTM D 3165, D 3528


tangenziale ISIS


normale ISIS


Lamine curve

prefab-bricate


APPENDICE C – RICERCHE FUTURE Come evidenziato all’interno del testo, vi sono alcuni

settori di ricerca che non sono ancora stati del tutto e-splorati o la cui comprensione risulta ancora parziale; nei riguardi di quest’ultimi sono, dunque, necessarie future ricerche tese sia alla determinazione di ulteriori informa-zioni sia ad una definitiva validazione sperimentale.

In questa appendice si riporta una lista degli argomenti di ricerca sui quali sono necessari futuri approfondimen-ti: Materiali


• Conferma che la distribuzione normale (Gaussiana) rappresenti la resistenza a trazione di sistemi di rin-forzo in FRP;

• Metodi di ignifugazione dei sistemi in FRP; • Comportamento alle alte temperature degli elementi

rinforzati mediante FRP; • Comportamento alle basse temperature degli ele-

menti rinforzati mediante FRP; • Resistenza a fuoco (determinazione della classe di

appartenenza) di elementi in calcestruzzo rinforzati con FRP;

• Effetti di diversi coefficienti termici tra sistemi in FRP e sottostrato;

• Rottura per creep e durata di sistemi in FRP; • Decadimento di resistenza e rigidezza in condizioni

ambientali aggressive. Sforzo assiale/Flessione • Comportamento a compressione di elementi non

circolari fasciati con sistemi in FRP; • Comportamento di elementi rinforzati con sistemi in

FRP orientati nella direzione del carico assiale; • Miglioramento della deformazione effettiva a fles-

sione; • Incidenza della resistenza del calcestruzzo sul com-

portamento di elementi rinforzati con FRP; • Incidenza del calcestruzzo alleggerito sul compor-

tamento di elementi rinforzati con FRP;

• Comportamenti di elementi soggetti a flessione rin-forzati a trazione e compressione con FRP;

• Massima ampiezza delle fessure e previsione delle frecce di elementi in calcestruzzo rinforzati con si-stemi in FRP;

• Comportamento della freccia a lungo termine in relazione ad elementi in calcestruzzo rinforzati con sistemi in FRP.

Taglio • Contributo di resistenza a taglio del calcestruzzo di

elementi rinforzati attraverso sistemi in FRP; • Deformazione effettiva di sistemi in FRP non com-

pletamente fasciati attorno alla sezione; • Uso di sistemi in FRP per il rinforzo a punzonamen-

to in sistemi bidirezionali. Dettagli costruttivi • Prestazioni di ancoraggi in FRP. Nel testo è specificatamente indicato che ulteriori prove sono necessarie per determinare le seguenti proprietà di sistemi in FRP: • Coefficienti e caratteristiche di aderenza; • Rotture per creep e problematiche connesse con ca-

richi di lunga durata; • Caratteristiche a fatica; • Coefficiente di espansione termica; • Resistenza a taglio; • Resistenza a compressione.

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