Griglia Rinforzi nei pannelli
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- In questa griglia si assegnano i rinforzi ai pannelli, specificando il tipo di rinforzo da applicare sul paramento, preventivamente definiti nelle caratteristiche generali nella griglia Tipi di rinforzi, e l’eventuale rinforzo con iniezioni di malta. Nella griglia sono riportati i fattori di incremento delle caratteristiche meccaniche della muratura attribuibili ai rinforzi e i valori finali delle stesse. Questi effetti possono essere ottenuti in automatico dal programma, in base alle correlazioni di letteratura, oppure impostati autonomamente dall'utente.
- Il programma consente l'applicazione delle più diffuse tecniche di rinforzo strutturale attualmente disponibili per i pannelli murari. Sono previste alcune tipologie classiche come l’affiancamento murario e l’intonaco armato, che comportano un aumento di spessore, bilaterale o monolaterale, da specificare per ogni pannello. Sono disponibili anche gli intonaci armati di nuova tecnologia (FRCM, SRG e CRM), i placcaggi con fibre in composito o in accaio (FRP, SRP), le ristilature armate dei giunti con fili di acciaio (RIA) o in fibra (RIF), le cuciture attive in lamine di acciaio pretese (CAM).
Ogni intervento ha i suoi pro e contro, in termini di prestazioni meccaniche, durabilità, invasività o anche di reversibilità quando questa prestazione fosse richiesta. Inoltre, per gli interventi riguardanti edifici di interesse storico, deve essere attentamente valutata la compatibilità generale con le esigenze di tutela e conservazione.
L’affiancamento murario è probabilmente una delle tecniche più antiche e consiste nell’affiancare in aderenza ad una muratura debole, una muratura di nuova costituzione, avendo cura di realizzarne anche la connessione trasversale. In questo modo si realizza una muratura sandwick le cui caratteristiche meccaniche possono ottenersi da una media pesata sugli spessori delle caratteristiche delle murature componenti.
La ristilatura armata consiste nello scarificare i giunti di malta per una profondità di 4-5 cm, facendo passare all'interno di essi una maglia continua di sottili funi in acciaio o in fibra, da solidarizzare alla muratura con connettori trasversali e successivamente da ricoprire con miscele di malta fino al riempimento del giunto. Punti di forza di tale tecnica sono la buona reversibilità dell'intervento e la possibilità di mantenere la muratura a faccia vista, caratteristica molto apprezzata per il rinforzo di murature storiche e di pregio. Il rinforzo è espressamente previsto nella tabella C8.5.II della Cm2019, che definisce i coefficienti correttivi da applicarsi alle caratteristiche di resistenza delle murature rinforzate con tale tecnica, raccomandando per i moduli elastici l'adozione di valori d'incremento ridotti del 50%.
Gli intonaci armati di nuova tecnologia (FRCM, SRG e CRM) ripropongono i concetti di base dell’intonaco armato tradizionale, ma ricollocati nell’ambito di sistemi certificati che consentono di superarne alcuni limiti riconosciuti, quali la durabilità nel tempo, la scarsa traspirabilità e la ridotta compatibilità con strutture murarie di interesse storico-monumentale. La comune rete elettrosaldata viene quindi sostituita da reti in fibra o di acciaio inossidabile, il betoncino dei paramenti si ottiene con malte speciali e le legature vengono realizzate con tecniche e componenti ottimizzati. L'effetto del rinforzo è valutato pannello per pannello, determinando i fattori correttivi delle resistenze e dei moduli elastici della muratura rinforzata, considerando il contributo dovuto alla rete (aree efficaci e resistenza a trazione) e il contributo dovuto ai paramenti (qualità della matrice e relativi spessori).
I placcaggi con fibre in composito (FRP) o reti in accaio (SRP) sono applicati con matrici organiche (resine epossidiche, poliuteraniche, ecc.) con una disposizione in genere discontinua sulla superficie della muratura, mediante strisce distanziate di una determinata larghezza poste in due direzioni. In questo caso il contributo della matrice è del tutto trascurabile e l’effetto del rinforzo è dovuto esclusivamente all’area efficace delle fibre o della rete metallica.
Il sistema delle cuciture attive (CAM) è costituito da una maglia tridimensionale di nastri in acciaio inox, leggermente pretesi, che producono un effetto di precompressione triassiale sulle murature. Permette buoni incrementi di resistenza e duttilità ed è molto indicato per murature con scarsa connessione trasversale fra i paramenti. Non consente però la conservazione del faccia a vista.
- Rinforzi sui paramenti
- Nella seconda colonna è possibile aprire una tendina con i tipi di rinforzo disponibili per l'applicazione sui paramenti laterali del pannello. Questi tipi di rinforzo sono già presenti nell'impostazione predefinita (come visibile nella figura seguente), ma naturalmente possono essere particolareggiati ed integrati nella griglia Tipi di rinforzo.
- Se si vuole applicare al pannello un rinforzo di questo tipo, bisognerà selezionarlo nella lista a tendina che si apre nella seconda colonna. Per gli affiancamenti murari e gli intonaci armati occorre specificare anche gli spessori del paramento a sinistra e a destra della muratura originaria. Assegnando uno spessore nullo si possono inserire paramenti solo su un lembo della muratura. Assegnando valori diversi per lo spessore a sinistra e a destra si possono definire interventi asimmetrici. Si tenga presente però che l’efficacia di un intervento di incamiciatura con intonaco armato si basa in genere sull’effetto di contenimento laterale prodotto dai due paramenti, opportunamente ancorati fra loro con armature passanti nel corpo della muratura originaria.
- Nella colonna drp si può stabilire se il rinforzo sui paramento deve essere:
- bilaterale,
- solo al lato sinistro, in questo caso lo spessore a destra è annullato automaticamente,
- solo al lato destro, in questo caso lo spessore a sinistra è annullato automaticamente.
- Le altre caratteristiche peculiari del rinforzo sono contenute nella definizione del tipo (vedi griglia Tipi di rinforzo), come il tipo di muratura di affiancamento, il passo e le legature trasversali per le reti elettrosaldate, il passo e l’area delle nervature per i rinforzi in fibre o tramite cuciture attive.
- Nel disegno dei prospetti e della vista solida i rinforzi tipo affiancamento murario ed intonaco armato sono resi col disegno dei paramenti aggiuntivi, i rinforzi Frp e Cam sono invece resi con una lieve variazione del colore della muratura. Nel disegno piante, sono visibili i nastri Cam che attraversano lo spessore del pannello, secondo l’interasse assegnato.
- Rinforzi con iniezioni
- Il programma mette in conto l’effetto delle iniezioni come miglioramento della malta esistente sulla muratura originaria. Se non si applicano rinforzi con iniezioni, si sceglierà l'opzione nulla "-", corrispondente all'assenza di iniezioni. Altrimenti si selezionerà l'opzione corrispondente alla qualità equivalente di malta che risulta dall’esecuzione delle iniezioni, secondo le sigle utilizzate nelle norme (lettera M seguita dal valore della resistenza media a compressione in N/mmq).
- L’effetto massimo si ottiene assegnando la qualità più elevata. L’effetto migliorativo è nullo se si assegna una malta equivalente di qualità minore o uguale a quella presente nella muratura originaria.
- Nel disegno dei prospetti e delle piante, la presenza di iniezioni è resa mediante una caratteristica fillatura.
Blocco dei valori meccanici
- Contrassegnando la casella sulla colonna [B] si disabilitano le funzioni di correlazione automatica e l’utente può impostare in maniera autonoma i valori per la resistenza a compressione f, a taglio fv e per i moduli elastici normale E e tangenziale G. In alternativa, può assegnare i fattori di incremento if, ifv, iE, iG, iDu rispetto ai valori della muratura originaria.
- Fattori di incremento
- Nelle colonne if, ifv, iE, iG, iDu si riportano i fattori di incremento per la muratura rinforzata, espressi come rapporto fra il valore meccanico della muratura rinforzata e il valore meccanico della muratura originaria, per le grandezze di riferimento indicate. In particolare iDu rappresenta il fattore di incremento per le duttilità limiti. I fattori d’incremento per murature non rinforzate sono tutti pari ad uno.
- Valori meccanici della muratura rinforzata
- A meno che non si blocchi la funzione di correlazione automatica, il programma propone per ogni rinforzo definito le caratteristiche meccaniche della muratura rinforzata, in termini di resistenza a compressione f, a taglio fv e in termini di modulo elastico normale E e tangenziale G. L’utente può accettare o meno i valori proposti dal programma. Cliccando nella casella [B], l’utente blocca la funzione di correlazione automatica e può impostare valori autonomi per le caratteristiche meccaniche f, fv, G ed E. Può anche modificare direttamente la grandezza meccanica (sia in presenza, sia in assenza di rinforzi) e, in questo caso, il programma appone automaticamente il segno di blocco nella casella [B].
- In analogia alla griglia dei tipi di murature, i valori delle resistenze f e fv rappresentano valori medi, nel caso la muratura sia esistente, oppure valori caratteristici, nel caso la muratura sia nuova.
- In ogni caso, il pannello interviene nell’analisi e nelle verifiche con i valori meccanici riportati nelle ultime quattro colonne e con i valori limiti di duttilità incrementati di iDu.
- Affiancamento murario
- Nel caso di affiancamento murario, i valori proposti sono ricavati in base ad una media pesata sugli spessori fra le caratteristiche della muratura d’anima, eventualmente migliorata per l’effetto iniezioni, e il materiale che costituisce i paramenti esterni.
- Intonaci armati tradizionali e iniezioni di malta
- Nel caso di iniezioni di malta e di intonaci armati tradizionali il programma incrementa i valori di resistenza e dei moduli elastici secondo le indicazioni riportate in tab.11.D.2/Opcm 3431, tab.C8A.2.2/CM2009, tab.C8.5.II/CM2019 (in funzione delle normativa selezionata), differenziati in base alle caratteristiche della muratura e della malta originaria.
- L’influenza della resistenza a trazione della rete viene valutata direttamente nel calcolo del momento resistente ultimo, nell’ipotesi di aderenza efficace tra paramento e muratura.
- Intonaci armati di moderna tecnologia
- Nel caso di intonaci armati di più moderna tecnologia (FRCM, SRG e CRM, SRP) il programma calcola il contributo del rinforzo in base alle Istruzioni CNR-DT 200 e su questa base valuta i fattori di incremento delle resistenze originarie e dei moduli elastici. L’influenza della resistenza a trazione della rete viene valutata direttamente nel calcolo del momento resistente ultimo, nell’ipotesi di aderenza efficace tra paramento e muratura.
- Compositi fibro-rinforzati
- Nel caso di rinforzo con materiali compositi fibro-rinforzati, si suppone che la resistenza a compressione non abbia incrementi, la resistenza a taglio abbia un incremento valutato con la formula proposta al punto 5.19 delle Istruzioni CNR-DT 200, e i moduli elastici E e G abbiano incrementi proporzionali all’incremento della resistenza tangenziale.
- L’influenza della resistenza a trazione dei rinforzi Frp viene valutata direttamente nel calcolo del momento resistente ultimo, nell’ipotesi di aderenza efficace tra rinforzo e muratura.
- Cuciture attive Cam
- Il rinforzo con cuciture attive produce effetti migliorativi sulle caratteristiche meccaniche della muratura sui cui è applicato che possono essere ricondotti ai seguenti:
- effetto di contenimento laterale,
- effetto dovuto alla presenza di armatura,
- effetto di precompressione.
- Nel programma la definizione del rinforzo richiede la specificazione dei passi verticale ed orizzontale dei nastri, l’area del nastro, la tensione di snervamento e la tensione di precompressione. Non viene richiesto il numero di avvolgimenti che però può essere tenuto in conto assegnando direttamente una area di nastro moltiplicata per il numero di avvolgimenti.
- Effetto di contenimento laterale.
- La cerchiatura di un pannello murario con i nastri di acciaio del sistema Cam produce un effetto di legatura trasversale dei paramenti murari e quindi è assimilabile ad un miglioramento della connessione trasversale. Sono quindi utilizzabili i coefficienti correttivi euristici proposti in tab.11.D.2/Opcm 3431, tab.C8A.2.2/CM2009, tab.C8.5.II/CM2019 (in funzione delle normativa selezionata), da applicare ai parametri meccanici della muratura, quando siano presenti determinate caratteristiche qualitative (malta buona, ricorsi e listature, buona connessione trasversale dei paramenti) o di rinforzo (intonaco armato, iniezioni di malta).
- In particolare, il miglioramento della connessione trasversale è valutato tenendo presente il grado di connessione trasversale definito per la muratura originaria e il coefficiente amplificativo euristico che si ottiene dai valori tabellati è applicato alla resistenza a compressione, al modulo elastico normale E e al modulo elastico tangenziale G, ma non alla resistenza tangenziale, valutata separatamente in base a correlazioni proposte in letteratura (vedi punto seguente).
- Effetto dovuto alla presenza di armatura: contributo alla resistenza tangenziale e alla duttilità.
- La presenza dei rinforzi CAM dà sia un contributo Vs al taglio resistente (valutato attraverso relazioni ancora oggetto di studio e di confronto con dati delle prove sperimentali), sia un contributo alla duttilità.
- In particolare nel programma sono presenti due possibili approcci:
- il primo è un approccio in cui la maglia dei nastri si considera efficace in entrambe le direzioni, lo chiameremo quindi approccio bidirezionale con maglia efficace orizzontale+verticale,
- il secondo è un approccio in cui la maglia dei nastri si considera efficace solo in direzione orizzontale, lo chiameremo quindi approccio monodirezionale con maglia efficace solo in orizzontale.
- La scelta fra l'uno e l'altro si esegue nel foglio delle Opzioni di analisi
- In entrambi i casi, il contributo viene integrato con l'effetto dovuto alla pretensione dei nastri verticali, così come assegnato nella definizione del rinforzo, che si somma alla tensione dei carichi verticali e incrementa la resistenza tangenziale di calcolo.
- Nel calcolo dei momenti ultimi del maschio in direzione longitudinale e trasversale la presenza dei rinforzi Cam consente di inserire un ulteriore termine che esprime il contributo del rinforzo come armatura tesa.
- Per quanto riguarda l’incremento della duttilità ultima si fa riferimento ai valori prescritti per la muratura armata, che sono più alti del 50% rispetto a quelli prescritti per la muratura ordinaria.
- Le Ntc08 (punti 7.3.7.2, 7.8.2.2 e 7.8.3.2) e la Opcm 3471 (punti 4.11.2, 8.2.2, 8.3.2 e 11.5.8) prescrivono che lo spostamento ultimo orizzontale possa assumersi pari a:
- 0.8 %H per m. ordinaria, 1.2 % H per m. armata nel caso di crisi pressoflessionale nel piano,
- 0.4 %H per m. ordinaria, 0.6 % H per m. armata nel caso di crisi a taglio.
- In base a queste indicazioni e assumendo un valore leggermente cautelativo, nel programma si propone un coefficiente amplificativo della duttilità di 1.40 per effetto del rinforzo con cuciture attive.
- Contributo a taglio bidirezionale della rete Cam
- L'approccio si riallaccia alle correlazioni ricavate dal gruppo di ricerca dell’Università della Basilicata pubblicate in [1] e [2], nel quale si considerano i contributi della maglia di nastri sia in direzione orizzontale, sia in direzione verticale. In questo caso il contributo al taglio resistente prodotto dal rinforzo CAM viene valutato come il minimo fra i due seguenti:
- contributo a taglio nell’ipotesi di rottura a taglio-fessurazione,
- contributo a taglio nell’ipotesi di rottura a taglio-scorrimento.
- Se si considera un pannello murario rinforzato con sistema Cam, secondo le specifiche di seguito indicate, si valuta che il contributo Vs al taglio resistente del maschio si esprimibile come:
- Vs = min( VsTF, VsTS)
- in cui
- VsTF è l’incremento del taglio resistente nell’ipotesi di rottura a taglio-fessurazione,
- VsTF = FYN (AoNo + AvNv L/heq)
- VsTS è l’incremento del taglio resistente nell’ipotesi di rottura a taglio-scorrimento,
- VsTS = 2 FYN (ρAoNo + 0.4 AvNv )
- I simboli utilizzati hanno il seguente significato:
- FYN è la forza resistente a trazione del singolo nastro,
- Ao No sono rispettivamente il numero di avvolgimenti e delle linee orizzontali di nastri,
- Av Nv sono rispettivamente il numero di avvolgimenti e delle linee verticali di nastri,
- L, t, heq sono rispettivamente larghezza, spessore e altezza equivalente del maschio.
- ρ è un coefficiente correttivo (ρ ≤ 1) che tiene conto dei nastri non efficaci in quanto non intersecanti la linea di rottura ipotizzata:
- ρ = 1 se heq/L ≤ 1
- ρ = L/heq se heq/L > 1
- Contributo a taglio monodirezionale della rete Cam
- L'approccio si riallaccia per analogia alle correlazioni riportate nelle istruzioni per consolidamento in composito (CNR-DT200 e successive), richiamate anche nelle linee guida del produttore [3], [4]. In questo caso il calcolo è condotto nell'ipotesi di rottura a taglio-scorrimento, trascurando il contributo dei nastri verticali, portando sostanzialmente a valori più conservativi rispetto al caso precedente.
- Il contributo al taglio resistente prodotto dal rinforzo CAM viene valutato con la seguente espressione:
- Vs = 0.6 d As,o fyd/p
- in cui
- As,o area dei nastri posti in orizzontale
il valore è dato dall'area del singolo nastro, moltiplicata per il numero di avvolgimenti e per le due facce di disposizione (essendo i nastri disposti ad anello, correnti quindi su due facce) - fyd resistenza di calcolo dell'acciaio costituenti i nastri,
- p interasse dei nastri orizzontali,
- d distanza fra il lembo compresso e il baricentro dell'armatura tesa verticale più estrema,
- si accetta per tale valore la valutazione semplificata d = 0.80 L, essendo L la larghezza del pannello, ovvero la dimensione longitudinale in pianta.
- Effetto di precompressione
- Come giè in parte accennato in precedenza, un ulteriore contributo del rinforzo Cam si ottiene valutando l’effetto di precompressione orizzontale e verticale indotto nella muratura. Considerate le basse tensioni di tiro dei nastri, l’incremento delle tensioni di compressione prodotto dai sistemi Cam è in genere di modesta entità. In ogni caso, l’effetto di precompressione interviene nel calcolo della resistenza tangenziale ed è tenuta in conto nelle verifiche a pressoflessione.
- Ristilatura armata
- La ristilatura armata consiste nello scarificare i giunti di malta per una profondità di 4-5 cm, facendo passare all'interno di essi una maglia continua di sottili funi in acciaio o in composito, da solidarizzare alla muratura con connettori trasversali e successivamente da ricoprire con miscele di malta fino al riempimento del giunto. Punti di forza di tale tecnica sono la buona reversibilità dell'intervento e la possibilità di mantenere la muratura a faccia vista, caratteristica molto apprezzata per il rinforzo di murature storiche e di pregio. Il rinforzo è espressamente previsto nella tabella C8.5.II della Cm2019 , che definisce i coefficienti correttivi da applicarsi alle caratteristiche di resistenza delle murature rinforzate con tale tecnica, raccomandando per i moduli elastici l'adozione di valori d'incremento ridotti del 50%.
- Riferimenti normativi e bibliografici
- [1] A. Cacosso, M.Dolce, R. Marnetto, M. Cilia, A. Petrosino - L’adeguamento sismico mediante il sistema CAM delle cuciture Attive per la Muratura.
- [2] A. Cacosso, M. Dolce - Progetto congiunto MURST-TREMA-DPC RELUIS sul comportamento sperimentale e numerico di edifici in muratura rappresentativi dell’edilizia povera italiana.
- Analisi per la valutazione parametrica della resistenza sismica nell’ipotesi di collasso nel piano – Roma, Dicembre 2006
- [3] Linee guida – Cuciture attive per la muratura - Roberto Marnetto, Alessandro Vari - EdilCam Sistemi - Edizione 2015
- [4] Il sistema di Cuciture attive a marchio Cam - Alessandro Vari - Marianna Leonori - EdilCam Sistemi
- [5] Istruzioni CNR-DT 200/2004 “Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione e il controllo di interventi di consolidamento statico mediante l’utilizzo di compositi fibrorinforzati”,
- [6] Ricerche per la ricostruzione – Iniziative di carattere tecnico e scientifico a supporto della ricostruzione – Regione Umbria - Editore Dei.