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Come applicare il software JOINT FRP per il rinforzo di nodi trave-pilastro in c.a: esempi di calcolo

Questo contributo riporta due esempi di calcolo del rinforzo in FRP di nodi trave-pilastro in c.a svolti utilizzando il software JOINT FRP. Il progetto del rinforzo è stato effettuato sia in ottica di rinforzo locale, sia in ottica di miglioramento sismico valutando l’efficacia del rinforzo in termini di incremento di sicurezza e salto di classe di rischio.

Particolare attenzione è rivolta al calcolo del numero di ancoraggi utili per evitare la delaminazione d’estremità e garantire una applicazione dal solo esterno.


Illustrati due esempi di calcolo per la progettazione di un rinforzo a taglio di un nodo trave-pilastro

In questo contributo vengono illustrati due esempi di calcolo relativi alla progettazione di un rinforzo a taglio di un nodo trave-pilastro in cemento armato (c.a.) con materiali compositi fibrorinforzati (FRP), impiegando le metodologie progettuali implementate nel software JOINT FRP (Del Vecchio et al. 2021b).


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JOINT FRP è il software ReLUIS per la progettazione di interventi con FRP per nodi trave-pilastro in c.a.

JOINT FRP è un semplice strumento di calcolo per supportare i progettisti nella definizione di sistemi di rinforzo di nodi trave-pilastro in c.a. con FRP. 

Il software permette di ottimizzare le risorse e l’impiego di materiali in funzione degli obiettivi prefissati e di includere nel progetto sistemi di ancoraggio innovativi che garantiscono l’applicabilità del rinforzo dal solo esterno. Può essere impiegato nella progettazione di interventi locali o di miglioramento ed è stato validato attraverso prove sperimentali su telai multipiano in scala reale. Un’ampia descrizione delle metodologie implementate e del funzionamento del software si può leggere qui.

A titolo meramente esemplificativo è stato scelto di analizzare un nodo d’angolo non confinato estratto da un edificio esistente in c.a. progettato alla fine degli anni ’70 e danneggiato dal sisma di L’Aquila 2009.

Il telaio più danneggiato di questo edificio è stato riprodotto fedelmente nel laboratorio per prove in scala reale DiST-CeSMA dell’Università degli Studi di Napoli Federico II e testato nella configurazione originale (“as-built”) e rinforzato con FRP per validare l’applicazione e gli approcci progettuali di seguito illustrati. Maggiori dettagli sulle attività sperimentali e sull’analisi dei risultati delle prove sono riportati in Del Vecchio et al. (2021a). 

Gli esempi di calcolo di seguito analizzati fanno riferimento alla soluzione progettuale che prevede l’applicazione del rinforzo del nodo d’angolo dal solo esterno attraverso l’impiego di ancoraggi meccanici (fiocchi in FRP) che, opportunamente progettati, permettono di evitare la demolizione di porzioni di tamponature.

Ciò al fine di minimizzare il disturbo agli occupanti e favorire una larga diffusione di interventi di mitigazione del rischio, sfruttando le detrazioni fiscali connesse al SISMABONUS e SUPERBONUS. Il progetto del rinforzo viene di seguito sviluppato impiegando sia un approccio progettuale di tipo “Rinforzo Locale”, sia un approccio di progettazione mirato al miglioramento sismico, impiegando le sollecitazioni provenienti da una analisi globale, denominato nel software “Basato su valori scelti delle sollecitazioni”.

 

Progetto intervento locale

L’esempio di calcolo descritto in questo paragrafo è stato svolto utilizzando come strategia progettuale quella del “Rinforzo locale” ai sensi §8.4.1 delle NTC (MIT 2018). Tale procedura può essere attivata spuntando l’opzione “Rinforzo locale” nella sezione 1 del software JOINT FRP. Come riferimento è stato selezionato il telaio in c.a. multipiano utilizzato per la validazione sperimentale del sistema di rinforzo applicabile dal solo esterno (Del Vecchio et al. 2021).

Note le dimensioni degli elementi trave e pilastro, ed i relativi dettagli delle armature, nonché le proprietà meccaniche dei materiali acciaio e calcestruzzo è stato possibile valutare la resistenza del nodo e confrontarla con l’azione sollecitante. Si ricorda, tuttavia, che la conoscenza dei dettagli di armatura di travi e pilastri convergenti nel nodo non è obbligatoria al fine di procedere con il progetto di intervento di rinforzo locale, ma è necessaria al solo fine di calcolare la massima domanda attingibile nel nodo stesso.

Alla luce di tali dati, senza che vi sia la necessità di dover effettuare un’analisi globale dell’intera struttura, di cui il nodo fa parte, è stato possibile procedere alla verifica a taglio-trazione secondo NTC2018 e al progetto del rinforzo in FRP. Tale approccio permette, dunque, di effettuare rinforzi locali secondo quanto definito in §8.4.1 delle NTC2018.

 

Caratteristiche del nodo

Il nodo selezionato per questo esempio di calcolo è un nodo d’angolo non confinato (cerchiato in rosso in Figura 1) appartenente ad un telaio a due piani e ad una campata utilizzato per la validazione sperimentale del sistema di rinforzo in FRP. Il telaio è stato estratto da un edificio esistente, sito in L’Aquila, le cui caratteristiche sono descritte al capitolo successivo.

 

Dati geometrici del nodo da rinforzare e del telaio oggetto di validazione sperimentale

FIGURA1: Dati geometrici del nodo da rinforzare e del telaio oggetto di validazione sperimentale.

 

Il calcestruzzo utilizzato per riprodurre il telaio presenta una resistenza cilindrica media a compressione, fcm, pari a 18.84 MPa (in accordo con quella dell’edificio valutata attraverso prove in-situ). Le barre d’armatura ad aderenza migliorata presentano una tensione media di snervamento, fym, pari a 535.32 MPa. Il fattore di confidenza, FC, assunto è pari a 1 (LC3).

I dettagli costruttivi della trave e dei pilastri convergenti nel nodo oggetto di verifica sono riportati in Figura 1. Si specifica che non è presente armatura trasversale all’interno del pannello di nodo.

Oltre a questi dati e alle proprietà meccaniche dei materiali è necessario conoscere solo lo sforzo normale agente nei pilastri convergenti nel nodo. Tale sforzo normale, può essere ricavato attraverso una distribuzione dei carichi del solaio per aree di influenza, senza dover ricorrere all’analisi globale dell’intera struttura. In questo esempio lo sforzo normale agente alla base del pilastro superiore del nodo di interesse è di 300 kN, ed è stato calcolato facendo riferimento all’edificio da cui il telaio in esame è stato estrapolato.

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