Confinamento in FRP: come aumentarne l’efficacia

FRP_Confined

 

In questo articolo voglio parlarti di una tecnica molto utile per migliorare l’efficacia di un intervento di rinforzo su pilastri esistenti in cemento armato mediante il confinamento dell’elemento strutturale con tessuti fibro-rinforzati (FRP). Alla fine dell’articolo condivido con te un’utile risorsa che ti permetterà di quantificare numericamente l’incremento della capacità portante del pilastro dopo l’intervento di rinforzo. Continua a leggere per scoprire come ciò sia possibile.

Gli interventi di confinamento in FRP dei pilastri si rendono necessari quando c’è bisogno di aumentare la capacità portante dei pilastri. I motivi che rendono necessario un tale intervento possono essere diversi:

  • Cambio di destinazione d’uso del fabbricato con conseguente incremento dei carichi agenti (per esempio da civile abitazione ad ambiente ad uso commerciale con conseguente aumento da 2 a 5 kN/mq per i carichi variabili)
  • Calcestruzzo di scarsa qualità
  • Interventi di rinforzo necessari per la realizzazione di una sopraelevazione su fabbricato esistente
  • Qualsiasi altro motivo che renda i pilastri nello stato in cui si trovano incapaci di resistere alle sollecitazioni di calcolo

Una delle tecniche utilizzate per rinforzare un pilastro ed aumentarne la sua resistenza a compressione è quella di confinarlo, avvolgendolo letteralmente per mezzo di fasce in FRP messe in opera con l’utilizzo di specifiche resine.

La tecnica del confinamento funziona sfruttando l’effetto Poisson. Il confinamento contrasta le deformazioni laterali dell’elemento confinato, incrementando di consegenza la resistenza verticale.

Per comprendere il fenomeno fisico che rende efficace l’intervento di confinamento puoi immaginare di eseguire questo semplice esperimento. Prendi un piccolo cilindro realizzato con della comune plastilina, come quelli nella foto in basso. La plastilina si presta perfettamente per questo esperimento.

Cilindro_PlastilinaImmagina di schiacciare con il palmo della mano il cilindro, applicando una forza in direzione verticale. Cosa succede? Il cilindretto si accorcerà e contemporaneamente si spancerà, cioè assumerà la forma di una botte, il diametro del cilindro aumenterà nella parte centrale.

Ora immaginiamo di prendere un altro cilindro di plastilina e di avvolgerlo con un foglio di carta, fissando il foglio con del nastro adesivo.

Se eseguiamo lo stesso esperimento su questo cilindro in plastilina modificato, comprenderemo subito la differenza. Stavolta se comprimiamo il cilindro di plastilina, occorrerà molta più forza per ottenere lo stesso abbassamento del cilindro precedente. Il foglio di carta impedirà al cilindro di spanciarsi, contenendo le deformazioni laterali della plastilina. Con un semplice foglio di carta avremo incrementato notevolmente la sua resistenza a compressione.

E’ esattamente la stessa cosa che accade quando si confina un pilastro in cemento armato.

Gli effetti principali che si ottengono per un pilastro confinato sono:

  • Incremento della resistenza del calcestruzzo: per un elemento strutturale confinato aumenta la tensione di resistenza del calcestruzzo e di conseguenza la capacità portante dell’elemento.
  • Aumento della duttilità: ovvero aumenta la deformazione ultima del calcestruzzo in corrispondenza della tensione di rottura del materiale.

Ma qual è il comportamento dell’elemento strutturale dopo la messa in opera di tale sistema? Per una classica sezione rettangolare, il calcestruzzo effettivamente confinato è rappresentato nella figura sottostante dall’area evidenziata in grigio. Gli spigoli della sezione vengono solitamente arrotondati con un raggio di curvatura adeguato (almeno 2 cm secondo il DT200/2004) per evitare che il tessuto in FRP si danneggi a causa di un’elevata concentrazione degli sforzi in corrispondenza degli spigoli. Ma come si vede in figura le tensioni di confinamento non interessano l’intera sezione di calcestruzzo, ma ci sono parti di essa che non risentono affatto della presenza del confinamento.

Area_Confinata_02

Ben diversa è invece la situazione per una sezione circolare confinata. In questo caso tutto il calcestruzzo della sezione risulta risentire delle tensioni di confinamento.

Sez_Circ_Area_Conf

Come puoi vedere dalla figura sopra, nel caso di sezione circolare, l’intera sezione risente delle tensioni di confinamento. Tutta l’area della sezione è evidenziata in grigio, non sono presenti parti di sezione che non risentono del confinamento. Ciò è dovuto alla forma della sezione.

La domanda è: come si può ottenere per una sezione rettangolare la stessa efficacia che si ha per una sezione circolare? 

Una possibile soluzione consiste nel modificare la forma della sezione da rettangolare ad ellittica. Il risultato sarà questo:

Sez_Ellittica

La forma ellittica della sezione garantisce che le tensioni di confinamento interessino tutta l’area della sezione. Nella risorsa gratuita che puoi scaricare alla fine dell’articolo (se sei iscritto alla newsletter avrai ricevuto il link via email per il download diretto) puoi vedere l’andamento della pressione di confinamento lungo il perimetro dell’ellisse. Mentre per una sezione circolare la pressione di confinamento è costante, per una sezione ellittica si avranno dei picchi di pressione dove la curvatura è maggiore, quindi in corrispondenza dei lati corti della sezione.

La Normativa tecnica di riferimento per il confinamento con FRP è il documento tecnico CNR-DT200/2004 che puoi scaricare a questo link. Il DT200/2004 dedica un apposito paragrafo all’intervento di confinamento.

Secondo il DT200/2004, non va considerato l’effetto del confinamento per sezioni rettangolari che presentano le seguenti caratteristiche:

  • rapporto fra i lati b/h > 2, quindi per una sezione 70×30 siamo ai limiti, mentre 80×30 siamo oltre.
  • uno dei lati supera i 90 cm di lunghezza.

La limitazione sul rapporto dei lati (b/h > 2) è dovuta al fatto che per una sezione troppo allungata l’efficacia del confinamento sarebbe praticamente nulla, l’area effettivamente confinata sarebbe troppo piccola.

A questa limitazioni si può ovviare con la tecnica vista sopra, ovvero modificando la forma della sezione e incrementando l’efficacia del confinamento.

[xls] Scarica la risorsa gratuita: Calcolo della resistenza di un pilastro confinato con FRP con sezione modificata in sezione ellittica

SS_Confinam_03

 

Se sei già iscritto alla newsletter di marcodepisapia.com hai ricevuto il link per il download della risorsa nell’email ricevuta al momento della pubblicazione dell’articolo. Se non sei ancora iscritto o non trovi la vecchia email clicca sul pulsante qui sotto e completa l’iscrizione. L’iscrizione è gratuita e ti consentirà di scaricare la risorsa in pochi secondi, insieme a tutte le altre risorse che distribuirò in futuro.

ButtonScaricaRisorsa

Ecco cosa puoi fare con questa risorsa:

  • Calcolare l’incremento di capacità portante del pilastro confinato con sezione modificata in sezione ellittica
  • Confrontare l’incremento di resistenza della sezione ellittica rispetto alla semplice sezione rettangolare confinata
  • Scegliere le dimensioni dell’ellisse da circoscrivere alla sezione rettangolare in modo da avere il minimo incremento di sezione e quindi un risparmio di materiale
  • Scegliere il raggio di curvatura dello spigolo della sezione rettangolare.
  • Visualizzare il grafico della pressione laterale lungo il perimetro dell’ellisse
  • Visualizzare i valori della pressione laterale massima, minima e media in funzione delle diverse dimensioni dell’ellisse

Non ti resta che cliccare sul bottone qui in basso e procedere al download.

ButtonScaricaRisorsa

Se hai domande o osservazioni da fare ti invito a lasciare un commento qui sotto. Per condividere l’articolo e la risorsa allegata con i tuoi amici e colleghi puoi cliccare sui tasti social in basso.

Al prossimo articolo.

Marco.