Il problema del consolidamento di strutture in muratura voltate, viene sempre più spesso affrontato mediante l’impiego di nastri di materiali compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) a fibre continue, applicati sulla muratura lungo direzioni efficaci. I vantaggi degli FRP sono molteplici: leggerezza, elevate proprietà meccaniche, caratteristiche anticorrosive. La disposizione dei nastri dipende dal tipo di struttura sulla quale si interviene, da fattori geometrici, estetici ed economici; e la loro azione è quella di “contenere” le deformazioni e impedire o rallentare la formazione di cerniere strutturali, e quindi l’innesco di un cinematismo che porterebbe la struttura al collasso, con lo scopo di aumentare il coefficiente di sicurezza . Il nastro reso solidale alla muratura conferisce alla struttura una resistenza locale a trazione prima assente o comunque trascurabile; la porzione di volta interessata dall’applicazione del nastro assume le caratteristiche di una struttura a sezione mista in cui le forze di compressione sono trasferite dalla muratura, mentre le forze di trazione dal nastro. In questa sede viene presentata un’indagine numerica sull’efficacia dell’utilizzo di nastri in materiali compositi fibrorinforzati, applicati all’estradosso di una volta a botte, disposti lungo la direttrice e in maniera diffusa in direzione della generatrice. Il lavoro prende spunto da un’analisi delle DT200/2004 del CNR, nelle quali è indicato il limite superiore del passo dei nastri, con l’obiettivo di testarne la validità su alcuni casi pratici. Nelle citate istruzioni si indica: pf ≤ 3*t + bf dove, pf = interasse tra i nastri; t = spessore della volta; bf = larghezza dei nastri. Questa disuguaglianza prevede che per una volta di spessore 125 mm e nastri larghi 200 mm, l’interasse massimo è pari a 575 mm, vale a dire ricoprire la volta almeno per il 35%, mentre per una volta di spessore 250 mm e stessa larghezza dei nastri, l’interasse massimo è pari a 950 mm, vale a dire almeno il 21% di volta coperta. Sono stati elaborati una serie di modelli tridimensionali di volte a botte variando i parametri significativi quali, lo spessore, il diametro, e l’interasse tra i nastri. I modelli geometrici sono stati importati in programmi di calcolo strutturale agli elementi finiti e sono state effettuate analisi a rottura prevedendo l’applicazione di un carico in chiave in direzione radiale, sia su volte rinforzate che su volte non rinforzate. I modelli geometrici delle volte sono costituiti da un unico solido tridimensionale costituito da materiale omogeneo, isotropo e non lineare, poiché non resistente a trazione, in quanto si è trascurato il contributo alla resistenza della malta; mentre i nastri sono costituiti da elementi con comportamento a membrana e caratteristiche meccaniche del composito di riferimento, fibre di carbonio; sono state inoltre condotte analisi numeriche su un campione ridotto di modelli aventi stessa geometria dei precedenti, ma più particolareggiati, ottenuti per composizione di mattoni e inserendo superfici di attrito tra i lati contigui per garantire l’equilibrio, trascurando la presenza della malta, e con diverse ipotesi di carico. Ciò ha permesso di avere una maggiore quantità di dati da incrociare e interpretare, e di poter meglio osservare il meccanismo resistente e le modalità di rottura. Queste ultime infatti si presentano in maniera molto diversa da quella propria di una volta a botte non rinforzata, a causa del nuovo meccanismo resistente dovuto all’applicazione dei nastri. Infatti in una volta a botte non rinforzata la resistenza è affidata essenzialmente al peso proprio e ad accorgimenti costruttivi quali la costruzione dei frenelli e la presenza di materiale di riempimento; la rottura avviene per formazione di cerniere strutturali e conseguente innesco di un cinematismo e quindi perdita di equilibrio globale. In una volta a botte rinforzata invece i nastri irrigidiscono la porzione di volta su cui sono applicati, di conseguenza si può pensare di vedere la struttura composta da segmenti di volta a botte “ammorsati” ad archi più rigidi. L’applicazione dei nastri determina quindi il formarsi di un nuovo meccanismo resistente che conferisce alla struttura una maggiore resistenza rispetto all’ipotesi di assenza dei nastri, anche se, non in tutti i casi indagati tale vantaggio è rilevante. I dati finali sono proposti mediante alcuni abachi numerici attraverso i quali, ad esempio, viene evidenziata l’efficacia del sistema di rinforzo in funzione del diametro della volta e dell’interasse tra i nastri, lasciando fisso lo spessore della volta.
Indagine numerica sull'efficacia dell'utilizzo di nastri in materiali compositi fibrorinforzati applicati su volte cilindriche
BORRI, Antonio;CASTORI, GIULIO;
2009
Abstract
Il problema del consolidamento di strutture in muratura voltate, viene sempre più spesso affrontato mediante l’impiego di nastri di materiali compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) a fibre continue, applicati sulla muratura lungo direzioni efficaci. I vantaggi degli FRP sono molteplici: leggerezza, elevate proprietà meccaniche, caratteristiche anticorrosive. La disposizione dei nastri dipende dal tipo di struttura sulla quale si interviene, da fattori geometrici, estetici ed economici; e la loro azione è quella di “contenere” le deformazioni e impedire o rallentare la formazione di cerniere strutturali, e quindi l’innesco di un cinematismo che porterebbe la struttura al collasso, con lo scopo di aumentare il coefficiente di sicurezza . Il nastro reso solidale alla muratura conferisce alla struttura una resistenza locale a trazione prima assente o comunque trascurabile; la porzione di volta interessata dall’applicazione del nastro assume le caratteristiche di una struttura a sezione mista in cui le forze di compressione sono trasferite dalla muratura, mentre le forze di trazione dal nastro. In questa sede viene presentata un’indagine numerica sull’efficacia dell’utilizzo di nastri in materiali compositi fibrorinforzati, applicati all’estradosso di una volta a botte, disposti lungo la direttrice e in maniera diffusa in direzione della generatrice. Il lavoro prende spunto da un’analisi delle DT200/2004 del CNR, nelle quali è indicato il limite superiore del passo dei nastri, con l’obiettivo di testarne la validità su alcuni casi pratici. Nelle citate istruzioni si indica: pf ≤ 3*t + bf dove, pf = interasse tra i nastri; t = spessore della volta; bf = larghezza dei nastri. Questa disuguaglianza prevede che per una volta di spessore 125 mm e nastri larghi 200 mm, l’interasse massimo è pari a 575 mm, vale a dire ricoprire la volta almeno per il 35%, mentre per una volta di spessore 250 mm e stessa larghezza dei nastri, l’interasse massimo è pari a 950 mm, vale a dire almeno il 21% di volta coperta. Sono stati elaborati una serie di modelli tridimensionali di volte a botte variando i parametri significativi quali, lo spessore, il diametro, e l’interasse tra i nastri. I modelli geometrici sono stati importati in programmi di calcolo strutturale agli elementi finiti e sono state effettuate analisi a rottura prevedendo l’applicazione di un carico in chiave in direzione radiale, sia su volte rinforzate che su volte non rinforzate. I modelli geometrici delle volte sono costituiti da un unico solido tridimensionale costituito da materiale omogeneo, isotropo e non lineare, poiché non resistente a trazione, in quanto si è trascurato il contributo alla resistenza della malta; mentre i nastri sono costituiti da elementi con comportamento a membrana e caratteristiche meccaniche del composito di riferimento, fibre di carbonio; sono state inoltre condotte analisi numeriche su un campione ridotto di modelli aventi stessa geometria dei precedenti, ma più particolareggiati, ottenuti per composizione di mattoni e inserendo superfici di attrito tra i lati contigui per garantire l’equilibrio, trascurando la presenza della malta, e con diverse ipotesi di carico. Ciò ha permesso di avere una maggiore quantità di dati da incrociare e interpretare, e di poter meglio osservare il meccanismo resistente e le modalità di rottura. Queste ultime infatti si presentano in maniera molto diversa da quella propria di una volta a botte non rinforzata, a causa del nuovo meccanismo resistente dovuto all’applicazione dei nastri. Infatti in una volta a botte non rinforzata la resistenza è affidata essenzialmente al peso proprio e ad accorgimenti costruttivi quali la costruzione dei frenelli e la presenza di materiale di riempimento; la rottura avviene per formazione di cerniere strutturali e conseguente innesco di un cinematismo e quindi perdita di equilibrio globale. In una volta a botte rinforzata invece i nastri irrigidiscono la porzione di volta su cui sono applicati, di conseguenza si può pensare di vedere la struttura composta da segmenti di volta a botte “ammorsati” ad archi più rigidi. L’applicazione dei nastri determina quindi il formarsi di un nuovo meccanismo resistente che conferisce alla struttura una maggiore resistenza rispetto all’ipotesi di assenza dei nastri, anche se, non in tutti i casi indagati tale vantaggio è rilevante. I dati finali sono proposti mediante alcuni abachi numerici attraverso i quali, ad esempio, viene evidenziata l’efficacia del sistema di rinforzo in funzione del diametro della volta e dell’interasse tra i nastri, lasciando fisso lo spessore della volta.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
