I sistemi di rinforzo strutturale Ruregold

con i materiali compositi FRCM

Nei sistemi di rinforzo Ruregold vengono impiegati due diversi tipi di fibre, carbonio e PBO (poli-parafenilenben-zobisoxazolo), entrambi materiali sintetici che presentano proprietà meccaniche ad alte prestazioni in grado di assorbire gli sforzi generati dai sovraccarichi e dagli eventi eccezionali, quali i terremoti. Le fibre di PBO, impiegate per i sistemi FRCM, rispetto a quelle in carbonio, hanno una resistenza a trazione superiore del 20% e un modulo elastico maggiore del 15%.

I sistemi di rinforzo strutturale FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) sono costituiti dall’accoppiamento di una fibra lunga a elevate prestazioni e di una matrice inorganica impiegata con la funzione di adesivo, che sostituisce quindi le resine epossidiche dei sistemi FRP tradizionali.

Ruregold ha introdotto un’innovazione mondiale nel campo dei rinforzi strutturali brevettando diversi sistemi
di rinforzo FRCM, ciascuno dei quali è stato appositamente sviluppato per rispondere alle esigenze di rinforzo
strutturale delle diverse strutture esistenti: le strutture in calcestruzzo armato e le strutture in muratura.

Le malte speciali, differenziate nella formulazione per ciascun specifico sistema di rinforzo, assicurano un’efficace adesione sia alle fibre strutturali della rete sia ai materiali che costituiscono il sottofondo, garantendo un’elevata affidabilità del rinforzo strutturale.

I rinforzi compositi Ruregold impiegano fibre strutturali tessute con geometria specifica per garantire una maggiore versatilità d’impiego, ovvero una maggiore capacità di intercettare gli sforzi anche nelle situazioni di carico più complesse: pressoflessione dei pilastri, resistenza a taglio dei pannelli, flessione e taglio delle travi e azioni nel piano e fuori dal piano.

Vantaggi dei sistemi di rinforzo FRCM:

Applicazione su supporti umidi

Resistente al fuoco

Permeabilità al vapore

Matrice non nociva

Resistente alle alte temperature

Resistente ai cicli di gelo/disgelo

Facilità di posa

Eco

Compatibile con la muratura

Duttilità

Presidio passivo

Reversibile

FRCM: consolidamento antisismico

Le proprietà dei sistemi di rinforzo strutturale

L’intervento di rinforzo strutturale in zona sismica è finalizzato all’adeguamento della struttura all’intensità dell’azione sismica prevista. I materiali compositi sono particolarmente idonei allo scopo grazie alla loro resistenza, leggerezza e praticità di applicazione che si presta a interventi selettivi da localizzare nelle zone critiche della struttura.

La strategia dell’intervento di adeguamento sismico è indirizzata a eliminare tutti i meccanismi di collasso di tipo fragile dei singoli elementi costruttivi portanti e tutti i meccanismi di collasso di piano in corrispondenza degli orizzontamenti, oltre che al miglioramento della capacità deformativa globale della struttura.

Questo requisito si ottiene incrementando la duttilità delle cerniere plastiche nelle strutture in calcestruzzo armato e ottenendo un comportamento scatolare delle costruzioni in muratura portante per renderle più resistenti alle azioni orizzontali, eliminando le spinte ortogonali ai pannelli murari e collegando tra loro gli elementi portanti perpendicolari.

Di fondamentale importanza per l’efficacia e l’affidabilità dell’adeguamento sismico sono la capacità deformativa del singolo elemento rinforzato e la capacità di adesione del rinforzo alla struttura anche oltre la prima fessurazione del supporto, caratteristiche garantite da tutti i prodotti FRCM di Ruregold.

Applicazione dei rinforzi strutturali Ruregold a matrice inorganica

Preparazione del sottofondo

Il supporto deve essere privo di parti incoerenti, degradate e poco adese al sottofondo, e devono essere rimossi anche polvere e trattamenti superficiali. Eventuali irregolarità o difetti macroscopici della superficie dovranno essere compensate con malte da ripristino idonee alla natura del sottofondo sino a ristabilire la planarità del supporto. Eventuali spigoli dovranno essere arrotondati con un raggio di curvatura di 2 cm.

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FASI DI POSA
Preparazione della matrice cementizia inorganica

La matrice inorganica si prepara come una normale malta premiscelata, ovvero con la semplice aggiunta di acqua e mescolando senza interruzioni con una impastatrice o, per quantitativi limitati, in un secchio con l’impiego di un trapano a frusta per un tempo totale di almeno 4-5 minuti.

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FASI DI POSA
Messa in opera del sistema Ruregold

Il sottofondo deve essere bagnato a rifiuto senza veli d’acqua superficiali, applicare quindi il primo strato di matrice con uno spessore di circa 3-5 mm impiegando un frattazzo metallico liscio. Annegare la rete nella malta, esercitando con il frattazzo la pressione necessaria alla fuoriuscita della matrice dai fori della rete. Applicare il secondo strato di matrice inorganica con uno spessore tra 3 e 5 mm, in modo tale da coprire completamente la rete. Nei punti di giunzione prevedere una sovrapposizione di circa 30 cm.

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FASI DI POSA
Eventuale applicazione di un secondo strato del sistema

Qualora la progettazione abbia previsto più strati di rinforzo sovrapposti, procedere alla posa del secondo strato di rete e dell’ultimo strato di matrice inorganica procedendo sempre fresco su fresco.

Eventuale applicazione di un connettore in fibra
Per garantire che l’elemento rinforzato sia legato alla struttura portante è necessario inserire nel sistema dei connettori in fibre di PBO. Una volta realizzato un foro nella struttura portante occorre riempirlo con la specifica malta ed inserire il giunto. L’estremità libera va “sfiocchettata” ed annegata sullo strato superficiale della malta che ricopre la rete del rinforzo sempre con la specifica malta Ruregold.

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FASI DI POSA

Caratteristiche dei sistemi FRCM

Comportamento duttile dei sistemi FRCM

I sistemi di rinforzo FRCM presentano un legame costitutivo a trazione uniassiale differente rispetto a quello dei sistemi FRP con matrice organica. Infatti, il sistema FRP si configura in una posizione intermedia, in termini di comportamento, tra quello della matrice organica – tipicamente resina epossidica – e quello delle fibre di rinforzo, con caratteristiche di legame costitutivo elastico lineare. Mentre i sistemi FRCM, di maggiore innovazione rispetto ai consolidati sistemi FRP, presentano un legame costitutivo caratterizzato da una prima fase nella quale contribuisce il ruolo della malta/matrice inorganica, seguita da uno sviluppo fessurativo all’interno della matrice stessa e poi il residuale contributo della sola rete secca. Tale comportamento, evidenzia una pseudo duttilità degli FRCM rispetto ai sistemi FRP, che si manifesta in un vantaggio in termini di duttilità locale del materiale di rinforzo, applicato all’elemento strutturale oggetto di intervento. Tale duttilità locale avrà poi degli effetti positivi se declinata all’individuazione della duttilità globale di sistema, un approccio ricercato in tutti gli elementi strutturali che hanno necessità di dissipare energia, e disporre di capacità di deformazione in relazione alla presenza di condizioni gravose di carico, per esempio l’azione sismica.
Resistenza alle elevate temperature

I sistemi di rinforzo FRCM mantengono la loro efficacia rispetto al calcestruzzo non rinforzato fino alla temperatura di 550 °C. Come parametro significativo di questo comportamento è stata scelta la resistenza a flessione poiché, rispetto a quella a compressione, risulta molto più sensibile al degrado che avviene nel calcestruzzo per effetto del calore. Questo processo di degrado ha inizio a 130 °C e provoca un vistoso decadimento delle prestazioni meccaniche del calcestruzzo, come viene evidenziato nel primo grafico. In esso si rileva anche che il rinforzo strutturale Ruregold mantiene l’incremento di resistenza a flessione rispetto al calcestruzzo non rinforzato all’aumentare della temperatura di prova. Rispetto alla temperatura ambiente il rinforzo è in grado di contrastare completamente il fenomeno di decoesione tra inerti e pasta cementizia, che è la causa della perdita di resistenza del calcestruzzo non rinforzato.

CARICO MASSIMO (KN)

CLS NON RINFORZATO

RESISTENZA A FLESSIONE VARIAZIONE IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA

CLS RINFORZATO CON PBO-MESH
Transizione vetrosa

Il DT 200 R1 2013 (CNR) evidenzia che al crescere delle temperature le resine possidiche iniziano a trasformarsi dallo stato rigido a quello viscoso, con conseguente degrado delle prestazioni adesive e quindi meccaniche dei sistemi FRP. Inoltre, stabilisce che la temperatura di esercizio per cui il rinforzo è efficace, è quella che si ottiene diminuendo di 15 °C la temperatura di transizione vetrosa della resina (Tg) dichiarata dal produttore in scheda tecnica. Ad esempio, se la Tg dichiarata fosse di 50 °C, la temperatura massima di esercizio che garantisce l’efficacia del rinforzo FRP è di 35 °C.
Resistenza al fuoco

Il sistema FRCM di RureGold, sottoposto alle prove di reazione al fuoco secondo le normative europee vigenti UNI EN 13501-1 è stato certificato in classe A2 ovvero come materiale non combustibile, che non provoca fumi tossici e non forma gocce incandescenti potenzialmente molto pericolose per le persone durante l’incendio. Tutti i sistemi FRP, invece, sono classificati in classe “E” perchè impiegano un adesivo organico che contribuisce alla generazione e/o alla propagazione del fuoco e quindi necessitano di adeguata protezione.
Durabilità e umidità

I sistemi di rinforzo FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) mantengono le prestazioni dichiarate indipendentemente dall’umidità e dalla temperatura di esercizio, a differenza degli FRP che le garantiscono solo in condizioni termo-igrometriche standard (20 °C e 50% U.R.). A lato sono i risultati ottenuti da uno studio di durabilità eseguito presso il laboratorio ITC-CNR di S. Giuliano Milanese che, analogamente ad altre ricerche condotte presso prestigiose istituzioni nel mondo, quali il MIT di Boston e l’Università di Edimburgo, ha messo in evidenza la forte influenza delle condizioni ambientali sulle prestazioni meccaniche dei rinforzi strutturali FRP. Dalla sperimentazione emerge che nei sistemi FRP la presenza di umidità sulla superficie della struttura determina una variazione della tipologia di rottura che da "coesiva", ovvero nel supporto, diviene "adesiva", cioè all’interfaccia tra supporto e rinforzo. Si evidenzia, inoltre, che la prolungata esposizione all’umidità determina un progressivo peggioramento della resistenza meccanica a taglio e a flessione che, nell’intervallo 23÷40 °C, diviene sempre più rapido all’aumentare della temperatura.

CARICO MEDIO DI ROTTURA (N)

RESISTENZA A FLESSIONE FRCM IN FUNZIONE DI TEMPERATURA, UR E GIORNI DI ESPOSIZIONE

Documentazione tecnica

Guida ai materiali FRCM per il rinforzo delle strutture 7.46 MB 12923 downloads

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Guida ai rinforzi strutturali e antisismici 2.84 MB 10310 downloads

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Depliant_FRCM in fibra di PBO 2.84 MB 9920 downloads

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Quaderno tecnico | Rinforzi antisismici e consolidamenti strutturali 7.46 MB 16191 downloads

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Infrastrutture ferroviarie e stradali

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Rubbiano di Solignano, 12 ottobre 2020

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