La sicurezza strutturale nell'edilizia

La sicurezza strutturale nell'edilizia rappresenta un argomento di grande attualità per il quale sempre maggiori risorse vengono impiegate, specialmente nel rinforzo di struttura esistenti.

La vulnerabilità sismica degli edifici, in particolare, è un argomento molto discusso, soprattutto negli ultimi decenni, a seguito degli eventi sismici che hanno colpito un patrimonio edilizio ormai vetusto.

Gran parte delle strutture esistenti sono state realizzate in anni in cui le norme tecniche di costruzione non contemplavano correttamente le sollecitazioni orizzontali legate alle forze inerziali sismiche. Proprio per questo motivo, seppur originariamente progettate e realizzate “a norma”, molte di queste strutture hanno subìto notevoli danni durante i successivi eventi sismici.

Il tema del rinforzo di strutture esistenti non è tuttavia legato esclusivamente a problemi derivanti ad eventi sismici. Le strutture possono infatti essere soggette a differenti problematiche come:

-          degrado dei materiali che costituiscono la struttura (corrosione delle barre di armatura, calcestruzzo ammalorato, degrado della muratura, ecc);

-          cambio di destinazione d’uso con conseguente modifica dei carichi agenti o dell’assetto strutturale.

-          Semplice incremento dei carichi agenti

-          altri eventi imprevedibili come ad esempio incendi, dissesti idrogeologici, impatti ecc;

-          cedimenti del terreno

IL CALCESTRUZZO ARMATO

A seguito degli eventi sismici che hanno colpito l'Italia e molti altri paesi nel mondo negli ultimi decenni, nelle strutture in calcestruzzo armato si è potuto notare il ripetersi di alcuni meccanismi di collasso o danneggiamento "tipici", il cui innesco può essere limitato o eliminato mediante differenti tecniche di rinforzo.  In funzione al risultato che si vuole ottenere, possono essere progettati diversi interventi di rinforzo:

A. Incremento di resistenza e/o rigidezza mediante l'inserimento di un telaio esterno, di sistemi di controvento o di setti in c.a.;

B. Incremento di resistenza e/o di rigidezza mediante ringrosso di pilastri con c.a. o calastrellatura metallica;

C. Incremento della capacità deformativa e della duttilità della struttura mediante fasciatura in FRP o incamiciatura con calcestruzzi fibrati ad alta prestazione.

Gli interventi al punto C. risultano vantaggiosi perchè permettono di migliorare la capacità deformativa globale della struttura intervenendo però localmente, conferendo ai singoli elementi una maggiore duttilità oppure correggendo la gerarchia delle resistenze, intervento tipico sopratutto nelle strutture progettate per i soli carichi verticali.

I sistemi FRP e HPC di seguito descritti permettono di raggiungere tali obiettivi con notevoli vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali in termini di costi e tempi di realizzazione, facilità di messa in opera, riduzione degli spazi interni fruibili, durabilità e sopratutto ridotta influenza sull'incremento delle masse e rigidezze globali originarie.

FRP SYSTEM

I Fiber Reinforced Polymers, comunemente denominati FRP o materiali fibro rinforzati a matrice polimerica, costituiscono una vasta gamma di materiali compositi costituiti da una matrice polimerica di natura organica (resina epossidica) con la quale viene impregnato un rinforzo in fibra lunga e continua di elevate proprietà meccaniche.

I materiali compositi FRP sono materiali costituiti da due distinti elementi, fibre e matrice, con due differenti funzioni: le fibre si occupano di sopportare le sollecitazioni mentre la matrice ha il compito di trasferire le sollecitazioni dall’elemento da rinforzare alle fibre di rinforzo.

L’utilizzo degli FRP è oggigiorno affermato nel campo dell’edilizia ed in particolar modo nel campo del rinforzo strutturale di strutture esistenti. Gli FRP  hanno un consolidato utilizzo nel campo dell’ingegneria aeronautica, navale e meccanica.

Tale diffusione, iniziata alla fine degli anni ’80, si è sempre più ampliata grazie alla continua sperimentazione scientifica, all’affinamento delle modalità di applicazione con la messa in opera sul campo e allo sviluppo di un comparto normativo sempre più completo. 

In realtà, data la loro diffusione, gli FRP non dovrebbero più essere definiti una tecnica di rinforzo “innovativa” ma rientrare nel campo dei “comuni” interventi di rinforzo strutturale, soprattutto in ambito di adeguamento sismico.

Gli FRP rappresentano un miglioramento rispetto a più tradizionali tecniche esistenti come ad esempio:

• elevata resistenza chimica e durabilità nel tempo

• incremento delle resistenze meccaniche degli elementi rinforzati senza incrementare la massa e la rigidezza della struttura. Questo fattore è di fondamentale importanza sopratutto nei rinforzi in campo sismico

• spessori di applicazione esigui che a differenza dei tradizionali sistemi di rinforzo (ringrossi di sezione, travi rompi-tratta, beton plaquè, ecc) non modificano l'aspetto estetico della struttura, non portando ad alcuna variazione della geometria originale

• aumento della duttilità della struttura

• velocità e semplicità dell'intervento

• reversibilità dell'intervento

Gli FRP ad esempio possono sostituire il tradizionale intervento di placcaggio con piatti di acciaio di strutture inflesse: la sostituzione di piastre in acciaio (pesanti, soggette a rapida corrosione e necessariamente da bullonare alla struttura) con fogli di tessuto FRP rappresenta un avanzamento tecnologico che permette di eliminare il problema della corrosione, semplificare le operazioni di posa, ridurre i tempi di intervento e non modificare le dimensioni dell'elemento rinforzato.

Contrariamente a quanto si potrebbe pensare i sistemi FRP risultano vantaggiosi anche dal punto di vista economico. Grazie alla loro estrema leggerezza vengono messi in opera senza l'ausilio di particolari attrezzature e macchinari, da un numero limitato di operatori, in tempi estremamente brevi e spesso senza che risulti necessario interrompere l'esercizio della struttura. Di conseguenza, l'applicazione di questi sistemi permette di ridurre i tempi di applicazione e le attrezzature necessarie per l'intervento.