In questo articolo vedremo nel dettaglio una tecnica molto utile per aumentare l’efficacia di un intervento di rinforzo su pilastri esistenti realizzati in cemento armato mediante il confinamento dell’elemento strutturale con fasciature in tessuti fibro-rinforzati (FRP). Nel corso dell’articolo potrai scaricare un’utile risorsa che ti permetterà di quantificare numericamente l’incremento della capacità portante a compressione del pilastro dopo l’intervento di rinforzo.
All fine dell’articolo potrai inoltre scaricare gratuitamente il Focus Normativo PDF contenente tutte le prescrizioni tecniche sull’argomento. Buona lettura!
Scarica Ver.Sez. (xls di Microsoft Excel) – l’app per il calcolo del rinforzo dei pilastri mediante confinamento
Ver.Sez. è l’app per il calcolo dell’intervento di rinforzo a compressione di pilastri in calcestruzzo armato mediante applicazione di fasciature di confinamento in FRP (tessuti in polimeri fibro-rinforzati) implementata in Microsoft Excel. Puoi scaricare la versione gratuita dell’app compilando i campi qui sotto. Riceverai all’istante una mail contenente il link per eseguire il download.
Confinamento in FRP: come aumenta la resistenza a compressione
L’intervento di confinamento in FRP dei pilastri si rende necessario quando bisogna aumentare la resistenza a compressione 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 dell’entità dei carichi accidentali da 2 a 5 kN/mq, come prescritto dalle NTC2018);
- edificio realizzato con calcestruzzo di scarsa qualità;
- realizzazione di una sopraelevazione su fabbricato esistente.
Una delle tecniche più utilizzate per rinforzare un pilastro ed aumentare la sua resistenza a compressione è quella di confinarlo avvolgendo delle fasce in tessuto FRP (polimeri fibro-rinforzati) messe in opera con l’utilizzo di apposite resine.
La tecnica del confinamento funziona sfruttando l’effetto Poisson. Il confinamento contrasta le deformazioni laterali dell’elemento confinato, incrementando di conseguenza la resistenza a compressione e quindi lo sforzo normale resistente.
Confinamento dei pilastri in cemento armato: un semplice esperimento
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.
Immagina 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 immagina di prendere un altro cilindro di plastilina e di avvolgerlo con un foglio di carta, fissandolo con del nastro adesivo. 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.
Guarda il video sul confinamento dei pilastri in calcestruzzo armato
Quando si confina un pilastro in calcestruzzo armato accade esattamente la stessa cosa vista nell’esperimento precedente. 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 a compressione 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.
Nel video seguente puoi vedere una spiegazione più rigorosa dell’effetto del confinamento dei pilastri. Troverai anche un’animazione che mostra la costruzione grafica del cerchio di Mohr per valutare l’incremento di resistenza a compressione. Clicca sul tasto play per guardare il video. Buona visione!
Rinforzo dei pilastri in cemento armato: l’area efficacemente confinata
Ma qual è il comportamento dell’elemento strutturale dopo la messa in opera delle fasce di confinamento in FRP? Per una classica sezione rettangolare, il calcestruzzo efficacemente confinato è rappresentato nella figura sottostante dall’area evidenziata in grigio.
Per la corretta messa in opera del sistema, gli spigoli della sezione dovranno essere smussati, in modo da risultare arrotondati con un raggio di curvatura adeguato, pari ad almeno 2 cm secondo il CNR-DT 200 R1/2013, per evitare che il tessuto in FRP si danneggi a causa di un’elevata concentrazione degli sforzi in corrispondenza degli spigoli.
Come si vede in figura, per una sezione rettangolare le tensioni di confinamento non interessano l’intera sezione di calcestruzzo, ma parti di essa non risentono della presenza del confinamento.
Ben diversa è invece la situazione per una sezione circolare confinata. In questo caso tutto il calcestruzzo della sezione risentirà delle tensioni di confinamento e l’incremento della resistenza a compressione sarà massimo.
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.
Confinamento di sezioni rettangolari: come incrementare l’efficacia del confinamento
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 quello mostrato nella figura seguente:
La forma ellittica della sezione garantisce che le tensioni di confinamento interessino tutta l’area della sezione. All’interno dell’app Ver.Sez. che puoi scaricare alla fine dell’articolo potrai progettare l’intervento di rinforzo per una sezione rettangolare modificata in ellittica e visualizzare il grafico dell’andamento della pressione di confinamento lungo il perimetro dell’ellisse. Mentre per una sezione circolare la pressione di confinamento è costante lungo il perimetro della sezione, per una sezione ellittica si avranno dei picchi di pressione dove la curvatura è maggiore, quindi in corrispondenza dei lati corti della sezione. Puoi vedere nell’immagine seguente una schermata estratta dall’app Ver.Sez.
Rinforzo pilastri in cemento armato: le prescrizioni della Normativa Tecnica [CNR-DT 200 R1/2013]
La Normativa tecnica di riferimento per il confinamento con tessuti in FRP è il documento tecnico CNR-DT 200 R1/2013. Trovi l’estratto relativo all’intervento di confinamento nel Focus Normativo PDF che puoi scaricare alla fine dell’articolo.
Secondo il DT200/2013 non va considerato l’effetto del confinamento per sezioni rettangolari che presentano le seguenti caratteristiche:
- rapporto fra i lati b/h > 2 (quindi ad esempio per una sezione 80×30 non sarà possibile applicare il confinamento a meno che la sezione non venga modificata in ellittica);
- uno dei lati supera i 90 cm di lunghezza.
Per una sezione troppo allungata (rapporto fra i lati b/h > 2) l’efficacia del confinamento sarebbe praticamente nulla e l’area effettivamente confinata sarebbe troppo piccola. A questa limitazioni si può ovviare con la tecnica vista sopra, ovvero modificando la forma della sezione da rettangolare ad ellittica, incrementando in tal modo l’efficacia del confinamento.
Scarica Ver.Sez. l’app per il progetto e verifica del confinamento in FRP per i pilastri in calcestruzzo armato
Grazie a Ver.Sez. l’applicazione del blog per il progetto e verifica di sezioni in calcestruzzo armato potrai :
- calcolare l’incremento di capacità portante del pilastro confinato con sezione modificata da rettangolare ad 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 un conseguente 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.
Compila i campi qui sotto per eseguire il download. Riceverai all’istante una mail contenente il link per scaricare la risorsa.
Scarica il Focus Normativo PDF sul confinamento in FRP
Tutte le prescrizioni della Circolare 2019 e del CNR-DT 200 R1/2013 riguardanti il confinamento dei pilastri mediante fasciature in FRP raccolte in unico documento PDF scaricabile gratuitamente. Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante un’email contenente il link per eseguire il download.
Conclusioni
Il rinforzo dei pilastri in cemento armato mediante l’applicazione di fasciature di confinamento in FRP dipende dalla forma della sezione (rapporto fra i lati) e da alcuni accorgimenti nella messa in opera, come la smussatura degli spigoli per garantire la diffusione delle tensioni di confinamento all’interno della sezione.
Spero che quest’articolo e le risorse allegate ti siano state d’aiuto per comprendere come funziona il rinforzo a compressione dei pilastri mediante fasciature in FRP. Se hai domande o osservazioni da fare ti invito a lasciare un commento qui sotto. Per suggerire quest’articolo e le risorse allegate ad un tuo collega su Linkedin o ad un tuo amico su Facebook clicca sui tasti di condivisione social in fondo alla pagina.
Al prossimo articolo.
Marco
Ultimo aggiornamento: 18/11/2022, pubblicato il 2/11/2015.
