Adeguamento sismico di edifici in C.A. mediante l'impiego di materiali compositi fibrorinforzati (FRP)
Autore
Simeone Barbato - Seconda Università degli Studi di Napoli - [2003-04]
Documenti
Abstract
Il comportamento di una struttura durante un terremoto dipende oltre che dalle caratteristiche dell’azione sismica anche dalla qualità della struttura stessa, che determina il comportamento duttile dell’edificio e la capacità di trasferire a terra le forze orizzontali senza eccessive deformazioni.
Il progressivo invecchiamento delle strutture e infrastrutture in cemento armato costruite per lo più nella seconda metà del secolo appena trascorso, la necessità di provvedere all’adeguamento statico di strutture non progettate o mal progettate per resistere agli eventi sismici oppure di ripristinare quelle che sono state da questi eventi danneggiate, infine l’urgenza di provvedere ad un incremento della portanza di ponti e viadotti per effetto dell’aumento del traffico veicolare e dei relativi carichi, costituiscono un problema di primaria importanza nella società odierna.
Le strutture intelaiate in C.A. sono caratterizzate da un comportamento sotto sismi violenti in cui le deformazioni in campo anelastico si concentrano alle estremità dei pilastri e delle travi, con formazione di cerniere plastiche, con un eventuale coinvolgimento del nodo in relazione ai quantitativi di armature longitudinali degli elementi strutturali che convergono verso il nodo stesso. Ad esempio la mancanza di una idonea armatura trasversale (staffe) può determinare negli elementi strutturali il verificarsi di una rottura fragile a taglio prima o contemporaneamente alla plasticizzazione duttile a flessione.
Nella maggior parte delle strutture a telaio in C.A. non progettate secondo una normativa antisismica, gli elementi critici sono i pilastri e i nodi trave-pilastro.
Quindi dove si prevedeva nei pilastri essenzialmente una sollecitazione di sforzo assiale, questi ultimi possono danneggiarsi, a seguito di un terremoto, nelle zone di estremità, dove è massimo il momento flettente da forze orizzontali, oppure altro danno tipico può essere la rottura a taglio connessa con l’insufficienza o la cattiva disposizione delle staffe a cui, in fase di progetto, era affidata una sola funzione di contenimento. Nei pilastri armati con più di quattro ferri longitudinali,
le staffe ordinarie a semplice rettangolo e disposte con passo eccessivo mostrano la loro scarsa capacità di contenere lo sbandamento dei ferri intermedi.
Spesso nei nodi non prosegue la staffatura del pilastro ed è deficiente l’ancoraggio delle armature delle travi; in queste condizioni essi costituiscono i punti più fragili e delicati del telaio.
Un altro problema può derivare dalle grandi eccentricità in pianta tra il baricentro delle masse e quello delle rigidezze che fanno si che i modi torsionali di vibrazione sulla risposta dinamica dell’edificio abbiano grandi coefficienti di partecipazione.
Infine, non meno importante è la qualità dei materiali costituenti la struttura e il loro grado di conservazione che spesso è molto scadente per via del degrado, della cattiva esecuzione, dell’utilizzo di materie prime di scarsa qualità.
Per questi motivi la riparazione e l’adeguamento sismico di un edificio in C.A. richiedono in via preliminare uno studio approfondito della costruzione e delle problematiche ad essa connesse. La scelta delle tecniche e della tecnologia di intervento deve essere sempre preceduta da un esame comparativo delle possibili soluzioni, tenendo conto che la sicurezza di una costruzione nei riguardi delle azioni sismiche dipende da una adeguata resistenza alle azioni orizzontali e da una sufficiente duttilità per sollecitazioni cicliche alternate. Gli interventi di adeguamento sismico devono avere di conseguenza quali obiettivi essenziali: l’incremento di resistenza; l’incremento di duttilità; la ridistribuzione delle resistenze e delle rigidezze.
L’impiego dei materiali compositi fibrorinforzati (FRP) rappresenta una valida alternativa all’uso di tecniche e materiali tradizionali per l’adeguamento sismico di edifici in C.A. Tali materiali, scaturiti dalle recenti conoscenze nel campo della chimica e della fisica, hanno determinato l’inizio di una nuova era nel campo delle costruzioni civili. Caratteristica peculiare dei materiali compositi è l’anisotropia controllata che consente di fornire diversi livelli di resistenza, in funzione delle svariate sollecitazioni che interessano il sistema strutturale. Le elevate prestazioni dei materiali compositi scaturiscono dalla collaborazione di materiali con caratteristiche e struttura eterogenee, che, considerati singolarmente, risultano non soddisfare la prestazione richiesta. Tuttavia, se combinati opportunamente, possono organizzarsi in veri e propri sistemi strutturali dai quali scaturisce una capacità complessiva di rispondere a specifiche richieste funzionali.
Il progressivo invecchiamento delle strutture e infrastrutture in cemento armato costruite per lo più nella seconda metà del secolo appena trascorso, la necessità di provvedere all’adeguamento statico di strutture non progettate o mal progettate per resistere agli eventi sismici oppure di ripristinare quelle che sono state da questi eventi danneggiate, infine l’urgenza di provvedere ad un incremento della portanza di ponti e viadotti per effetto dell’aumento del traffico veicolare e dei relativi carichi, costituiscono un problema di primaria importanza nella società odierna.
Le strutture intelaiate in C.A. sono caratterizzate da un comportamento sotto sismi violenti in cui le deformazioni in campo anelastico si concentrano alle estremità dei pilastri e delle travi, con formazione di cerniere plastiche, con un eventuale coinvolgimento del nodo in relazione ai quantitativi di armature longitudinali degli elementi strutturali che convergono verso il nodo stesso. Ad esempio la mancanza di una idonea armatura trasversale (staffe) può determinare negli elementi strutturali il verificarsi di una rottura fragile a taglio prima o contemporaneamente alla plasticizzazione duttile a flessione.
Nella maggior parte delle strutture a telaio in C.A. non progettate secondo una normativa antisismica, gli elementi critici sono i pilastri e i nodi trave-pilastro.
Quindi dove si prevedeva nei pilastri essenzialmente una sollecitazione di sforzo assiale, questi ultimi possono danneggiarsi, a seguito di un terremoto, nelle zone di estremità, dove è massimo il momento flettente da forze orizzontali, oppure altro danno tipico può essere la rottura a taglio connessa con l’insufficienza o la cattiva disposizione delle staffe a cui, in fase di progetto, era affidata una sola funzione di contenimento. Nei pilastri armati con più di quattro ferri longitudinali,
le staffe ordinarie a semplice rettangolo e disposte con passo eccessivo mostrano la loro scarsa capacità di contenere lo sbandamento dei ferri intermedi.
Spesso nei nodi non prosegue la staffatura del pilastro ed è deficiente l’ancoraggio delle armature delle travi; in queste condizioni essi costituiscono i punti più fragili e delicati del telaio.
Un altro problema può derivare dalle grandi eccentricità in pianta tra il baricentro delle masse e quello delle rigidezze che fanno si che i modi torsionali di vibrazione sulla risposta dinamica dell’edificio abbiano grandi coefficienti di partecipazione.
Infine, non meno importante è la qualità dei materiali costituenti la struttura e il loro grado di conservazione che spesso è molto scadente per via del degrado, della cattiva esecuzione, dell’utilizzo di materie prime di scarsa qualità.
Per questi motivi la riparazione e l’adeguamento sismico di un edificio in C.A. richiedono in via preliminare uno studio approfondito della costruzione e delle problematiche ad essa connesse. La scelta delle tecniche e della tecnologia di intervento deve essere sempre preceduta da un esame comparativo delle possibili soluzioni, tenendo conto che la sicurezza di una costruzione nei riguardi delle azioni sismiche dipende da una adeguata resistenza alle azioni orizzontali e da una sufficiente duttilità per sollecitazioni cicliche alternate. Gli interventi di adeguamento sismico devono avere di conseguenza quali obiettivi essenziali: l’incremento di resistenza; l’incremento di duttilità; la ridistribuzione delle resistenze e delle rigidezze.
L’impiego dei materiali compositi fibrorinforzati (FRP) rappresenta una valida alternativa all’uso di tecniche e materiali tradizionali per l’adeguamento sismico di edifici in C.A. Tali materiali, scaturiti dalle recenti conoscenze nel campo della chimica e della fisica, hanno determinato l’inizio di una nuova era nel campo delle costruzioni civili. Caratteristica peculiare dei materiali compositi è l’anisotropia controllata che consente di fornire diversi livelli di resistenza, in funzione delle svariate sollecitazioni che interessano il sistema strutturale. Le elevate prestazioni dei materiali compositi scaturiscono dalla collaborazione di materiali con caratteristiche e struttura eterogenee, che, considerati singolarmente, risultano non soddisfare la prestazione richiesta. Tuttavia, se combinati opportunamente, possono organizzarsi in veri e propri sistemi strutturali dai quali scaturisce una capacità complessiva di rispondere a specifiche richieste funzionali.
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