Un contributo alla progettazione di interventi di rinforzo di strutture in muratura con materiali compositi: indagine sperimentale e modelli teorici

Abstract

Gli edifici in muratura sono ancora piuttosto diffusi anche in zone ad elevata sismicità, come i Paesi del bacino del Mediterraneo ed altre zone del mondo recentemente colpite da terremoti anche di notevole intensità. Ragion per cui, il rinforzo strutturale di elementi portanti in muratura è spesso necessario per incrementare la resistenza sismica, anche in accordo ai moderni codici normativi. Il rinforzo a taglio di pannelli in muratura ed il confinamento delle colonne, sono alcuni degli interventi più comuni per incrementare la resistenza alle forze laterale della struttura ed aumentare la resistenza di elementi prevalentemente compressi, per far fronte al notevole incremento di sollecitazioni dovuto alle oscillazioni sismiche. L’uso di materiali compositi fibrorinforzati a tali scopi è una delle possibili soluzioni, caratterizzata da un insignificante incremento dei pesi strutturali. Diverse tipologie di materiali compositi sono attualmente utilizzati nell’edilizia civile, d’altra parte c’è un’enorme variabilità di tipologie di muratura, sia in termini di materiali che di tessitura, come si evince dalle strutture esistenti. Conseguentemente e anche per la scarsa sperimentazione disponibile a riguardo, le formule predittive reperibili per la muratura rinforzata con FRP sono al momento molto meno affidabili delle corrispettive formulazioni per elementi in calcestruzzo. Inoltre, pochissimi sono i codici normativi specifici per il rinforzo di elementi in muratura con materiali compositi. Il recente documento tecnico CNR 200 è tra i pochi, anche in ambito internazionale, a coprire tale campo le cui formulazioni presentate sono suscettibili di ulteriori migliorie. Sulla base di tali considerazioni, la prima parte della tesi indaga il comportamento di interfaccia tra tessuti in materiali compositi su varie tipologie di elementi in muratura. Sono dapprima presentati i risultati di un’ampia campagna sperimentale condotta dall’autore presso il Laboratorio di Ingegneria Strutturale dell’Università di Salerno. In particolare sono stati analizzati tessuti a base di fibre di vetro e di carbonio incollate al supporto con resina epossidica e rete a base di fibre di carbonio messa in opera con malta minerale (sistema CFRCM). Sono state utilizzate murature sia artificiali (laterizio) sia naturali (tufo, calcarenite e pietra calcarea) che, in via preliminare, sono state caratterizzate in termini di resistenza a compressione, trazione e modulo di Young. La scelta delle murature è stata dettata dal fatto che risultano tra le più diffuse proprio in Italia meridionale. Il lavoro è poi dedicato all’esposizione e discussione dei risultati sperimentali delle prove di aderenza condotte. Infine, i risultati sperimentali, sono stati utilizzati per la determinazione di una formula predittiva alternativa per la valutazione della massima forza di aderenza. Avendo determinato in maniera piuttosto precisa le principali caratteristiche meccaniche della muratura, si è potuto, infatti, pervenire ad una formulazione piuttosto vicina all’evidenza sperimentale. La seconda parte della tesi è finalizzata a ricavare e calibrare una formula di progetto per ricavare la resistenza a compressione di colonne in muratura confinate con FRP. Dopo una breve introduzione sui concetti fondamentali riguardanti il confinamento in generale e la sua applicabilità ad elementi in calcestruzzo e muratura, viene raccolto e presentato un ampio database di prove sperimentali. Il database è stato ricavato raccogliendo prove reperibili in bibliografia e prove presentate dallo stesso autore in un recente articolo su rivista. Tale database è stato dapprima utilizzato per testare e validare alcune delle più diffuse formulazioni disponibili per la valutazione della massima resistenza a compressione di elementi confinati, tra cui anche quei pochi disponibili per la muratura confinata con FRP. I modelli analizzati hanno mostrato un’eccessiva dispersione ed una valutazione della resistenza a compressione spesso a svantaggio di sicurezza, e sono spesso calibrati per un solo tipo di muratura di base. E’stata proposta per questo una formula generale calibrata sui dati sperimentali. In linea di principio sono stati possibili diversi livelli di accuratezza nella calibrazione della relazione, in dipendenza dal numero di parametri coinvolti: più sono i parametri calibrati sperimentalmente, più accurata è la corrispettiva formulazione. Infine, sono state proposte tre diverse formulazioni alternative per la valutazione della resistenza a compressione di colonne in muratura confinate con FRP, che permettono diversi livelli di approssimazione in termini di errore medio e dispersione. [a cura dell'autore]