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Rinforzo di maschi murari con sistema FRCM

FRCM: sistema che accoppia una rete di fibre a una matrice inorganica. Applicato all’elemento strutturale gli conferisce un incremento della resistenza a taglio-trazione e pressoflessione. Gli FRCM sono un’ottima tecnica di rinforzo di strutture esistenti in muratura data l’affinità con il supporto.

Inquadramento normativo del sistema di rinforzo FRCM

I materiali Compositi Fibrorinforzati a Matrice Inorganica, più comunemente detti FRCM, costituiscono un sistema formato da una rete realizzata con fibre – come acciaio ad alta resistenza, carbonio, vetro, arammide, basalto – e una matrice inorganica (malta) a base di cemento o calce.

Il risultato è quindi una “malta rinforzata” che viene applicata all’elemento strutturale conferendo ad esso un incremento di resistenza a trazione, efficace per sopperire a carenze in termini di capacità di resistenza sia a taglio-trazione sia a pressoflessione. Gli spessori dell’FRCM vanno dai 15 ai 30 mm.

Il sistema FRCM viene identificato, qualificato, accettato in cantiere e progettato attraverso i seguenti documenti normativi di riferimento:

  • “Linea Guida per la identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice inorganica (FRCM) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti”, approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici – Servizio Tecnico Centrale.
  • “Linea Guida per la progettazione, l’esecuzione e la manutenzione di interventi di consolidamento strutturale mediante l’utilizzo di sistemi di rinforzo FRCM”, approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici – Servizio Tecnico Centrale.
  • CNR-DT 215/2018 “Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l’utilizzo di Compositi Fibrorinforzati a Matrice Inorganica” e successivi aggiornamenti.
    Gli ultimi due riportano contenuti sostanzialmente analoghi.

Il progettista, per definire i principi e le regole progettuali degli interventi con FRCM, potrà quindi far riferimento al CNR-DT 215/2018, quale documento tecnico di comprovata validità, nel rispetto delle disposizioni del D.M. 17.01.2018 Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni e della loro Circolare Applicativa n.7 del 21.01.2019.

Dal 30 giugno 2022 per i sistemi FRCM è introdotto l’obbligo di certificazione.

Il sistema FRCM in Verifiche Rinforzi

Verifiche Rinforzi e Muratura Armata, in seguito "Verifiche Rinforzi", è l’applicativo della collana AMV per la progettazione degli interventi di rinforzo di strutture esistenti in c.a. e muratura e per il progetto della muratura armata.

La gamma dei sistemi di rinforzo disponibili dalla versione di Verifiche Rinforzi 2022 R2 è stata ampliata con l’introduzione dei sistemi FRCM, il cui dimensionamento avviene secondo le indicazioni e i principi di verifica contenuti nel documento CNR-DT 215/2018.

A partire dalle caratteristiche geometriche e meccaniche del Maschio murario, definite nella scheda di Input “Elementi” (FIGURA 1), la procedura valuta la resistenza originaria a pressoflessione e taglio dell’elemento (FIGURA 2).

FIGURA 1 – Parametri del maschio murario esistente.
FIGURA 1 – Parametri del maschio murario esistente.

Poi, in base alla definizione delle caratteristiche del Rinforzo FRCM, determina l’incremento di resistenza che si ottiene con l’applicazione del sistema. I risultati vengono rappresentati in formato numerico per taglio e pressoflessione e per quest’ultima anche in veste grafica; vengono infatti rappresentati i domini di rottura della sezione rinforzata considerando il contributo di resistenza a trazione che si realizza con il sistema FRCM (FIGURA 3).

FIGURA 2 – Verifica di un maschio murario non rinforzato.
FIGURA 2 – Verifica di un maschio murario non rinforzato.
FIGURA 3 – Verifica di un maschio murario rinforzato con sistema FRCM.
FIGURA 3 – Verifica di un maschio murario rinforzato con sistema FRCM.

I parametri che definiscono il sistema di Rinforzo FRCM

Per poter dimensionare un sistema FRCM applicato a un maschio murario esistente è necessario definirne parametri geometrici e meccanici (FIGURA 4).

FIGURA 4 – Parametri del sistema FRCM.
FIGURA 4 – Parametri del sistema FRCM.

È significativo soffermarci nell’illustrazione di tali dati da dare in input, anche per capire dove vanno cercati.

La definizione dei parametri meccanici fa sempre riferimento al CNR-DT 215, alcuni di questi parametri saranno forniti nei Certificati di Validità Tecnica (CVT) o analogo documento.

Geometria

  • numero di strati di tessuto (entro la matrice): se si dovesse prevedere la posa di più di uno strato sarà necessario prendere visione delle indicazioni date nel capitolo dei Dettagli Costruttivi del CNR e nel CVT (il sistema in Figura 5 ad esempio non prevede l’impiego di più reti in sovrapposizione);
  • spessore della rete: non si tratta dello spessore “finito” del sistema FRCM, ma dello spessore equivalente del composito FRCM fornito dal produttore, il dato si può trovare anche nella sezione del CVT che illustra le Caratteristiche del rinforzo interno (FIGURA 5).
  • dimensione rete: poiché può essere inferiore alla larghezza del maschio murario si prevede la definizione della larghezza del FRCM, la posa è sempre baricentrica;
  • applicazione su un solo lato: nel CNR è consigliata l'applicazione da entrambi i lati, se la posa è da un solo lato bisogna ridurre il contributo di resistenza a taglio del sistema. L’applicativo prevede questa possibilità, in questo caso non ci sarà alcun incremento di resistenza a pressoflessione.
FIGURA 5 – Estratto dal CVT di un sistema FRCM in commercio: dati del tessuto.
FIGURA 5 – Estratto dal CVT di un sistema FRCM in commercio: dati del tessuto.

Caratteristiche meccaniche

Sono dati che caratterizzano il sistema composito, vengono forniti nel CNR e nel CVT:

  • Coefficiente a taglio: coefficiente che tiene conto della ridotta resistenza estensionale delle fibre quando sollecitate a taglio, tipicamente 0,8;
  • Tensione ultima;
  • Deformazione ultima;
  • Tensione limite convenzionale;
  • Deformazione limite convenzionale.

Questi ultimi quattro parametri possono essere letti nel CVT dove si illustrano le “Caratteristiche del sistema composito” (FIGURA 6).

FIGURA 6 – Estratto dal CVT di un Sistema FRCM in commercio: dati sistema composito.
FIGURA 6 – Estratto dal CVT di un Sistema FRCM in commercio: dati sistema composito.

Parametri di calcolo

Sono parametri definiti nel CNR-DT215:

  • Esposizione (interna/esterna/ambiente aggressivo): definisce il coefficiente di esposizione ηa;
  • Tipo ancoraggio (intermedio/meccanico/di estremità): definisce i valori di riferimento per la resistenza di calcolo del sistema (tensione e deformazione);
  • Coefficiente parziale γm: coefficiente parziale del materiale pari a 1,5 per gli SLU;
  • Coefficiente parziale a taglio γRd: (allo stato delle attuali conoscenze lo si pone pari a 2).

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