Consolidamento strutturale con materiali compositi

Domenico Brigante

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DESCRIZIONE

Rinforzi con sistemi FRP, FRCM e CRM

A seguito del terremoto che ha colpito il Centro Italia nel 2016, è aumentato l’utilizzo di sistemi di consolidamento FRCM e CRM, che rappresentano un’importante soluzione tecnica per questa tipologia di strutture ad integrazione dei compositi FRP.

Numerosi sono stati negli anni i documenti tecnici e le Linee Guida prodotti dal CNR e dal CSLLPP in merito ai sistemi di consolidamento FRP, FRCM e CRM, oltre alle importanti norme tecniche prodotte in ambito internazionale.

Oggetto del volume è l’analisi degli aggiornamenti normativi, con riferimento alle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 17 gennaio 2018, che oltre a definire le modalità di progettazione dei nuovi sistemi di consolidamento chiariscono gli adempimenti di imprese, Direttore dei Lavori e Collaudatore.

I tre sistemi di consolidamento FRP, FRCM e CRM vengono analizzati in riferimento alle norme, alle caratteristiche e ai vantaggi e svantaggi applicativi.

Oltre alle tradizionali fibre sintetiche sono oggetto del volume le fibre naturali presenti sul mercato, ancora non molto utilizzate in Italia ma notevolmente diffuse in Oriente.

A completamento dell’analisi delle tecnologie di fabbricazione dei materiali compositi, vengono analizzate le innovative tecniche di stampa 3D, la cui rapida evoluzione anche in edilizia, spinta anche dall’utilizzo di materiali compositi innovativi, rappresenterà nel prossimo futuro una realtà consolidata nel settore delle nuove costruzioni.

A corredo del volume sono state prodotte alcune schede per direttore dei lavori e collaudatore nell’ambito di un intervento di consolidamento con l’uso di compositi.

Questo volume rappresenta un fondamentale strumento per i tecnici che, nel loro ruolo di Progettista, Direttore dei Lavori e Collaudatore, si trovano a lavorare in un intervento di consolidamento strutturale con sistemi FRP, FRCM e CRM.

La WebApp inclusa è parte integrante della presente pubblicazione e gestisce:

  • Normativa di riferimento e giurisprudenza consultabili attraverso un motore di ricerca (aggiornamento automatico per 365 giorni dall’attivazione della WebApp).
  • Modelli per l’accettazione ed il collaudo dei sistemi FRP, FRCM e CRM.
  • Glossario (termini più ricorrenti sull’argomento); FAQ (risposte alle domande più frequenti); Test base / Test avanzato (verifiche sulla conoscenza dell’argomento).

REQUISITI HARDWARE E SOFTWARE

Qualsiasi dispositivo con MS Windows, Mac OS X, Linux, iOS o Android; accesso ad internet e browser web con Javascript attivo; software per la gestione di documenti Office e PDF.

AUTORE

Domenico Brigante, professore a contratto di “Materiali Innovativi” presso l’Università telematica Mercatorum, Ingegnere Strutturista presso la Soprintendenza Speciale del MIBACT per il Terremoto in Centro Italia, e presidente del Centro Compositi in Edilizia. È Autore di volumi tecnici pubblicati con la casa editrice Grafill e in lingua inglese con la casa editrice americana Springer.

INDICE

PREFAZIONE a cura dell’Ing. Paolo Iannelli

PREFAZIONE a cura del Prof. Ing. I. Crivelli Visconti

INTRODUZIONE

1. MATERIALI COMPOSITI
1.1.
I materiali compositi e loro proprietà
1.2. Caratteristiche dei materiali compositi
1.3. Le fibre nei materiali compositi
1.4. Fibre di carbonio
1.5. Fibre di vetro
1.6. Fibre di basalto
1.7. Fibre aramidiche
1.8. Fibre di PBO
1.9. Fibre di acciaio
1.10. Tessuti ibridi
1.11. Le matrici
1.12. Matrici plastiche
1.12.1. Resine poliestere
1.12.2. Resine epossidiche
1.12.3. Resine fenoliche
1.12.4. Resine siliconiche
1.13. Matrici inorganiche
1.14. Altre tipologie di matrici
1.14.1. Matrici metalliche
1.14.2. Matrici ceramiche

2. PROCESSI DI FABBRICAZIONE
2.1.
Tecnologie di fabbricazione
2.1.1. Processi produttivi dei materiali compositi
2.2. Impregnazione manuale senza applicazione di pressione o vuoto
2.3. Filament Winding
2.3.1. L’avvolgimento
2.3.2. L’impregnazione
2.3.3. Il mandrino
2.3.4. Le macchine
2.4. Pultrusione
2.4.1. Alimentazione del rinforzo
2.4.2. Impregnazione
2.4.3. Preformatura
2.4.4. Formatura e polimerizzazione
2.4.5. Postformatura
2.4.6. Tiro e taglio
2.4.7. Controlli
2.5. Formatura per iniezione di resina (RTM Resin Transfer Molding)
2.6. Resin Infusion Under Flexible Tooling (RIFT)
2.7. Formatura in autoclave
2.8. Impregnatore semiautomatico per sistemi FRP
2.9. Reti per sistemi FRCM
2.10. Reti per sistemi CRM
2.11. Taglio di tessuti per sistemi FRP ed FRCM

3. SCELTA DEL SISTEMA COMPOSITO FRP, FRCM E CRM
3.1.
Vantaggi dei materiali compositi
3.2. Progettabilità dei materiali compositi
3.3. FRP (Fiber Reinforced Polymers)
3.4. SRP (Steel Reinforced Polymers)
3.5. FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix)
3.6. SRG (Steel Reinforced Grout)
3.7. CRM (Composite Reinforced Mortar)
3.8. Scelta del sistema composito
3.9. Planarità delle superfici delle strutture da rinforzare
3.10. Influenza della temperatura
3.11. Comportamento nei confronti dell’umidità
3.12. Utilizzo di mano d’opera specializzata
3.13. Utilizzo dei dispositivi di protezione individuale
3.14. Degrado degli attrezzi di lavoro
3.15. Resistenza al fuoco
3.16. Resistenza ai raggi ultravioletti
3.17. Radiotrasparenza

4. IL QUADRO NORMATIVO PER I SISTEMI FRP, FRCM E CRM
4.1.
Quadro normativo nazionale ed internazionale dei sistemi FRP
4.2. Il documento tecnico italiano CNR-DT 200/04 e R1 2013
4.3. Linee Guida – Dipartimento Protezione Civile – ReLUIS
4.4. Linee Guida dell’Assemblea Generale del CSLLPP 2009
4.5. Linee Guida del CSLLPP per i sistemi FRP 2015-2019
4.6. Linee Guida del CSLLPP per i sistemi FRCM
4.7. Il CNR DT 215-18
4.8. Linee Guida del CSLLPP per i sistemi CRM

5. RINFORZO CON FRP DI STRUTTURE IN C.A. E C.A.P.
5.1.
Introduzione
5.2. La delaminazione
5.3. Rinforzo a flessione di travi in c.a.
5.4. Analisi del comportamento allo Stato Limite Ultimo (SLU) e agli Stati Limite di Esercizio (SLE)
5.5. Rinforzo di solai latero-cementizi
5.6. Rinforzo a taglio di travi in c.a.
5.7. Rinforzo di pilastri in c.a.
5.8. Rinforzo dei nodi trave pilastro
5.9. Criteri per il progetto del rafforzamento locale di nodi non confinati

6. RINFORZO CON FRP DI STRUTTURE IN MURATURA
6.1.
Introduzione
6.2. Progetto di rinforzo di strutture in muratura con FRP
6.3. Meccanismi di rottura per delaminazione
6.3.1. Resistenza alla delaminazione radente allo Stato Limite Ultimo
6.4. Rinforzo di pannelli murari
6.4.1. Verifiche per azioni fuori dal piano
6.4.2. Verifica per ribaltamento semplice
6.4.3. Verifica per flessione della striscia muraria verticale
6.4.4. Verifica per flessione della striscia orizzontale
6.4.5. Verifiche per azioni nel piano
6.4.6. Pressoflessione nel piano
6.4.7. Taglio
6.5. Rinforzo di archi e volte in muratura
6.6. Rinforzo di colonne in muratura
6.7. Sistemi di pretensionamento
6.8. Sistema di tensionamento per SRG – SRP
6.9. Sistemi di ancoraggio
6.10. Preparazione del substrato

7. COMPOSITI FIBRORINFORZATI A MATRICE INORGANICA – FRCM
7.1.
I materiali compositi FRCM
7.2. Caratteristiche del composito e dei relativi componenti
7.3. Qualificazione dei sistemi FRCM
7.4. Prove di qualificazione per il rilascio del CVT
7.4.1. Prove di caratterizzazione meccanica
7.4.2. Prove di trazione sulla rete e sui provini FRCM
7.4.3. Prove di distacco dal supporto
7.5. Il documento CNR-DT 215/18 e le Linee Guida del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici per i materiali FRCM
7.6. Rinforzo di struttura in muratura con FRCM
7.6.1. Interventi di rinforzo a taglio con FRCM
7.6.2. Interventi di rinforzo a pressoflessione con FRCM
7.6.3. Interventi di rinforzo di pareti fuori del piano con FRCM
7.6.4. Confinamento di colonne in muratura con FRCM
7.6.5. Consolidamento di archi e volte in muratura con FRCM
7.7. Rinforzo di strutture di calcestruzzo armato con FRCM
7.7.1. Rinforzo a flessione con FRCM
7.7.2. Rinforzo a taglio con FRCM
7.7.3. Confinamento di colonne di c.a. con FRCM
7.8. Procedure di accettazione in cantiere
7.9. Installazione dei sistemi FRCM

8. SISTEMI ANTI-ESPULSIONE DELLE TAMPONATURE
8.1.
Ribaltamento delle tamponature
8.2. La verifica di espulsione e le tamponature esistenti
8.3. Verifica di espulsione della tamponatura
8.4. Individuazione della domanda sismica
8.5. Verifica di ribaltamento semplice della tamponatura
8.6. Intervento di solidarizzazione della tamponatura alla cornice strutturale
8.7. Verifica a pressoflessione
8.8. Intervento di rinforzo fuori piano della tamponatura
8.9. Verifica di espulsione della tamponatura con rinforzo fuori piano

9. LE LINEE GUIDA PER I SISTEMI CRM DEL CSLLPP
9.1.
Introduzione
9.2. Le caratteristiche dei Sistemi CRM e le classi prestazionali
9.3. Le reti, gli angolari e i connettori per i Sistemi CRM
9.4. Qualificazione dei Sistemi CRM
9.5. Corretta posa in opera e controllo dei Sistemi CRM
9.6. Procedure di accettazione in cantiere
9.7. Ristilatura armata

10. ACCETTAZIONE E COLLAUDO DI SISTEMI FRP, FRCM E CRM
10.1.
Introduzione
10.2. Accettazione e collaudo dei sistemi FRP
10.2.1. Accettazione in cantiere di sistemi di consolidamento FRP laminati in situ
10.2.2. Accettazione in cantiere di sistemi di consolidamento FRP preformati
10.2.3. Modalità di collaudo di sistemi FRP su strutture in c.a.
10.2.4. Modalità di collaudo di sistemi FRP su strutture in muratura
10.3. Accettazione e collaudo dei sistemi FRCM
10.3.1. I controlli sui sistemi FRCM
10.3.2. Accettazione in cantiere di sistemi di consolidamento FRCM
10.3.3. Controlli di accettazione di sistemi di consolidamento FRCM
10.3.4. Modalità di collaudo di sistemi di consolidamento FRCM su strutture in c.a.
10.3.5. Modalità di collaudo di sistemi di consolidamento FRCM su strutture in muratura
10.4. Accettazione dei sistemi di consolidamento CRM
10.4.1. Controlli di accettazione dei sistemi di consolidamento CRM

11. I COMPOSITI NATURALI
11.1.
Le fibre naturali
11.2. Fibre naturali vegetali
11.2.1. Classificazione delle fibre
11.3. Caratterizzazione delle fibre
11.4. Principali tipologie di fibre
11.4.1. Fibre di cotone
11.4.2. Fibre di lino
11.4.3. Fibre di juta
11.4.4. Fibre di agave
11.4.5. Fibre di canapa

12. ESEMPI DI APPLICAZIONE DI SISTEMI DI CONSOLIDAMENTO FRP, FRCM E CRM
12.1.
Miglioramento sismico di una struttura in calcestruzzo armato
12.2. Adeguamento sismico di un edificio in muratura degli anni Venti, infrastruttura di interesse strategico
12.3. Adeguamento sismico di un edificio scolastico in calcestruzzo
12.4. Consolidamento di una struttura in calcestruzzo armato – Città delle Arti e della Scienza – Valencia (ES)
12.5. Consolidamento strutturale con sistemi di consolidamento CRM per il miglioramento sismico di edifici in muratura a Beirut (Libano)
12.6. Consolidamento strutturale di un ponte il calcestruzzo armato in Costa Rica
12.7. Consolidamento di volte in muratura del castello Maresca di Serracapriola con sistemi FRCM
12.8. Rinforzo di travi in legno con FRP presso il C.I.R.A. – Centro Italiano di Ricerca Aereospaziale
12.9. Rinforzo a flessione di travi in legno lamellare
12.10. Miglioramento sismico di una struttura conventuale in muratura
12.11. Sistemi antisfondellamento con reti in GFRP su solai latero cementizi
12.12. Sistemi antisfondellamento con reti in GFRP su solai in putrelle metalliche e laterizi

13. LA STAMPA 3D E LE APPLICAZIONI IN EDILIZIA
13.1.
Origini e tecnologie della stampa 3D
13.2. Caratteristiche della stampa 3D
13.2.1. La risoluzione delle stampanti 3D
13.2.2. Il processo di stampa 3D
13.3. La stampa 3D con filamenti compositi
13.3.1. Filamenti che simulano il legno
13.3.2. Filamenti che simulano metalli
13.3.3. Filamenti terracotta
13.3.4. Filamenti cemento
13.3.5. Filamenti marmo
13.3.6. Filamenti vetro
13.3.7. Filamenti carbonio
13.4. Campi di applicazione della stampa 3D
13.4.1. La stampa 3D in ambito museale
13.4.2. La stampa 3D nel design
13.5. La stampa 3D in edilizia
13.5.1. Le potenzialità della stampa 3D in edilizia
13.5.2. Le case stampate in 3D di WASP

14. CONTENUTI E ATTIVAZIONE DELLA WEBAPP
14.1.
Contenuti della WebApp
14.2. Requisiti hardware e software
14.3. Attivazione della WebApp
14.4. Assistenza tecnica (TicketSystem)

BIBLIOGRAFIA, RIFERIMENTI NORMATIVI E SITOGRAFIA
BIBLIOGRAFIA
RIFERIMENTI NORMATIVI
SITOGRAFIA

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