RINFORZO A TAGLIO DI PANNELLI IN MURARATURA MEDIANTE FRCM

La scelta di tale tecnica di intervento è dovuta essenzialmente al più basso carico che essa conferisce alle pareti, rispetto più comune tecnica realizzata in betoncino armato. La tecnica di consolidamento mediante intonaci armati in FRCM consiste nel realizzare, in aderenza alle superfici del paramento murario, due pareti di materiale a base di calce idraulica, armate con rete in fibre di vetro, basalto o carbonio ed in alcuni casi resa solidali tra di loro con fiocchi connettori. In tale situazione le due lastre oltre ad incrementare la resistenza a taglio delle pareti forniscono anche un confinamento parziale alla dilatazione trasversale dei paramenti (spanciamento).

dove :

a) Rete (griglia) a maglie quadrate bilanciata (0°, 90°) in fibra di vetro di qualità alcali-resistente (vetro A.R.), apprettata allo scopo di migliorare la capacità fisico-meccaniche di aggrappo ed ingranamento con la matrice (malta); in alternativa: rete (griglia) a maglie quadrate bilanciata (0°, 90°) in fibra di basalto, apprettata allo scopo di migliorare la capacità fisico-meccaniche di aggrappo ed ingranamento con la matrice (malta) ;

b) Fazzoletto in tessuto unidirezionale in fibre di acciaio ad alta resistenza di dimensioni 20×20 cm in corrispondenza del foto per l’alloggiamento del fiocco. L’ inghisaggio del fazzoletto in tessuto di acciaio sarà eseguito previa spalmatura di stucco epossidico. Propedeuticamente all’ esecuzione delle successive fasi procedere al taglio a misura del fiocco-connettore e all’impregnazione con stucco epossidico in pasta del tratto centrale del fiocco (di lunghezza pari allo spessore del muro) e spolvero di sabbia di quarzo fina e asciutta, al fine di ottenere un elemento impregnato e rigido. Il fiocco avrà lunghezza pari a 30 cm + spessore muro + 30 cm. La parte centrale impregnata in questa fase sarà di circa 2 cm più corta rispetto lo spessore del muro per permettere la corretta sagomatura (attondatura) delle fibre di acciaio in fase di apertura del fiocco;

c) Malta (matrice) premiscelata bicomponente ad elevata duttilità a base calce idraulica (NHL) ed ecopozzolana, bicomponente, rinforzata con l’aggiunta di fibre di vetro. Tale matrice è specificamente raccomandata per le strutture in muratura non recenti (storiche) per ottenere caratteristiche meccaniche, fisiche e chimiche compatibili con la “qualità” muraria originaria. Essa deve essere in grado di restituire un comportamento strutturale omogeneo della muratura risanata, evitando il rilascio di sali idrosolubili capaci di innescare pericolosi fenomeni espansivi con gli elementi lapidei originali alcali-reattivi.

d) Fiocco-connettore così realizzato avendo cura di lasciare il tratto rigido interno alla muratura e successiva impregnazione con stucco epossidica delle parti terminali sfioccate (apertura a raggera dei fili); Applicazione di un fazzoletto di tessuto in acciaio unidirezionale di dimensione 25 x 25 cm con stucco epossidico avendo cura di orientare i fili in direzione ortogonale rispetto quelli del tessuto analogo applicato precedentemente. Ricopertura con stucco epossidico. A stucco ancora fresco spaglio di sabbia di quarzo fine asciutta per ottimizzare i successivi strati di finitura (intonaco, pittura, ecc.).

MODALITA’ DI APPLICAZIONE

  1. Rimozione dell’intonaco esistente, depolverizzazione delle superfici di intaglio e lavaggio con acqua a bassa pressione in guisa di avere le superfici umide prima dell’esecuzione delle fasi successive.
  2. Foratura della parete per l’intero spessore (diametro foro non inferiore a 14 mm). Eseguire fori con interasse non superiore a 150 cm;.
  3. Applicazione di primo strato di malta cementizia per uno spessore di circa 6 mm. Al di sopra del suddetto strato sarà applicata, in sequenza continua la rete di cui alla successiva fase.
  4. Applicazione di rete a maglie quadrate bilanciata (0°, 90°) in fibra di vetro di qualità alcali-resistente (vetro A.R.), apprettata allo scopo di migliorare la capacità fisicomeccaniche di aggrappo ed ingranamento con la matrice (malta). La rete sarà applicata sull’intera area trattata avendo cura di far penetrare la malta già applicata all’interno delle maglie della rete. Posizionare la rete in modo da consentire il passaggio dei segnalini all’interno delle maglie della rete (senza intagliare la maglia)
  5. Applicazione di un secondo strato di malta cementizia bicomponente per uno spessore di circa 6 mm sulla intera superficie sulla quale è stata applicata la rete in fibra di vetro. Nell’applicare la malta si avrà cura di lasciare a vista una superficie di rete di dimensioni 20×20 cm (tasca) centrata rispetto ciascuno dei fori realizzati precedentemente
  6. Ad asciugamento degli strati di malta precedentemente applicati, applicazione di fazzoletto in tessuto unidirezionale in fibre di acciaio ad alta resistenza di dimensioni 20×20 cm in corrispondenza della tasca per l’alloggiamento del fiocco. L’ inghisaggio del fazzoletto in tessuto di acciaio sarà eseguito previa spalmatura di stucco epossidico. Primerizzazione del foro per il fissaggio delle polveri con scavolino. Spalmatura dell’interno del foro con stucco epossidico.
  7. Inserimento del fiocco avendo cura di lasciare il tratto rigido interno alla muratura e successiva impregnazione con stucco epossidica delle parti terminali sfioccate (apertura a raggera dei fili); Applicazione di un fazzoletto di tessuto in acciaio unidirezionale di dimensione 25 x 25 cm con stucco epossidico avendo cura di orientare i fili in direzione ortogonale rispetto quelli del tessuto analogo applicato precedentemente. Ricopertura con stucco epossidico. A stucco ancora fresco spaglio di sabbia di quarzo fine asciutta per ottimizzare i successivi strati di finitura (intonaco, pittura, ecc.).

CALCOLO CAPACITA’ TAGLIANTE

Per quanto concerne l’incremento di caratteristiche meccaniche dovuto all’applicazione di questa tecnica è stata utilizzata la procedura descritta nelle CNR DT 215  paragrafo 4.1.1 (scarica) dove la resistenza a taglio della parete rinforzata (Vt,R ) è calcolata come somma del contributo della muratura non rinforzata (Vt), valutato in accordo con la Normativa vigente per le pareti non rinforzate, e di quello del rinforzo (Vt,f ).

Vt,R =Vt+Vt,f

dove:

Vt,f=1/γRd nf∙tVf∙lf∙αt∙εfd∙Ef                   (approccio analitico)

Con :

  • γRd è il coefficiente parziale di sicurezza;
  • nt è il numero totale degli strati di rinforzo disposti sulle facce della parete;
  • tVf è lo spessore equivalente di uno strato di rete con fibre disposte in direzione parallela alla forza di taglio;
  • f è la dimensione del rinforzo misurata ortogonalmente alla forza di taglio, ed in ogni caso non
  • può essere superiore alla larghezza della parete l (dimensione misurata parallelamente alla forza di taglio).
  • αt è un coefficiente tiene conto della ridotta resistenza estensionale delle fibre quando sollecitate a taglio. In mancanza di comprovati risultati sperimentali, ad esso può essere assegnato il valore 0.80.
  • εfd è il valore di progetto di deformazione delle fibre
  • Ef è il modulo elastico delle fibre.

In presenza di rinforzo su un solo lato della parete, il contributo Vt,f deve essere ridotto almeno del 30% e devono essere applicati connettori che rendano solidale il rinforzo alla parete.

La CNR DT-215 propone anche una metodologia semplificata per il calcolo di Vt,R tramite coefficienti amplificativi, utilizzabili solo per spessori di muratura non superiori a 400 mm,

Vt,R=B∙t∙(1.5∙αCNR∙τ0d)/b∙√(1+σ0/(1.5∙αCNR∙τ0d))             (approccio semplificato)

In maniera semplificata, il calcolo della capacità della muratura rinforzata può essere effettuato incrementando forfettariamente, mediante opportuni coefficienti moltiplicativi, il parametro tensionale della resistenza media a taglio della muratura non rinforzata in assenza di tensioni normali. Tali coefficienti amplificativi, utilizzabili solo per spessori di muratura non superiori a 400 mm, nel caso di rinforzi disposti simmetricamente sull’intera superficie delle due facce delle pareti e soddisfacenti la limitazione σu,f tf ≥ qu,f , sono esposti nella Tabella seguente

Mentre la capacità a taglio della muratura non rinforzata (Vt), valutata in accordo con la Normativa vigente per le pareti non rinforzate è (NTC-circ.617-8.7.1.1):

Vt=B∙t∙(1.5∙τ0d)/p∙√(1+σ0/(1.5∙τ0d))

  • p coefficiente correttivo degli sforzi nella sezione, pari al valore massimo 1.5.

ESEMPIO DI CALCOLO

Si consideri un generico pannello di maschio delle dimensioni di 2 metri di Base , 2,35 m di Altezza e 0,6 m di spessore in muratura di tufo a conci regolari con un livello di conoscenza LC1. Tramite le formule di Normativa NTC2018 e relativa Circolare è possibile costruire il dominio di rottura relativo ai meccanismi di crisi di pressoflessione, taglio fessurazione diagonale e taglio scorrimento, note le sollecitazioni agenti è possibile effettuare la verifica del pannello relativamente ai meccanismi considerati.

Dalle verifiche effettuate, come si evince dal grafico sottostante, il pannello non risulta verificato, inoltre per le caratteristiche del pannello il primo meccanismo ad attivarsi è il taglio fessurazione diagonale.

Si interviene applicando su entrambe le facce del pannello un sistema di rinforzo FRCM i vetro che ha tensione limite convenzionale  εlim,conv=  1800 MPa e spessore della rete f t = 0.025 mm, bilanciato con fibre in direzione verticale ed orizzontale della parete, che la ricopre interamente ( ℓf = B ).

Ai fini del progetto del rinforzo a taglio si considera l’area delle fibre disposte parallelamente alla forza di taglio; in ogni caso, per garantire l’efficacia di tale rinforzo, anche a seguito di fessurazione, è consigliabile prevedere anche fibre disposte ortogonalmente.

E’ possibile determinare in forma analitica l’incremento di capacità a taglio ottenuto dal pannello per mezzo del rinforzo applicato, in questo caso visto lo spessore superiore ai 400 mm non sarà possibile utilizzare la procedura semplificata, tale incremento va sommata alla resistenza di base del pannello calcolato dalla formulazione proposta da Turnsek-Cacovic e riportato in circolare.

(1)  Vt=B∙t∙(1.5∙τ0d)/p∙√(1+σ0/(1.5∙τ0d)) = 180.57 kN (contributo del pannello)

(2) Vt,f=1/γRd ∙ nf∙tVf∙lf∙αt∙εfd∙E= 57,6 kN  (contributo sistema FRCM)

Il valore della capacità a taglio della parete rinforzata vale

Vt,R =Vt+Vt,f = 180.57 + 57.6 = 238.17 kN

E’ possibile, uguagliando i due approcci, ricavare il coefficiente moltiplicativo da utilizzare per incrementare la caratteristica meccanica tagliante del pannello:

Vt,R (semplificato)=Vt,R (analitico)  ⇒ αCNR  = 1.7

In questo modo è possibile definire il moltiplicatore della resistenza tagliante da inserire in un eventuale software di calcolo per la verifica globale dell’edificio

CONCLUSIONI

L’applicazione di rinforzi in FRCM su pareti in muratura rappresenta uno tra i sistemi di rinforzo più diffusi sul territorio ischitano soprattutto a seguito del terremoto del 2017, questo sistema rappresenta una soluzione migliore rispetto all’equivalente tradizionale in betoncino armato ,in quanto i ridotti spessori permettono di non incrementare la rigidezza delle pareti oggetto di intervento evitando di stravolgere il comportamento strutturale dell’edificio. Quella descritta rappresenta sicuramente una valida tecnica di rinforzo dei pannelli murari, è opportuno però effettuare un adeguato dimensionamento degli spessori e della tipologia di rete in quanto l’intervento potrebbe non essere efficace, inoltre se il meccanismo di collasso del pannello non è quello tagliante per fessurazione diagonale è necessario utilizzare ulteriori tecniche o accorgimenti volti ad incrementare le resistenze relative a suddetti meccanismi (vedi norma).
Di seguito alcuni link di riferimento ed un file excel che permette di valutare la resistenza a taglio dei singoli pannelli in funzione dello sforzo normale applicato.

LINK UTILI

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