Rinforzo FRP con connettori sfioccati: nuovo approccio normativo ed esempi applicativi

Il rinforzo di edifici in calcestruzzo armato mediante materiali compositi fibrorinforzati a matrice polimerica — FRP, Fiber Reinforced Polymer — è una pratica consolidata nell'ingegneria strutturale e sismica italiana. La tecnica EBR (Externally Bonded Reinforcement), che prevede l'incollaggio di strisce o tessuti FRP sulla superficie del substrato, è la più diffusa. La sua efficacia dipende in modo determinante dalla capacità dell'interfaccia FRP–calcestruzzo di trasferire le forze per ancoraggio dalle zone di estremità del rinforzo.

Rinforzo strutturale con FRP: tipologie e tecniche

L'FRP è un materiale composito costituito da due componenti principali: una parte resistente — le fibre — e una matrice polimerica (tipicamente una resina) che lega le fibre e ne garantisce il trasferimento degli sforzi. La combinazione delle due componenti produce un materiale con elevato rapporto resistenza/peso, buona resistenza alla corrosione e agli agenti ambientali, e spessori di applicazione ridotti.

Le proprietà meccaniche dipendono dalla tipologia di fibra. I sistemi più diffusi sono GFRP (fibra di vetro, costo contenuto, buone prestazioni per interventi non critici), CFRP (fibra di carbonio, alta resistenza e rigidezza, uso in elementi primari), AFRP (fibra aramidica, elevata resistenza agli urti e alla fatica ma maggiore sensibilità ambientale) e BFRP (fibra di basalto, buona resistenza chimica e durabilità, adatta ad ambienti aggressivi).

In sintesi, è utile distinguere due macro-tipologie di sistemi: i sistemi preformati, realizzati in stabilimento (lamine, nastri) e incollati in cantiere; i sistemi realizzati in situ, costituiti da tessuti impregnati direttamente sul posto con resine termoindurenti. L'applicazione più diffusa è il cosiddetto metodo wet lay-up, che prevede l'impregnazione in umido di più strati in sito (tipicamente non più di tre, oltre i quali l'efficacia si riduce e aumenta il rischio di delaminazione).

Le modalità di applicazione dell’FRP sono un aspetto cruciale per il successo dell’intervento. Per quanto concerne il sistema “wet lay-up” il processo prevede le seguenti fasi:

1. la preparazione del supporto, che deve essere accuratamente pulito e regolarizzato;
2. l’applicazione di un primer;
3. la stesura della resina;
4. la posa del tessuto;
5. l’impregnazione;
6. la finitura.

Tali operazioni all’occorrenza possono essere ripetute per più strati sovrapposti (generalmente non superiori a 3, anche perché il numero maggiore incrementerebbe le crisi per delaminazione/distacco o comunque avrebbe un’efficacia molto ridotta). Questo metodo è particolarmente apprezzato per la sua versatilità e per la capacità di adattarsi a superfici complesse.

Un’alternativa è rappresentata dai sistemi pre-impregnati, nei quali le fibre sono già impregnate di resina in fase di produzione, garantendo così un maggiore controllo della qualità, ma richiedendo condizioni di posa più rigorose. Una tecnica, ad esempio, consiste nell’utilizzo di lamine preformate incollate con resine epossidiche, soluzione che consente una posa rapida e prestazioni elevate, ma risulta meno adatta in presenza di superfici irregolari (più rigide). Nel caso delle lamine non è sicuramente presente lo step 5 e gli step 3 e 4 sono unificati nel posizionamento della lamina, questo perché nella lamina sono già presenti le due componenti (resina e fibre).

Ben diverso è il metodo NSM (Near Surface Mounted) che prevede l’inserimento di barre in FRP all’interno di scanalature realizzate nel calcestruzzo, offrendo un’elevata adesione e una migliore protezione del materiale.

Gli FRP sono ampiamente impiegati nel settore delle costruzioni, in particolare i loro vantaggi riguardano:

• l’elevato rapporto resistenza/peso, con incrementi significativi di capacità portante (l’intervento strutturale incrementa le resistenze senza incidere sui carichi verticali e azioni inerziali in genere);
• gli spessori molto ridotti (circa di pochi millimetri) non incidendo in modo significativo sulla rigidezza dell’elemento e quindi sulla distruzione delle sollecitazioni soprattutto in campo dinamico, restando anche invariato il periodo della struttura e di conseguenza l'azione sismica totale;
• una rapidità di posa, riducendo lavoro in cantiere;
• adattamento a pilastri, nodi, archi e volte;
• confinamento di elementi compressi in c.a. e muratura per incrementare le prestazioni meccaniche del materiale e soprattutto della capacità plastica (riserva duttile);
• rinforzo a taglio dei nodi, confinamento del calcestruzzo presente negli stessi e creazione di un vincolo all'instabilità per le barre dei pilastri passanti i nodi;
• cucitura di lesioni diagonali a taglio e delle fessure a flessione, ortogonali all’asse;
• barriera alla carbonatazione e all'ossidazione delle barre di armatura preesistenti;
• etc.

Tuttavia, non mancano alcune criticità, come il comportamento fragile, l’elevata sensibilità alle alte temperature e la necessità di una corretta esecuzione per garantire l’efficacia del rinforzo.
La nuova CNR-DT 200 R2/2025-2026, pubblicata dal CNR nell'estate 2025 e aggiornata a inizio 2026, revisiona in modo sostanziale le linee guida italiane per il calcolo e la progettazione di rinforzi FRP. In particolare il §4.1.5 introduce, per la prima volta in modo organico, la disciplina dei connettori sfioccati a ventaglio — noti in letteratura italiana come SOFS (Splays Of Fiber Spikes) o più semplicemente «fiocchi» — quali dispositivi di ancoraggio per sistemi EBR.

Altri aspetti introdotti dalla nuova direttiva, ma non oggetto di questo articolo, sono la possibilità di dimensionamento anche dei connettori meccanici post-installati per sistemi EBR e la regolamentazione normativa dei sistemi di rinforzo NSM.

I connettori meccanici post-installati differiscono da quelli sfioccati a ventaglio perché eseguiti mediante piastre metalliche (in acciaio o in alluminio) incollate con resina al di sopra del rinforzo e fissate al calcestruzzo con ancoranti meccanici post-installati (rinforzo ibrido, che funziona per attrito piastra e rinforzo ma anche per adesione tra supporto e rinforzo ove non presenti i dispositivi di ancoraggio). In particolare, questa tipologia prevede la possibilità di ancoranti sia di tipo meccanico ad espansione sia di tipo chimico.

Per quanto concerne invece i rinforzi di tipo NSM, essi prevedono, come anticipato, un’installazione di barre in FRP (circolari o rettangolari) all’interno di scanalature (intagli) irruvidite con scarifica superficiale per migliorare l’aderenza tra elemento e rinforzo, il quale si presenta quindi integrato nella sagoma della sezione. Normalmente per impedire la rottura al livello del collante, posizionato tra le interfacce del rinforzo e del substrato in calcestruzzo (cls) preesistente, l’installazione può avvenire solo con resina avente caratteristiche meccaniche di resistenza a quelle del calcestruzzo in cui il rinforzo è applicato.

I connettori sfioccati: cosa sono

I connettori sfioccati sono barre di fibre FRP (tipicamente CFRP o GFRP) composte da due parti distinte:

• il gambo — la parte, talvolta pre-impregnata di resina (sistemi “linker”), inserita all'interno di un foro eseguito nel substrato in calcestruzzo;
• il ventaglio (o fiocco) — la parte di fibra non impregnata che viene aperta a ventaglio e incollata sulla superficie del rinforzo FRP.

Il gambo viene ancorato con un angolo ψ_a rispetto al piano di posa del rinforzo. In funzione di tale angolo la norma distingue due configurazioni principali: ancoraggio in linea (straight anchor, ψ_a = 180°), con gambo ancorato in un elemento ortogonale a quello dove è applicato il rinforzo; ancoraggio inclinato (bent anchor, 90° ≤ ψ_a ≤ 135°), con gambo ancorato nello stesso elemento del rinforzo.

 Figura 1 — a) Dettaglio degli ancoraggi per rinforzi a taglio; b) Dettaglio dell’ancoraggio per rinforzi a flessione; c) parametri geometrici e viste (da sinistra a destra in sezione e in pianta) dei connettori sfioccati ai sensi della CNR-DT 200 R2/2026 §4.1.5.

Nota tecnica
Nel caso di rinforzi a flessione e a taglio mediante strisce in FRP, i connettori sfioccati sono particolarmente efficaci nel prevenire il distacco di estremità (end debonding). La loro adozione permette di avvicinare lo sforzo massimo attingibile nella striscia alla resistenza a trazione delle fibre, superando il limite imposto dalla sola adesione.

CNR-DT 200 R2: prescrizioni per gli ancoraggi FRP

Il §4.1.5(2) della CNR-DT 200 R2 stabilisce limiti geometrici rigorosi per garantire la validità delle formule di calcolo proposte. In assenza di sperimentazioni dirette, tutti i parametri devono rispettare i vincoli riportati in tabella.

Un aspetto pratico da sottolineare: la norma consiglia l'uso di più fiocchi di piccolo diametro piuttosto che pochi fiocchi di diametro grande, a parità di area resistente complessiva. L'indicazione è coerente con la necessità di distribuire lo sforzo in modo uniforme sulla striscia e con la maggiore lavorabilità in cantiere.

Modalità di crisi dei connettori sfioccati

La norma individua quattro meccanismi di rottura distinti (§4.1.5(3)), ciascuno associato a una propria resistenza limite. La Figura 4-5 della CNR-DT 200 R2 li illustra graficamente per entrambe le configurazioni (in linea e inclinate).

Figura 2 — Meccanismi di crisi: Pull-out, Scorrimento, Debonding, Rottura fibre.

Pull-out (PO) — Estrazione del cono di calcestruzzo

Il gambo del fiocco viene estratto con asportazione di un cono di calcestruzzo (figure 2a e 2e della norma). Questo meccanismo è prevalente nei fiocchi in linea e, più raramente, in quelli inclinati con 90° < ψa ≤ 135°. La forza resistente media è:

Eq. (4.18) + correzione ψ_c da nota - Forza pull-out
N_PO,m = ψ_c· k_eff · √(f_cm / FC) · min(120 mm, h_e)^1.5 / cos(180° − ψ_a) 

dove:
ψ_c = max{ 1.00 ; c / (0.7 · h_e) } con c = minima distanza del gambo del fiocco dal bordo dell’elemento in calcestruzzo;
k_eff = 8.5 (calibrato sperimentalmente su fiocchi in linea);
f_cm = resistenza media a compressione del calcestruzzo (rottura lato cls);
FC = fattore di confidenza;
h_e = profondità di ancoraggio del gambo.

Attenzione
Se la distanza del gambo dal bordo dell'elemento c è inferiore a 0.7·h_e, la forza resistente N_PO,m deve essere ridotta tramite il coefficiente ψ_c = c/(0.7·he), per tenere conto della possibile formazione di un cono incompleto. Per i fiocchi a ψ_a = 90° questo controllo è sostituito dalla sola verifica che c ≥ 0.7·h_e.

Scorrimento (S) — Rottura coesiva nel calcestruzzo o nella resina

Il meccanismo prevede lo scorrimento del gambo per rottura coesiva lungo l'interfaccia foro-resina-calcestruzzo (figure 2b e 2f). La forza resistente è proporzionale alla superficie laterale del foro e alla tensione di coesione limite del calcestruzzo — pari a ½·√(fcm·fctm). Perché la rottura avvenga nel calcestruzzo anziché nella resina, la norma richiede che fRcm e fRtm della resina siano almeno il 20% superiori alle corrispondenti resistenze del calcestruzzo.

Eq. (4.19) - Forza scorrimento
N_S,m = A_lf · k_c · [1/2 · √(f_cm · f_ctm)] · 1/FC · 1/cos(180° − ψ_a)

dove:
A_lf = area laterale foro (π · dh · he);
k_c = 2.0 (parametro sperimentale);
f_cm = resistenza media a compressione del calcestruzzo;
f_ctm = resistenza media a trazione del calcestruzzo;
FC = fattore di confidenza;
d_h = diametro del foro;
h_e = profondità di ancoraggio.

Anche questo meccanismo non si applica ai fiocchi a ψ_a = 90°: il coseno di 90° al denominatore darebbe valori infiniti e il meccanismo di sfilamento non si potrebbe attivare senza rottura a compressione del bordo o a trazione della fibra.

Debonding del ventaglio (DB) — Distacco dal rinforzo FRP

Il meccanismo prevede il distacco del ventaglio all'interfaccia con la striscia FRP del rinforzo (figure 2c e 2g). La forza resistente N_DB,k si calcola in funzione della superficie di connessione del ventaglio A_vf e della resistenza a taglio-scorrimento della resina, τ_Rb,k = 0.5·√(f_Rck·f_Rtk).

Eq. (4.20) & (4.22) - Forza debonding
N_DB,k = A_vf · τ_Rb,k · sin(λ) / λ = L_s² · τ_Rb,k · sin(λ)

dove:
A_vf = area ventaglio del fiocco, pari a λ · L_s², con L_s = lunghezza del tratto sfioccato;
λ = semi-apertura del ventaglio (rad).

Rottura delle fibre (FR) — Crisi a trazione/taglio del gambo

L'ultimo meccanismo riguarda la rottura delle fibre del gambo per tenso-flessione e taglio-tranciamento (figure 2d e 2h). A causa del comportamento anisotropo, la resistenza dipende dall'angolo ψ_a: quanto più piccolo è l'angolo (ossia quanto più il gambo è inclinato rispetto al piano di posa), tanto maggiore è la componente tagliante nella sezione di massima curvatura. È generalmente il meccanismo più resistente e si innesca solo quando la lunghezza di ancoraggio è sufficientemente superiore al limite minimo e il calcestruzzo è di buona qualità.

Eq. (4.24) - Forza rottura fibre
N_FR,k = k_FAN · A_fc · f_fak · η_a · (ψ_a / 180°)

dove:
k_FAN = coefficiente sperimentale riduttivo per considerare la perdita di resistenza delle fibre per il taglio connesso alla sfioccatura, esso è pari a 1/2 con λ ≤ 30°;
A_fc = area netta fiocco;
f_fak = resistenza caratteristica a trazione del fiocco impregnato (tale valore nel caso di sistemi linker, ossia a gambo pre-impregnato, deve essere ottenuto prendendo il minimo raggiunto dalle prove di trazione realizzate sulla parte pre-impregnata e sulla parte impregnata in opera e aperta a ventaglio);
η_a = fattore di conversione ambientale (posizione interna: 0.75 per fibre di vetro, 0.85 per fibre arammidiche, 0.95 per fibre di carbonio o acciaio; posizione esterna: 0.65 per fibre di vetro, 0.75 per fibre arammidiche, 0.80 per fibre di carbonio impregnate in situ e fibre di acciaio, 0.95 per fibre di carbonio in sistemi preformati; condizioni aggressive: 0.50 per fibre di vetro, 0.70 per fibre arammidiche, 0.75 per fibre di carbonio impregnate in situ e fibre di acciaio, 0.90 per fibre di carbonio in sistemi preformati).

Schema di sintesi delle verifiche

Figura 3 — Matrice di applicabilità dei meccanismi per configurazione.

Forza di ancoraggio di progetto

La norma fornisce la forza massima di trazione sviluppabile in una striscia FRP ancorata con fiocchi, valutata in una generica sezione posta a distanza z dall'estremità del rinforzo:

Eq. (4.15) — Forza di ancoraggio di progetto
F_anc,d(z) = min { k_k · [ (f_fdm · b_f · t_f + n_z · F_A,1 ) / γ_f2 ] ; η_a · f_fk / γ_f1 · b_f · t_f }

dove:
F_A,1 = resistenza minima attinta dal singolo ancoraggio tra le 4 modalità di crisi, N_min = min(N_PO,m, N_S,m, N_DB,k, N_FR,k);
k_k = coefficiente sperimentale riduttivo del valore medio alla resistenza caratteristica (Appendice D della norma), pari a 0.7;
n_z = numero di fiocchi fino all'ascissa z;
γ_f2 = 1.30 per le verifiche da distacco dell’ancoraggio allo SLU;
γ_f1 = 1.30 per sistemi impregnati in situ e 1.25 per sistemi preformati da applicare nelle verifiche a rottura fibre (SLU);
f_fdm = resistenza media al distacco di estremità della striscia nuda (da determinare mediante la relazione 4.6 in caso di rinforzo a flessione e dall’equazione 4.83 nel caso di rinforzo a taglio, in quest’ultimo caso considerando f_fdm al posto di f_fdd).

La formula evidenzia la logica additiva della norma: il contributo dei fiocchi si somma alla resistenza al distacco della striscia non ancorata (termine f_fdm·b_f·t_f), considerando come limite massimo la resistenza a rottura del rinforzo stesso (η_a·f_fk/γ_f1·b_f·t_f).

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FAQ TECNICHE - Connettori sfioccati FRP: verifica ancoraggi CNR-DT 200

Che cos’è un connettore sfioccato FRP?
È un dispositivo di ancoraggio composto da fibre FRP inserite in un foro nel calcestruzzo (gambo) e aperte a ventaglio sulla superficie del rinforzo. Lavora per trasferire le forze tra striscia FRP e supporto, migliorando l’efficacia dell’ancoraggio nei sistemi EBR.

A cosa serve e dove si utilizza?
Serve a prevenire il distacco di estremità nei rinforzi a flessione e a taglio. È impiegato su elementi in calcestruzzo armato esistenti, come travi e pilastri, in interventi di adeguamento o miglioramento sismico con FRP applicati esternamente.

Quali sono le prestazioni e i requisiti normativi principali?
Le prestazioni dipendono da geometria, resistenza del calcestruzzo, caratteristiche della resina e angolo di ancoraggio. La norma impone limiti su diametro, profondità, lunghezza del ventaglio e angoli, oltre alla verifica di quattro meccanismi di crisi distinti.

Quali vantaggi offre rispetto agli ancoraggi tradizionali?
Consente di aumentare la forza trasferibile al rinforzo, avvicinando la tensione alla resistenza delle fibre. Rispetto alla sola adesione, riduce il rischio di debonding e migliora il comportamento globale senza aumentare significativamente spessori o ingombri.

Quali indicazioni di posa e integrazione progettuale?
Richiede foratura controllata, pulizia del foro, corretta iniezione di resina e apertura uniforme del ventaglio. La disposizione deve rispettare passo, copertura e distanza dai bordi. Va coordinato con la geometria della striscia e le condizioni del supporto.

Quali aspetti incidono su sicurezza, durabilità e comfort strutturale?
La durabilità dipende dalla qualità della resina e dalle condizioni ambientali (fattore ηa). La sicurezza è legata al controllo dei meccanismi fragili. Un corretto ancoraggio migliora la risposta globale dell’elemento, riducendo fenomeni locali e degrado nel tempo.

Quali errori progettuali o esecutivi evitare?
Trascurare i limiti geometrici normativi, sottovalutare la distanza dal bordo o utilizzare resine non compatibili con il calcestruzzo. Critico anche l’uso di pochi connettori di grande diametro invece di più elementi distribuiti, con effetti negativi sulla ripartizione degli sforzi.