In questo post ti parlo di come rinforzare a taglio una trave o un pilastro con materiali compositi in FRP. Scoprirai perchè quando progetti un rinforzo a flessione è necessario assicurarsi che anche la verifica a taglio sia soddisfatta.
Quando si progetta un intervento di rinforzo su una struttura esistente, non basta assicurarsi che la verifica a flessione sia soddisfatta. Quando si incrementa il momento resistente di un elemento strutturale, il passo successivo è eseguire la verifica a taglio e se necessario progettare un rinforzo a taglio.
Quando occorre rinforzare a taglio
Il rinforzo a taglio di una trave o di un pilastro è necessario quando il taglio sollecitante di calcolo è maggiore del taglio resistente.
La resistenza a taglio di un elemento in cemento armato va valutata considerando il contributo della biella compressa di calcestruzzo e dell’armatura trasversale a taglio (le staffe). La resistenza a taglio è data dal minimo dei due contributi e varia a seconda del valore che assegniamo all’angolo θ, ovvero l’angolo di inclinazione delle bielle compresse di calcestruzzo.
Il rinforzo a taglio eseguito con tessuti in FRP non fa altro che aggiungere alla resistenza a Taglio-Trazione delle staffe il contributo di resistenza dovuto alla presenza del rinforzo in FRP. In pratica rinforzare un elemento in cemento armato a taglio equivale ad incrementare la sua armatura trasversale. Di conseguenza il contributo della resistenza a taglio-trazione aumenterà.
Nel grafico che ti riporto qui sotto sono rappresentati i contributi della resistenza a taglio del calcestruzzo (curva rossa) e quello dell‘armatura trasversale (curva blu) in funzione dell’inclinazione della biella compressa di calcestruzzo. Per effetto del rinforzo a taglio con FRP, la curva del contributo a taglio-trazione traslerà verso l’alto subendo un incremento (curva verde). Trovi questo grafico nella nuova versione 5.0 di Ver.Sez.
Come per il rinforzo a flessione, anche per il rinforzo a taglio c’è un limite per l’incremento di resistenza massimo che puoi ottenere. Secondo il documento tecnico CNR-DT200 l’incremento della resistenza a taglio non può superare il 50% (par. 3.3.4).
Come si applica il rinforzo a taglio
Il rinforzo a taglio può essere applicato secondo due diverse configurazioni:
- configurazione ad U: viene utilizzata per le travi, in quanto non è possibile avvolgere completamente l’elemento per la presenza del solaio in cemento armato;
- configurazione in avvolgimento: viene utilizzata per i pilastri. Il tessuto avvolge completamente la sezione.
Inoltre il rinforzo a taglio può essere:
- discontinuo: vengono applicate delle strisce di tessuto di una certa larghezza e ad un certo passo fra gli assi delle strisce;
- continuo: il rinforzo a taglio è un tessuto continuo senza spazi fra una striscia e l’altra; le strisce di composito vengono applicate in adiacenza l’una all’altra.
Un altro parametro che contraddistingue il rinforzo a taglio è l’inclinazione delle strisce rispetto all’asse dell’elemento strutturale da rinforzare. Per le travi si può scegliere di adottare un rinforzo inclinato a 45° oppure a 90°.
Per i pilastri ti suggerisco di adottare un rinforzo con inclinazione pari a 90° rispetto all’asse del pilastro. L’azione tagliante dovuta all’azione sismica può avere verso positivo o negativo; di conseguenza un rinforzo inclinato funzionerebbe correttamente per un solo verso dell’azione sismica. Mettendo in opera il rinforzo a 90° funzionerà correttamente per entrambe le direzioni dell’azione sismica.
Un piccolo accorgimento: quando si applica il rinforzo a taglio la Normativa prescrive di smussare gli spigoli dell’elemento da rinforzare con un raggio di curvatura minimo pari ad almeno 2 cm. Questo accorgimento serve ad evitare la concentrazione di tensioni di trazione in corrispondenza dello spigolo con conseguente rottura del rinforzo.
Quando il rinforzo a taglio non serve a nulla
Se l’elemento che stai verificando ha bisogno di un rinforzo a taglio, voglio avvisarti: ci sono casi in cui il rinforzo a taglio con FRP diventa praticamente inefficace.
Ciò accade quando la crisi per taglio avviene per rottura della biella compressa di calcestruzzo. In tal caso infatti possiamo disporre tutte le strisce di FRP che vogliamo, ma il nostro intervento non darà nessun contributo alla resistenza a taglio dell’elemento perchè la rottura avverrà lato calcestruzzo.
Una situazione del genere può verificarsi per un elemento esistente che è dotato già di una discreta armatura a taglio. In tal caso il rinforzo in FRP può diventare inefficace. Ti propongo un esempio pratico calcolato con Ver.Sez.:
- Sezione 30×50; Cls fym = 24 N/mmq; Acciaio fyk = 380 N/mmq;
- Staffe phi 8/6 cm
- Livello di conoscenza LC3 – FC = 1
In un caso del genere, per qualsiasi valore dell’inclinazione delle bielle compresse, la resistenza a taglio sarà governata dalla biella compressa di calcestruzzo (curva rossa in figura). La resistenza a taglio è data dal minimo fra resistenza della biella compressa di cls (curva rossa) e del contributo delle staffe più il rinforzo in FRP (curva verde). Trovandosi la curva rossa sempre al di sotto della curva verde, il rinforzo praticamente è come se non ci fosse.
Ovviamente quello che ti ho mostrato è un caso limite. Solitamente le strutture esistenti non hanno una staffatura così fitta (passo 6 cm) soprattutto se sono abbastanza datate. Ma è comunque un caso possibile. Soprattutto se ti trovi a dover rinforzare una struttura esistente progettata con le NTC2008 per un incremento dei carichi accidentali in seguito ad un cambio di destinazione d’uso. In tal caso potresti ritrovarti nell’esempio visto sopra.
Dopo un rinforzo a flessione controlla il taglio: la conseguenza della Gerarchia delle Resistenze
Se progetti un rinforzo a flessione con FRP allora dovrai verificare che sia soddisfatta la verifica a taglio, anche se prima del rinforzo la verifica a taglio risultava già soddisfatta.
Ciò è una conseguenza diretta della Gerarchia delle Resistenze. Secondo la G.d.R. deve avvenire prima una rottura duttile (rottura per flessione) e solo dopo una rottura fragile (rottura per taglio). Ma se rinforzi a flessione, ciò potrebbe non accadere.
Pensa ad una trave che necessita di un rinforzo a flessione. Per effetto del rinforzo, la trave sarà in grado di resistere ad un carico distribuito maggiore. Ma tale carico distribuito che è in grado di sopportare come resistenza a flessione, genererà anche una sollecitazione a taglio maggiore della precedente. Di conseguenza l’incremento della sollecitazione a taglio può far andare in crisi l’elemento. Quindi se è vero che resisterà a flessione ad un carico maggiore, è anche vero che c’è il rischio che vada in crisi per taglio.
Per questo motivo se prima di un rinforzo a flessione l’elemento non necessita di un rinforzo a taglio, è molto probabile che ce ne sia bisogno dopo, come conseguenza del rinforzo a flessione. In sintesi: quando rinforzi a flessione, ricorda di controllare se c’è bisogno anche di un rinforzo a taglio.
Progetta e verifica il rinforzo a taglio con Ver.Sez.
Grazie a Ver.Sez. l’applicazione del blog per la verifica di sezioni in cemento armato, potrai progettare e verificare rinforzi a taglio in FRP per travi e pilastri. Progettare un rinforzo a taglio con Ver.Sez. è semplicissimo. Inserisci i dati geometrici della configurazione del rinforzo:
- spessore del tessuto;
- proprietà meccaniche del composito in FRP;
- larghezza delle strisce;
- passo delle strisce;
- inclinazione delle strisce rispetto all’asse della trave.
Potrai visualizzare il taglio resistente prima e dopo l’intervento di rinforzo. Potrai inoltre essere certo che tutte le limitazioni geometriche previste dalle istruzioni tecniche CNR-DT200 siano rispettate.
Avrai la possibilità di inserire manualmente l’inclinazione θ delle bielle compresse di calcestruzzo oppure di ricercare in automatico l’inclinazione ottimale per massimizzare il taglio resistente, grazie ad un apposito comando dedicato. Come per tutti gli altri moduli di Ver.Sez., anche per il rinforzo a taglio potrai stampare una dettagliata relazione tecnica in formato A4 con il riepilogo di tutti i termini, fattori e coefficienti che entrano in gioco nella verifica.
I moduli per il rinforzo a taglio e flessione con FRP sono disponibili a partire dalla versione 5.0 di Ver.Sez. Puoi scaricare l’ultima versione di Ver.Sez. cliccando sul tasto qui sotto:
Spero che quest’articolo ti sia stato utile. Mi auguro possa essere un riferimento la prossima volta che avrai la necessità di progettare un rinforzo a taglio in FRP. Se lo hai trovato utile, puoi consigliarlo ai tuoi colleghi su Linkedin o ai tuoi amici sul tuo social preferito. Clicca sui tasti di condivisione che trovi in fondo alla pagina.
Noi ci leggiamo al prossimo articolo. Buon rinforzo.
Marco