INDAGINE TEORICA E SPERIMENTALE SULL'USO DELLA TECNICA DI RINFORZO DI ELEMENTI IN MURATURA CON TESSUTI IN FIBRE DI CARBONIO

I materiali compositi a matrice polimerica (FRP) vengono frequentemente utilizzati per il rinforzo a flessione e/o taglio di elementi strutturali in calcestruzzo armato. Di recente l'utilizzo di tale tecnica è stato esteso al rinforzo e al ripristino di elementi strutturali di edifici in muratura (archi, volte, muri), appartenenti prevalentemente all'edilizia storico-monumentale. I problemi connessi all’applicazione del materiale composito alla muratura non sono stati sufficientemente approfonditi in letteratura e le sue applicazioni ormai numerose avvengono in assenza di una normativa di riferimento. Il contributo che si intende fornire con questa ricerca si inserisce in questo ambito, con l’obiettivo di valutare l'efficacia di tale tecnica per il rinforzo di elementi strutturali tipici delle costruzioni in muratura. La muratura a cui ci si rifersce è costituita da conci di calcarenite e malta, tipologia molto presente nelle aree del Mediterraneo.
L’indagine sarà condotta per diversi livelli, partendo dallo studio del fenomeno locale di distacco della fibra, con riferimento al sottosistema calcarenite-FRP, fino ad arrivare all'analisi del comportamento sotto carico del macroelemento con particolare riguardo alle pareti portanti soggette ad azioni orizzontali perpendicolari al piano medio. Sarà analizzato il comportamento di pareti integre e di pareti danneggiate e successivamente rinforzate attraverso l'applicazione di FRP.

Gli obiettivi principali della ricerca possono essere raggruppati come di seguito:
- il primo riguardante il problema locale della definizione del legame di aderenza all'interfaccia concio-FRP con la finalità di individuare la lunghezza efficace di trasferimento degli sforzi;
- il secondo, con riferimento al comportamento globale sotto carico dei pannelli murari soggetti a forze orizzontali perpendicolari al piano medio, riguarda l'identificazione dello stato limite per il rinforzo che è dovuto non alla crisi per trazione bensì al distacco del tessuto dalla muratura che è quello che effettivamente governa la crisi;
- il terzo consiste nella definizione dei criteri di dimensionamento del rinforzo basati sulla costruzione dei domini M-N nei quali sarà introdotta la crisi per distacco che si tradurrà in una limitazione (cut-off) del dominio stesso.
La metodologia di ricerca che si intende adottare prevede un’indagine sperimentale su campioni semplici, calcarenite-FRP, con l'obiettivo di determinare il legame locale di aderenza e la lunghezza di trasferimento degli sforzi al fine di valutare l’efficacia della connessione. Infatti come già rilevato in molti studi tale tecnica di rinforzo può risultare non efficace a causa dei fenomeni di rottura (peeling e debonding) che possono verificarsi localmente e che è necessario prevedere in fase progettuale. Saranno programmati due diversi tipi di prove: prove di trazione diretta pull-out e prove di trazione per flessione beam-test. Le prove di trazione diretta che prevedono l'uso di strain-gauges sono state in parte effettuate durante il primo anno. Dalle misure effettuate ad ogni passo di carico della forza e dei valori di deformazione sul tessuto è possibile risalire al legame locale di aderenza attraverso la scrittura dell’equazione di equilibrio relativa al tratto compreso tra due successivi strain-gauges. La lunghezza di trasferimento, aldilà della quale gli strain-guges non indicano alcuna lettura, può essere ottenuta analiticamente o numericamente a partire dal legame locale opportunamente modellato. I risultati ottenuti saranno messi a confronto con analoghi risultati forniti da prove di trazione per flessione di tipo beam-test più adatte a simulare l’effettivo comportamento del sistema concio-rinforzo di una struttura in muratura a blocchi nella quale la flessione risulta essere prevalente.
Successivamente si procederà all’indagine sperimentale riguardante le pareti; le prove saranno condotte applicando un carico verticale da mantenere costante durante la prova e imprimendo spostamenti orizzontali variabili monotonicamente o ciclicamente, nella direzione della minore inerzia della sezione. Allo scopo sarà utilizzata un’apparecchiatura di prova già disponibile presso il Laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica, operante in controllo di spostamento e completata con un sistema automatico di acquisizione dati. Le prove saranno condotte su pareti integre in presenza di rinforzo e su pareti prima danneggiate e successivamente ripristinate attraverso l’applicazione di bande in fibre di carbonio. Il rinforzo sarà disposto su entrambe le facce opposte, per far fronte ai carichi ciclici simulanti azioni di natura sismica, prevedendo altresì la possibilità di ancoraggi di tipo meccanico nelle parti terminali delle bande.
I risultati sperimentali saranno interpetrati utilizzando i metodi classici per il calcolo di sezioni allo stato limite ultimo, opportunamente adattati alle caratteristiche meccaniche del rinforzo e della muratura, secondo un approccio presente in letteratura modificato per tenere conto della possibilità che si verifichino fenomeni di distacco.