Aderenza FRP-calcestruzzo

Modi di collasso per delaminazione

Nella sezione SOFTWARE, è stata sviluppata un'applicazione per la valutazione numerica sull’entità delle forze che possono essere trasferite al rinforzo, senza che questo si delamini, secondo le indicazioni del CNR-DT 200 R1/2013. Oltre al risultato numerico, l'applicazione produce una relazione completa sulla procedura e sullo sviluppo delle equazioni secondo quanto di seguito riportato.

Considerazioni generali

Negli interventi di rinforzo di elementi di calcestruzzo mediante lamine o tessuti di materiale FRP il ruolo dell’aderenza tra calcestruzzo e composito assume grande importanza in quanto il meccanismo di rottura per distacco dal supporto è di tipo fragile. Nello spirito del criterio di gerarchia delle resistenze tale meccanismo di crisi non deve precedere il collasso per flessione o per taglio dell’elemento rinforzato. La perdita di aderenza tra composito e calcestruzzo può riguardare sia il sistema di rinforzo longitudinale a flessione, che quello applicato sulle facce laterali nel caso di rinforzo a taglio. Nel caso di rinforzi posti correttamente in opera, poiché la resistenza a taglio dell’adesivo è in genere molto più elevata di quella del calcestruzzo, la rottura si produce all’interno di quest’ultimo con asportazione di uno strato di materiale di spessore variabile da pochi millimetri fino ad interessare l’intero copriferro.Il collasso per distacco dal supporto del rinforzo a flessione applicato all’intradosso di una trave può avvenire in uno dei seguenti quattro modi, rappresentati schematicamente nella figura sottostante.


  • Modo 1 (Distacco di estremità);
  • Modo 2 (Distacco intermedio, causato da fessure per flessione nella trave);
  • Modo 3 (Distacco causato da fessure diagonali da taglio nella trave);
  • Modo 4 (Distacco causato da irregolarità e rugosità della superficie di calcestruzzo);

Per mitigare il rischio di evenienza degli altri due modi di crisi possono essere attuate le indicazioni riportate nel § 4.8 delle istruzioni CNR-DT 200 R1/2013, relative all’accertamento preventivo delle condizioni del supporto nonché alla preparazione del substrato.

Valutazione della lunghezza ottimale di ancoraggio

Il valore ultimo della forza sopportabile dal rinforzo di FRP, prima che subentri il distacco dal supporto, dipende, a parità di tutte le altre condizioni, dalla lunghezza, lb, della zona incollata. Tale valore cresce con lb fino ad attingere un massimo corrispondente ad una ben definita lunghezza, le: ulteriori allungamenti della zona di incollaggio non comportano incrementi della forza trasmessa. La lunghezza ottimale di ancoraggio di progetto, led, è valutata mediante la sottostante relazione:

[CNR-DT 200 R1/2013 (4.1)]


Dove:


  • Ef e tf , sono rispettivamente, il modulo di elasticità normale nella direzione della forza e lo spessore del composito fibrorinforzato;
  • γRd = 1.25, è un coefficiente correttivo;
  • ΓFd , è il valore di progetto dell’energia specifica di frattura;
  • fbd = 2*ΓFdsu, con Su = 0,25 valore ultimo dello scorrimento tra FRP e supporto (per maggiori chiarimenti si rimanda al CNR-DT 200 R1/2013, appendice C);


Il valore di progetto dell’energia specifica di frattura è fornito dalla seguente relazione:

[CNR-DT 200 R1/2013 (4.2)]


I simboli in essa introdotti hanno il significato di seguito specificato:


  • fct e fctm , sono rispettivamente, i valori medi delle resistenze a compressione ed a trazione del calcestruzzo valutate in situ; in mancanza di dati sperimentali, la resistenza media a trazione del calcestruzzo può essere dedotta dalla fcm in accordo con quanto indicato nella Normativa vigente;
  • FC è un opportuno fattore di confidenza;
  • kb è un coefficiente correttivo di tipo geometrico ed ammette la seguente espressione in funzione del rapporto bf/b tra la larghezza del rinforzo e quella dell’elemento rinforzato:
  • [CNR-DT 200 R1/2013 (4.3)]


  • sempreché risulti bf / b ≥ 0.25 (per bf/b < 0.25 al coefficiente kb viene attribuito il valore 1.18);
  • kG è un ulteriore coefficiente correttivo tarato sulla base di risultati di prove sperimentali, da assumersi pari 0.023 mm per i compositi preformati ed a 0.037 mm per i compositi impregnati in situ.

Tensione di delaminazione di estremità (modo 1)

Nell’ipotesi che il distacco coinvolga i primi strati di calcestruzzo e che le lunghezze di ancoraggio siano maggiori o uguali di quella ottimale, la tensione di progetto del sistema di rinforzo, ffdd , ovvero il valore della massima tensione alla quale il composito può lavorare senza che si verifichi il distacco di estremità è fornita dalla seguente relazione:

[CNR-DT 200 R1/2013 (4.4)]


dove:


  • γfd è il coefficiente parziale di sicurezza del materiale, il cui valore, a giudizio del progettista è compreso tra da 1.20 e 1.50, in funzione della maggiore o minore possibilità di prevedere, per la specifica applicazione, l’effettivo comportamento del composito nei riguardi del distacco dal supporto;
  • ΓFd , è il valore dell’energia specifica di frattura valutata secondo la precedente (4.2);

Qualora non sia possibile ancorare il composito per una lunghezza lb superiore o uguale alla lunghezza ottimale di ancoraggio led precedentemente valutata, la tensione di progetto deve essere opportunamente ridotta in accordo con la relazione:

[CNR-DT 200 R1/2013 (4.5)]


Tensione di delaminazione intermedia (modo 2)

Allo scopo di prevenire il meccanismo di distacco secondo il modo 2, si può verificare che allo SLU, la tensione massima nel composito fibrorinforzato non ecceda il valore di progetto ffdd,2 fornito dalla seguente relazione:

[CNR-DT 200 R1/2013 (4.6)]


dove:


  • i simboli già introdotti in precedenza hanno lo stesso significato sopra specificato;
  • kG2 è un coefficiente correttivo calibrato sulla base di risultati di prove sperimentali, da assumersi pari a 0.10 mm indipendentemente dal tipo del rinforzo;
  • kq è un coefficiente che tiene conto della condizione di carico, da assumersi pari a 1.25 per prevalenti carichi distribuiti e 1 in tutti gli altri casi.