Utilizzo di profili in FRP come elementi strutturali

Ecco alcuni utili consigli per una corretta progettazione con i profili pultrusi in FRP (Fiberglass reinforced polymers)

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M.M. Srl - 
Profili in FRP

Profili pultrusi in FRP: cosa sono

La M.M. srl, azienda friulana attiva dal 1977, ha dato un contributo importante alla crescita e allo sviluppo dei materiali compositi in Europa attraverso la produzione di grigliati in FRP (Fiberglass Reinforced Polymers), materiale meglio conosciuto come vetroresina, realizzati con tecnologia RTM (Resin Transfer Moulding), nonché di carpenterie di accesso ai macchinari costruite utilizzando profili pultrusi in FRP.

Pur trovando applicazione principalmente in ambito industriale grazie alle caratteristiche di resistenza alla corrosione, i prodotti in FRP stanno riscontrando sempre maggiore interesse in ambito civile come alternativa a materiali tradizionali anche nella forma di profili da utilizzare come elementi strutturali.

Il basso peso specifico del FPR (1800 kg/m3) rispetto a materiali tradizionali come l’acciaio e il calcestruzzo permette di ottenere profili leggeri, facili da movimentare e lavorare in cantiere anche con attrezzi standard quale un seghetto alternativo. Inoltre, l’elevato rapporto resistenza meccanica/peso li rende un’ottima scelta rispetto ai materiali tradizionali, dal momento che i valori della resistenza a trazione longitudinale (400 MPa in media) sono comparabili con quelli degli acciai da carpenteria (S275), con il vantaggio di essere molto più leggeri.

I profili in FRP: quali accortezze adottare nella progettazione

I profili in FRP presentano delle sezioni snelle analoghe a quelle dei profili in acciaio: ad esempio sezioni ad I (tipo IPE), a C (tipo UPN), tubolari quadre, rettangolari e tonde, angolari ed anche sezioni piene, prevalentemente rettangolari e tonde.

Vengono prodotti mediante il processo di pultrusione, che consiste nella trazione delle fibre (di vetro, carbonio) che vengono immerse in un bagno di resina (poliestere, vinilestere, epossidica) e successivamente sagomate all’interno di uno stampo per ottenere la sezione desiderata, in modo analogo a quanto avviene per i profili in acciaio nel processo di estrusione. Questo procedimento permette di ottenere sezioni di qualunque forma, oltre a quelle già precedentemente citate.

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Le fibre di vetro si sviluppano in modo continuo lungo la direzione longitudinale del profilo, annegate nella resina e avvolte da mat (tessuto composto da fili di fibra di vetro) e velo superficiale: questa direzione preferenziale delle fibre rende il materiale anisotropo e porta alla definizione delle caratteristiche di resistenza dei profili nella direzione longitudinale (direzione di sviluppo del profilo) e trasversale (direzione ortogonale allo sviluppo del profilo) in modo analogo a quanto avviene ad esempio per la progettazione delle strutture in legno.

Nell'immagine a sinistra, rinforzi in fibra di vetro avvolti dal mat

Le verifiche di resistenza normalmente sono ampiamente soddisfatte dai profili, ma la presenza di sezioni snelle, simili a quelle dell’acciaio, richiede ai progettisti di non trascurare le verifiche di stabilità globale, locale e flesso-torsionale degli elementi strutturali, che risultano quelle maggiormente penalizzanti.

La scelta del profilo da utilizzare è generalmente basata sulle verifiche di deformabilità, dal momento che il modulo elastico non ha valori molto elevati: ad esempio per una classe di resistenza E23 il valore minimo richiesto è 23 GPa.

Le connessioni fra profili strutturali FRP

Le connessioni fra i profili strutturali possono essere di tipo bullonato o incollato. Le prime risultano più rapide e semplici da eseguire, mentre le seconde richiedono maggiore attenzione e cura da parte della manodopera e particolari condizioni ambientali.

I collegamenti bullonati possono essere realizzati con piastre e/o angolari e bullonatura sia in acciaio che in FRP.

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Profili FRP - Giunto bullonato in acciaio

La progettazione delle giunzioni richiede maggiore accuratezza rispetto alla progettazione di una connessione in acciaio; infatti il comportamento anisotropo del materiale, che ai fini del calcolo si può considerare ortotropo, richiede che le verifiche vengano effettuate sia in direzione longitudinale (parallela alla direzione della fibratura), che in direzione trasversale (ortogonale alla direzione della fibratura), in analogia con quanto si effettua nella progettazione delle strutture in legno.

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M.M. Srl - Bulloneria in FRP

Progettare strutture in FRP: quali riferimenti normativi?

La progettazione delle strutture mediante profili in FRP può avvenire facendo riferimento al documento tecnico CNR-DT 205/2007Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione e il Controllo di Strutture realizzate con Profili Pultrusi di Materiale Composito Fibrorinforzato (FRP)”.

L’utilizzo di tale documento è concesso dalle Norme Tecniche del 2018 (Capitolo 12), dal momento che le stesse non contengono indicazioni relative alla progettazione di strutture mediante profili in FRP.

Il DT205/2007 è un documento ricco di informazioni ed è anche uno fra quelli utilizzati come riferimento nella stesura del “Prospect for new guidance in the design of FRP”, un documento steso a livello europeo con lo scopo di promuovere e giustificare la pubblicazione di un Eurocodice relativo alla progettazione con i materiali compositi.

La M.M. grazie al proprio ufficio tecnico è in grado di assistere il progettista che si approccia per la prima volta alla vetroresina, materiale relativamente nuovo rispetto a quelli tradizionali, mettendo al suo servizio la propria quarantennale esperienza nel settore fornendo tutte le indicazioni necessarie per una corretta progettazione.

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