Placcatura e fasciatura in materiali compositi FRP: quando e come impiegarle

Gli FRP (Fiber Reinforced Polimers), ovvero i polimeri fibro-rinforzati, costituiscono una vasta gamma di materiali compositi FRP che si distinguono per le loro proprietà meccaniche. Essi possono essere lavorati in lamine, barre e tessuti.

Quest’ultimi sono quelli più utilizzati per il rinforzo sismico delle strutture in c.a., in cui tipicamente si impiegano tessuti con fibre di carbonio, aramide, vetro e basalto.

Le fibre possono avere orditura:

• monoassiale: unica direzione delle fibre lungo lo sviluppo della lunghez­za del rotolo, tenute insieme da una trama trasversale priva di funzione strutturale;
• biassiale: tessitura ortogonale bilanciata (stessa percentuale di fibre nelle due direzioni);
• multiassiale: le fibre presentano vari orientamenti nelle varie direzioni del piano e possono variare l’orientamento.

L’impiego di materiali fibro-rinforzati, compositi FRP, oggi è molto diffuso in quanto presenta i seguenti vantaggi:

• resistenza a sforzi di trazione superiori a quelli sopportati dalle barre di armatura in acciaio da cemento armato;
• peso proprio molto ridotto (densità pari circa ad un quarto di quella dell’acciaio);
• facile lavorabilità;
• spessore minimo che non altera sostanzialmente le dimensioni degli elementi strutturali (dunque la rigidezza rimane invariata);
• assenza di corrosione (quindi soluzione ottimale in ambiente aggressivo).

Questi materiali possono essere impiegati nel rinforzo di elementi in c.a. per:

• aumentare la resistenza a taglio di pilastri, travi, nodi trave-pilastro e delle pareti mediante l’applicazione di fasce aventi le fibre disposte secondo la direzione dell’armatura trasversale (staffe);
• aumentare la resistenza (flessionale) nelle estremità di travi e pilastri mediante l’applicazione di fasce con le fibre disposte secondo la direzione delle barre longitudinali, opportunamente ancorate;
• aumentare la duttilità di travi e pilastri grazie al confinamento passivo offerto dalle fasce con fibre disposte secondo la direzione delle staffe.

Nelle seguenti figure sono raffigurati alcuni esempi di fasciatura con compositi FRP di un nodo d’angolo (Figura 1), di un nodo interno (Figura 2a) e di un pilastro (Figura 2b).

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Materiali compositi FRP. Come avviene la messa in opera?

Per la messa in opera di questi sistemi è necessario seguire la seguente procedura che prevede:

• rimozione dell’intonaco (dove presente) e dello strato superficiale, tramite apposito strumento meccanico, per tutta la superficie di intervento;
• pulitura da polveri e residui;
• arrotondamento degli spigoli vivi della sezione di calcestruzzo, nelle zone in cui viene applicato il rivestimento;
• applicazione di un primer epossidico (quando specificato dal produttore), per migliorare l’adesione del tessuto in FRP al supporto, nelle zone interessate dall’intervento;
• applicazione di una stuccatura epossidica per eliminare le imperfezioni superficiali e rendere omogeneo il piano di posa (quando specificato dal produttore);
• applicazione del primo strato adesivo epossidico (da applicare su stucco fresco, se presente);
• stesura delle fasce già tagliate e predisposte a piè d’opera, cercando di stendere bene il tessuto con guanti di gomma impermeabili, evitando piegature (può essere utile l’impiego di un rullo per favorire sia la stesura che la penetrazione dell’adesivo;
• applicazione di un secondo strato adesivo epossidico, avendo cura di ricoprire l’intera fasciatura;
• passaggio con rullo metallico per evitare la formazione di bolle.

Per l’applicazione di strati successivi bisogna rispettare una sovrapposizione di 15-20 cm e ripetere le ultime quattro fasi.

Si nota anche come, negli interventi che hanno come obiettivo l’aumento della capacità flessionale dei pilastri, si possano impiegare profili angolari ad L alla base del manufatto per meglio assicurare l’efficace ancoraggio delle fibre, operazione importante per garantire la corretta trasmissione degli sforzi flessionali.

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L’uso dei compositi FRP risulta efficace?

L’impiego di materiali compositi per il rinforzo di strutture esistenti in c.a. è stato validato attraverso numerose prove sperimentali eseguite in labo­ratorio su edifici a scala a reale. A tal proposito si possono citare i lavori svolti nell’ambito dei progetti ICONS (Prota et al., 2004) e SPEAR (Di Ludovico et al., 2007) che hanno previsto per le rispettive strutture esaminate prove pseudo-dinamiche pre- e post-intervento svolte entrambe presso il laborato­rio ELSA del JRC di Ispra.

In Figura 3 sono rappresentate alcune viste di dettaglio del telaio SPE­AR rinforzato con FRP, mentre nella Tabella 1 si riporta un confronto dei risultati sperimentali per il medesimo edificio che dimostrano la bontà dell’in­tervento, ossia un importante incremento della duttilità della struttura.

Inoltre, nell’ambito del progetto NEARB la medesima configurazione strutturale del progetto SPEAR è stata realizzata in scala ridotta (1:2), tam­ponata e testata su tavola vibrante presso la Fondazione Eucentre (Pavese et al., 2017; Bianchi et al, 2017). Come per i precedenti esempi, la struttura danneggiata è stata rinforzata con fasciature in FRP e testata nuovamente sotto azioni dinamiche.

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Il testo è tratto dal volume di Rui Pinho – Federica Bianchi – Roberto Nascimbene Valutazione sismica e tecniche di intervento per edifici esistenti in c.a.

Articolo originariamente pubblicato su Ingegneri.cc.

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