Sistemi FRCM per il rinforzo strutturale

Ultimo aggiornamento: 19/03/2020 - Ing. Marco Quaini, Responsabile Tecnico Ruregold Srl, Gruppo Laterlite SpA - LECA - Ing. Simone Tirinato, Ricerca e Sviluppo Logical Soft - Riproduzione riservata

L'analisi applicativa di Ruregold

Nel corso della loro vita utile, gli edifici esistenti possono avere delle carenze di carattere strutturale, sia nei confronti delle azioni statiche, sia nei confronti delle azioni dinamiche. Questo può portare all’impossibilità di assolvere quelle funzionalità per le quali il corpo strutturale dell’edificio è stato originariamente concepito.

I motivi possono essere molteplici, in particolare si evidenziano i seguenti:

  • il degrado dei materiali che non consente più alle strutture esistenti di sostenere i carichi previsti, a causa della perdita delle caratteristiche meccaniche e prestazionali,
  • variazioni delle destinazioni d’uso all’interno della struttura esistente, questo porta ad un percorso dei carichi più impegnativo rispetto a quello previsto in condizioni originarie,
  • intervenire per la carenza di dettagli costruttivi negli elementi strutturali dell’edificio oggetto di intervento, a causa di condizioni di carico più gravose, per esempio l’effetto dell’azione sismica, e approcci normativi differenti rispetto alla progettazione passata.

L’incremento del carico di natura statica genera delle criticità sui singoli elementi strutturali che vengono direttamente impegnati da tale effetto (travi inflesse, pressoflessione di pilastri), mentre carichi di tipo orizzontale come l’azione sismica, impegnano anche quelle parti dell’edificio che interessano i collegamenti tra i singoli elementi strutturali (nodi trave – pilastro, nodo solaio – parete)  e pongono l’attenzione su alcuni criteri di progettazione, che mettono in discussione sia i dettagli costruttivi degli edifici esistenti presenti nel nostro patrimonio edilizio, sia le carenze progettuali di cui sono soggette molte delle nostre strutture.

Prova TRAVILOG per il progetto dei rinforzi strutturali

L’obiettivo di alcune tipologie di rinforzi strutturali può essere individuato nelle seguenti:

  • incremento della resistenza di elementi strutturali,
  • incremento della duttilità sia a livello locale che globale della struttura.

Uno degli aspetti più rilevanti nell’impiego di alcuni sistemi di rinforzo strutturale risiede nella capacità di possedere un ottimale rapporto peso/resistenza e caratteristiche di anisotropia del rinforzo costituente, questo consente ad alcuni materiali di natura strutturale – i materiali compositi – di essere indirizzati nelle direzioni volute, ed intervenire (anche solo localmente se necessario) in modo “chirurgico”, sulla base dei principi di progettazione che discendono dalla scienza e tecnica delle costruzioni tradizionale.

Comportamento dei sistemi FRCM

I sistemi di rinforzo FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) presentano un legame costitutivo a trazione uniassiale differente rispetto a quello dei sistemi FRP (Fiber Reinforced Polymers) con matrice organica.

Infatti, il sistema FRP si configura in una posizione intermedia in termini di comportamento tra quello della matrice organica – tipicamente resina epossidica – e quello delle fibre di rinforzo, con caratteristiche di legame costitutivo elastico lineare.

Legame costituivo elastico lineare per FRP
Legame costituivo elastico lineare per FRP
Legame costituivo non lineare per FRCM
Legame costituivo non lineare per FRCM

Mentre i sistemi FRCM, di maggiore innovazione rispetto ai consolidati sistemi FRP, presentano un legame costitutivo caratterizzato da una prima fase nella quale contribuisce il ruolo della malta/matrice inorganica, seguita da uno sviluppo fessurativo all’interno della matrice stessa e poi il residuale contributo della sola rete secca.

Tale comportamento, evidenzia una pseudo – duttilità degli FRCM rispetto ai sistemi FRP, che si manifesta in un vantaggio in termini di duttilità locale del materiale di rinforzo, applicato all’elemento strutturale oggetto di intervento. Tale duttilità locale avrà poi degli effetti positivi se declinata all’individuazione della duttilità globale di sistema, un approccio ricercato in tutti gli elementi strutturali che hanno necessità di dissipare energia, e disporre di capacità di deformazione in relazione alla presenza di condizioni gravose di carico, per esempio l’azione sismica.

La normativa per i sistemi di rinforzo strutturale

Lo strumento normativo impiegato in ambito progettuale sono le Norme Tecniche delle Costruzioni di cui al D. M. 17/1/2018. Nel capitolo 12 delle NTC 2018 si contempla l’opportunità di impiegare norme di progettazione di comprovata validità, per tutti quei sistemi che non sono trattati all’interno delle NTC 2018, purché si garantiscano gli stessi livelli di sicurezza delle norme tecniche.

Tra questi documenti di comprovata validità, ci sono le Istruzioni del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e le Linee Guida di Progettazione del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (CSLP).

Si impiegano dal punto di vista della progettazione, nel caso dei sistemi FRP, le Linee Guida di Progettazione del luglio 2009 del CSLP e le Istruzioni DT200R1/2013 del CNR, mentre nel caso dei più recenti sistemi FRCM si impiegano le Linee Guida di Progettazione del CSLP di ottobre 2019 e le rispettive Istruzioni DT215/2018 del CNR.

Parallelamente a questo processo normativo in ambito progettuale, il capitolo 11 delle NTC 2018 prevede la necessità da parte del Direttore dei Lavori di accettare i sistemi di rinforzo strutturale impiegati, a seguito di un processo di qualificazione sostenuto dal fabbricante.


Accettazione e controllo per FRP ed FRCM

Nel caso dei sistemi FRP si fa riferimento alle Linee Guida per l’identificazione, qualificazione e controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice polimerica del CSLP di luglio 2015 e successivamente aggiornate nel maggio 2019.

Invece nel caso dei sistemi FRCM si fa riferimento alle Linee Guida per l’identificazione, qualificazione e controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice inorganica del CSLP di dicembre 2018 e pubblicate nel gennaio 2019.

Il documento che il Direttore dei Lavori dovrà accettare in cantiere da parte del fabbricante è quello definito mediante l’acronimo C.V.T. (Certificato di Valutazione Tecnica). In alternativa a tale documento, si potrà richiedere la D.O.P. (Declaration of Performance) con rispettiva marcatura CE del sistema oggetto di rinforzo.

Nel caso dei sistemi FRP, Ruregold possiede all’interno della sua gamma, tutti i CVT secondo le Linee Guida del CSLP sopra indicate.

Nel caso dei sistemi FRCM, a seguito di un decreto di proroga (Decreto del CSLP 3/12/2019) riferito al periodo transitorio di 12 mesi, Ruregold ha attivato, ed è in corso di conclusione, l’intero processo di qualificazione secondo le Linee Guida sopra indicate, propedeutico all’ottenimento del C.V.T. per i rispettivi sistemi di rinforzo strutturale.

Parallelamente a questo processo di qualificazione, Ruregold è stata la prima azienda in Italia a porre particolare attenzione alla qualificazione di questi sistemi di rinforzo strutturale FRCM.

Infatti, già a partire dal 2011, con l’Università di Miami (Florida – USA), Ruregold ha attivato un processo di qualificazione di alcuni suoi sistemi FRCM, in mancanza di un inquadramento normativo di carattere nazionale, ed in accordo a quanto riportato con il capitolo 12 delle NTC 2018.

In questo modo, Ruregold ha ottenuto per alcuni suoi sistemi FRCM con fibre di PBO e Carbonio rispettivamente, l’Evaluation Service Report (ESR n°3265) rilasciato da ICCS – ES (International Code Council – Evaluation Report) secondo le Linee Guida USA AC 434 (Acceptance criteria for masonry and concrete strengthening using fabric – reinforced cementitious matrix FRCM composite systems) per la qualificazione di compositi fibrorinforzati FRCM a matrice inorganica.

È inoltre da sottolineare che la norma AC 434, rispetto alle Linee Guida di Qualificazione del CSLP, prevede anche delle ulteriori prove su elementi strutturali in scala reale, quali travi in Calcestruzzo Armato rinforzate a flessione e taglio, pilastri pressoinflessi e pannelli murari rinforzati a taglio e pressoflessione nel piano e fuori piano.

I sistemi FRCM Ruregold

I sistemi di rinforzo FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) di Ruregold sono sistemi compositi a basso spessore per strutture in calcestruzzo armato o muratura che sostituiscono i più tradizionali interventi di rinforzo spesso invasivi dal punto di vista statico ed estetico.

Ruregold ha introdotto un’innovazione mondiale nel campo dei rinforzi strutturali FRCM, introducendo diverse tipologie di sistemi.

Nei sistemi di rinforzo Ruregold vengono impiegati due diversi tipi di fibre, PBO (poli – parafenilen – ben – zobisaxolo) e Carbonio. Entrambi i materiali costituenti, presentano delle proprietà meccaniche ad alte prestazioni in grado di assorbire elevate condizioni di carico.

Le malte tecniche impiegate, differenziate nella formulazione per ciascun specifico sistema di rinforzo, consentono un’efficace adesione alle reti/tessuto secco e al substrato (calcestruzzo o muratura) con il quale vengono applicate.

Vantaggi dei sistemi FRCM in PBO

I principali vantaggi dei sistemi FRCM in PBO di Ruregold sono i seguenti:

  • legame costitutivo tipico di un FRCM con grandi capacità fessurative,
  • leggerezza del sistema,
  • impiego in ambiente aggressivo,
  • semplicità e facilità di messa in opera,
  • bassi oneri di cantiere,
  • traspirabilità del sistema,
  • adattamento a tutte le forme degli elementi strutturali,
  • atossicità,
  • sistema reversibile,
  • ampio intervallo come temperature di esercizio.
Legame costituivo da trazione uniassiale per FRCM
Legame costituivo da trazione uniassiale per FRCM
Resistenza a flessione in funzione della temperatura
Resistenza a flessione in funzione della temperatura

Soluzioni innovative per strutture sicure

Ruregold possiede una profonda conoscenza del mercato della ricostruzione edile e un rilevante know-how delle soluzioni per il rinforzo strutturale.

Ruregold concentra le proprie energie nell’evoluzione di nuovi sistemi per il rinforzo delle strutture in calcestruzzo e muratura con materiali compositi d’eccellenza, in particolare la gamma FRCM che, per prima al mondo, ha ottenuto la certificazione di validazione a livello internazionale, conforme alla linea guida ACI 549 statunitense.

Questo significa offrire un accurato supporto ai progettisti che intendono affidarsi alle innovative tecnologie di Ruregold, le quali hanno già dimostrato, con referenze provate, la loro validità antisismica e l’incremento della sicurezza nei rinforzi delle strutture.

Con il nuovo millennio, Ruregold ha introdotto un’innovazione mondiale nel campo dei rinforzi strutturali proponendo una serie di sistemi di rinforzo con materiali compositi in fibra di carbonio C-MESH e successivamente in fibre strutturali di nuova generazione (pbo: poli-parafenilenben-zobisoxazolo) PBO-MESH, che impiegano come adesivo una matrice inorganica superando tutti i limiti delle resine epossidiche in termini di efficacia, applicabilità e durabilità. Questi materiali, rispetto ai tradizionali FRP, sono ecosostenibili grazie al trascurabile impatto sull’ambiente e sulla salute degli operatori; a differenza delle resine epossidiche che contengono sostanze nocive per l’uomo e inquinanti per l’ambiente.

I sistemi Ruregold vengono sviluppati grazie alla ricerca e allo studio approfondito del problema e della sua soluzione, con un ingente investimento nel Centro Ricerche, ottenendo nel tempo importanti brevetti e certificazioni a livello internazionale; nel settore dei Rinforzi Strutturali FRCM Ruregold ha ottenuto la Certificazione USA ACI 549.4R-13 e la certificazione di prodotto AC 434 rilasciata da International Code Council Evaluation Service, USA.

Ruregold collabora con prestigiose Università internazionali, studi professionali.

Le linee di prodotto Ruregold vantano una grande esperienza derivante dal know-how acquisito.

Esempio di rinforzo strutturale con FRCM per un ponte stradale
Esempio di rinforzo strutturale con FRCM per un ponte stradale

Il progetto dei rinforzi strutturali con TRAVILOG

Rappresentare correttamente la realtà è una parte fondamentale della valutazione della sicurezza e questa regola non vale solo per i materiali esistenti, ma vale anche nel capire come le azioni arrivano a terra e quale gradi di iperstaticità è in grado di sviluppare davvero un nodo o un vincolo.

Partendo dall’assunto che esiste un solo modo corretto di rappresentare la realtà e diversi modi per rappresentare singole informazioni o comportamenti della struttura si arriva a capire che lo schema di calcolo è già un primo risultato di coerenza e affidabilità del modello di calcolo che vogliamo utilizzare. Il paragrafo 8.5 delle NTC 2018 ricorda:

 8.5. DEFINIZIONE DEL MODELLO DI RIFERIMENTO PER LE ANALISI
Nelle costruzioni esistenti le situazioni concretamente riscontrabili sono le più diverse ed è quindi impossibile prevedere regole specifiche per tutti i casi. Di conseguenza, il modello per la valutazione della sicurezza dovrà essere definito e giustificato dal progettista, caso per caso, in relazione al comportamento strutturale atteso […]

Questa scelta si traduce in due domande essenziali: quali strutture portano i carichi verticali? Quali strutture rispondono con le loro capacità alle azioni orizzontali? Un altro esempio, forse più fine, ma dello stesso tenore è dato dalle travi e dai nodi di connessione: è un vincolo iperstatico o un semplice appoggio? Governare questa scelta e di conseguenza i parametri di calcolo che ne derivano è importante per rappresentare e soprattutto valutare correttamente la realtà. Inserire nello schema statico cerniere parziali è una possibile soluzione che affina il modello di calcolo verso il reale comportamento della struttura.

Un secondo esempio è dato dalla schematizzazione dell’interazione suolo/struttura. Scegliere di modellare dei vincoli di incastro porta a non considerare l’effetto di ‘smorzamento’ dato dal sistema di fondazione e dal terreno e in genere a sovra valutare le azioni sollecitanti al piede dei pilastri, ma porta anche a non valutare il comportamento reale del terreno compresi i cedimenti che si hanno al di sotto della struttura.

TRAVILOG restituisce al professionista il controllo di queste scelte in un ambiente semplice da governare che integra modellazione, calcolo e verifica.

A valle di un’analisi lineare condotta su una struttura, tra le verifiche che caratterizzano la sicurezza della struttura o più in generale il suo comportamento globale si possono evidenziare:

  • i risultati dell’analisi dinamica modale,
  • la verifica delle non linearità geometriche,
  • le verifiche di spostamento di interpiano,
  • i cedimenti in fondazione.
Verifica strutturale e progetto degli interventi con TRAVILOG per un ponte stradale
Verifica strutturale e progetto degli interventi con TRAVILOG per un ponte stradale

Analizzare i risultati dell’analisi modale ci permette di studiare la regolarità della struttura e viceversa di validare lo schema statico utilizzato per rappresentarla. I periodi di vibrazione e le partecipazioni modali consentono di leggere la risposta della struttura ai diversi meccanismi di ‘attivazione’ della struttura studiati per frequenze proprie di ‘risonanza’.

TRAVILOG consente di effettuare analisi lineari e non lineari e fornisce strumenti di lettura dei risultati chiari e rapidi.

Definite le caratteristiche globali per la struttura in analisi è opportuno condurre le verifiche dei singoli elementi strutturali:

  • verifiche a taglio
  • verifiche dei nodi trave-pilastro
  • verifiche a flessione/pressoflessione
  • verifiche rotazionali

Con TRAVILOG è possibile progettare le soluzioni di intervento che più rispondono alle esigenze del singolo caso: schematizzare gli isolatori sismici, modellare i sistemi di controventatura e ancora inserire nel modello i sistemi di rinforzo FRP e FRCM.

Per i sistemi di rinforzo FRP TRAVILOG esegue le verifiche secondo le specifiche delle Linee Guida di Progettazione del luglio 2009 del CSLP e le Istruzioni DT200R1/2013 del CNR, per i sistemi FRCM TRAVILOG segue le Linee Guida di Progettazione del CSLP di ottobre 2019 e le rispettive Istruzioni DT215/2018 del CNR.

Progetto dei rinforzi strutturali con sistemi FRCM in TRAVILOG
Progetto dei rinforzi strutturali con sistemi FRCM in TRAVILOG

TRAVILOG  è il software BIM per il calcolo strutturale e il progetto antisismico degli edifici ed effettua tutte le verifiche i passaggi necessari al progetto e alla verifica degli interventi locali analizzati in questo focus.

Intervenire sull'edilizia esistente è molto frequente nell'attività professionale ed è un'opportunità da cogliere anche grazie al bonus Ristrutturazioni e al Sismbonus.

TRAVILOG  è pienamente conforme alla normativa di riferimento in materia di progetto di nuove costruzioni e di ristrutturazioni edilizie, consente così di cogliere tutti gli incentivi fiscali disponibili per interventi locali, ristrutturazione di singole unità e di condomini, calcolando la classe di rischio sismico prima e dopo l'intervento.

Prova TRAVILOG per il progetto dei rinforzi strutturali

Marco Quaini - Ingegnere Civile Strutturista

Marco Quaini

Ingegnere Civile Strutturista

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Svolgo l’attività di Responsabile Tecnico nella società Ruregold Srl, controllata di Laterlite Spa (LECA) nella quale mantengo la mansione di Product Manager per lo sviluppo di soluzioni declinate al rinforzo e consolidamento strutturale.
Ho partecipato in passato a progetti di successo nell’ambito del consolidamento strutturale di solai esistenti, con l’introduzione di sistemi di connessione a taglio e collegamento solaio – parete da accoppiare a calcestruzzi strutturali leggeri, ormai ben noti nel mondo della ristrutturazione strutturale delle partizioni orizzontali (LECA CLS 1400, LECA CLS 1600, LECA CLS 1800 e CentroStorico).
L’acquisizione della società Ruregold Srl da parte di Laterlite Spa mi ha coinvolto in prima persona nell’intero coordinamento dell’area tecnica, in tema di prodotti e soluzioni destinati al rinforzo strutturale mediante materiali compositi, in particolare, gli innovativi sistemi FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) dei quali ho seguito l’intera qualificazione ministeriale ed il loro ruolo in ambito progettuale. A partire da fine 2019 sono iscritto all’American Concrete Institute (ACI) per la quale sono attivo in alcuni gruppi di lavoro.
Svolgo un ruolo di docenza in diversi appuntamenti organizzati a livello aziendale, sia di formazione interna, che esterna presso gli Ordini Professionali in ambito nazionale.
Mi sono laureato presso l’Università degli studi di Pavia con un’influenza formativa fortemente orientata all’Ingegneria Sismica e sono iscritto all’ordine degli Ingegneri di Pavia.


Simone Tirinato - Ingegnere civile

Simone Tirinato

Ingegnere civile

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Ingegnere civile dedicato al calcolo strutturale.
Svolgo l’attività di analista strutturale per lo sviluppo di codici di calcolo strutturali per il software TRAVILOG di Logical Soft srl, nello specifico per l’analisi statica e sismica di edifici nuovi ed esistenti in calcestruzzo armato, muratura, acciaio e legno.
Ho coordinato lo sviluppo degli applicativi per dispositivi mobili per il rilievo delle criticità energetiche e strutturali nell'edilizia scolastica e residenziale ideati da ENEA: Safeschool4.0 e Condomini+4.0.
Ho svolto attività di analisi per lo sviluppo degli algoritmi di calcolo del software ACUSTILOG di Logical Soft srl per la valutazione previsionale dei requisiti acustici passivi di un edificio e per la classificazione acustica.
Svolgo attività di docenza e formazione sui temi dell’analisi strutturale, della vulnerabilità sismica e della riqualificazione del patrimonio esistente anche attraverso i bonus fiscali sul territorio nazionale, in ambito professionale e in collaborazione con Ordini Professionali.
Svolgo inoltre attività di supporto alla didattica per il corso "Strutture e criteri di progettazione antisismica" nel corso di Laurea Magistrale di Architettura al Politecnico di Milano.
Come libero professionista svolgo attività di progettazione strutturale, direzione lavori strutturali e consulenza per analisi strutturale in edilizia civile e industriale.
Svolgo infine attività di consulenza in ambito comunale in regione Lombardia per l’attività di controllo delle pratiche edilizie in ambito sismico previste dal sistema MUTA.