ITRM20100027A1

ITRM20100027A1 - Procedimento per il rinforzo di elementi strutturali

Info

Publication number: ITRM20100027A1
Application number: IT000027A
Authority: IT
Inventors: Emo Agneloni
Original assignee: Fidia Srl
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-07-28
Also published as: IT1399040B1; WO2011092726A1

Description

"PROCEDIMENTO PER IL RINFORZO DI ELEMENTI STRUTTURALI"

La presente invenzione ha per oggetto un procedimento per il rinforzo di elementi strutturali, particolarmente per realizzare operazioni di recupero, protezione o messa in sicurezza strutturale di edifici o strutture in generale.

E' attualmente noto, nell'ambito del rinforzo di strutture edili, ricoprire un elemento strutturale (un pilastro, una trave od un altro elemento portante) con un rivestimento avente elevata resistenza e duttilitÃ per realizzare un involucro esterno resistente in grado di prevenire e contrastare il collasso dell'elemento strutturale, in particolare in caso di eventi sismici o sovraccarichi in generale.

Tale rivestimento costituisce, in caso di tendenza al collasso dell'elemento strutturale, uno stadio aggiuntivo di rinforzo che contrasta il collasso dell'elemento strutturale preservandone l'integritÃ e la funzione strutturale.

I summenzionati rivestimenti di rinforzo svolgono la loro funzione solamente quando la struttura rinforzata viene sottoposta a sovraccarichi statici/dinamici (per esempio sismi) aggiuntivi rispetto ai carichi presenti al momento dell'applicazione di detti rivestimenti.

In altre parole, gli interventi di rinforzo sopra descritti (ed il sistema cosÃ¬ rinforzato) rimangono inerti fino a quando non viene mutato lo stato di sollecitazione degli elementi strutturali oggetto del rinforzo.

In molti casi questo comportamento "a chiamata" puÃ² essere complessivamente insufficiente anche perchÃ© entra in azione con un seppur infinitesimo ritardo rispetto al sovraccarico e dunque concede comunque alle strutture rinforzate deformazioni anche elevate o inneschi di fessurazioni.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione Ã ̈ proporre un procedimento per il rinforzo di elementi strutturali che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, Ã ̈ scopo della presente invenzione mettere a disposizione un procedimento per il rinforzo di elementi strutturali che consenta di contribuire immediatamente alla resistenza dell'elemento strutturale, in particolare anche prima dell'insorgenza di sovraccarichi o eventi sismici.

II compito tecnico precisato e lo scopo specificato sono sostanzialmente raggiunti da un procedimento per il rinforzo di elementi strutturali comprendente le fasi esposte in una o piÃ¹ delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di procedimento per il rinforzo di elementi strutturali, in accordo con gli uniti disegni in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista laterale di un dispositivo per il rinforzo di elementi strutturali, impiegato per realizzare il procedimento secondo l'invenzione ed in accordo con una prima forma realizzativa;

- la figura 2 Ã ̈ una vista in pianta del dispositivo di figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una vista laterale del dispositivo di figura 1 in accordo con una seconda forma realizzativa; - la figura 4 Ã ̈ una vista in pianta del dispositivo di figura 3.

L'idea alla base della presente invenzione Ã ̈ quella di rinforzare un elemento strutturale (un pilastro, un muro portante o non, una trave, un solaio, ecc.) mediante applicazione di un elemento di rinforzo opportunamente precaricato in modo tale che il precarico dell'elemento di rinforzo contribuisca a modificare lo stato di sollecitazione dell'elemento strutturale in modo vantaggioso per la resistenza di quest'ultimo.

In particolare, l'applicazione dell'elemento di rinforzo Ã ̈ volta ad applicare all'elemento strutturale una sollecitazione aggiuntiva di segno contrario a quella cui normalmente Ã ̈ sottoposto l'elemento strutturale, in modo tale da migliorarne il grado di sopportazione dei carichi .

L'applicazione dell'elemento di rinforzo puÃ² essere previsto inoltre in ulteriori differenti situazioni, per esempio per presidiare stati fessurativi di un elemento strutturale o per realizzare fasciature perimetrali (per esempio di un intero edificio in muratura) o, piÃ¹ generalmente, per aumentare la resistenza strutturale (ad esempio in vista di un cambio della destinazione d'uso di una struttura che comporta maggiori carichi di esercizio).

Un procedimento per rinforzare l'elemento strutturale in accordo con la presente invenzione comprende quindi essenzialmente le fasi di sottoporre 1'elemento di rinforzo ad un precarico e di fissare stabilmente l'elemento di rinforzo precaricato all'elemento strutturale per trasmettere all'elemento strutturale una sollecitazione meccanica corrispondente al precarico dell'elemento di rinforzo.

In altre parole, l'elemento di rinforzo viene precaricato (per esempio a mezzo di martinetti a vite, oleodinamici, ecc.) per instaurare nell'elemento di rinforzo uno stato tensionale prestabilito. Successivamente, l'elemento di rinforzo precaricato viene stabilmente applicato all'elemento strutturale in modo tale che, rilasciando l'azione meccanica che aveva precedentemente generato lo stato tensionale nell'elemento di rinforzo, quest'ultimo rilasci sull'elemento strutturale il proprio stato tensionale cosÃ¬ immagazzinato.

L'elemento di rinforzo puÃ² essere almeno parzialmente realizzato in fibra resistente, preferibilmente in forma di tessuto, in modo tale che, mantenendo l'elemento di rinforzo avvicinato alla superficie dell'elemento strutturale, Ã ̈ possibile impregnare l'elemento di rinforzo con un apposito materiale legante per ancorarlo stabilmente all'elemento strutturale. In particolare, sia l'elemento di rinforzo sia l'elemento strutturale sono almeno parzialmente impregnati con il citato materiale legante per realizzare un incollaggio stabile dell'elemento di rinforzo all'elemento strutturale almeno in corrispondenza di una porzione precaricata dell'elemento di rinforzo.

Preferibilmente, il citato materiale legante Ã ̈ una resina epossidica.

Prevedendo una sottile intercapedine tra l'elemento di rinforzo e la superficie dell'elemento strutturale cui Ã ̈ applicato Ã ̈ possibile realizzare un efficace incollaggio in quanto il legante che impregna l'elemento di rinforzo riempie anche l'intercapedine e raggiunge l'elemento strutturale realizzando un solido accoppiamento.

Il legante, giunto a maturazione, sopporta e trasmette le azioni tangenziali tra l'elemento di rinforzo e l'elemento strutturale.

Preferibilmente, inoltre, la fibra resistente con cui Ã ̈ realizzato l'elemento di rinforzo Ã ̈ realizzata in un materiale ad elevata resistenza, in particolare selezionato tra acciaio, carbonio, vetro, aramide, basalto, canapa, lino. Tali materiali consentono la trasmissione di elevati sforzi anche con piccole superfici di applicazione.

Preferibilmente, il fissaggio dell'elemento di rinforzo precaricato all'elemento strutturale Ã ̈ realizzato mantenendo l'elemento di rinforzo sottoposto all'azione esterna di precarico. In particolare, il precarico sull'elemento di rinforzo viene preferibilmente mantenuto per tutto il tempo necessario alla completa maturazione del legante, e l'azione di precarico viene fatta cessare solo quando il legante ha raggiunto una maturazione sufficiente a trasmettere le azioni tangenziali tra l'elemento di rinforzo e l'elemento strutturale. In tale situazione, infatti, quando viene fatta venire meno l'azione esterna di precarico sull'elemento di rinforzo, quest'ultimo puÃ² mantenere immagazzinata l'energia di deformazione elastica conseguente alla deformazione precedentemente subita e puÃ² trasferire all'elemento strutturale un'azione tangenziale corrispondente all'energia di deformazione immagazzinata .

Scendendo maggiormente nel dettaglio, l'applicazione dell'elemento di rinforzo all'elemento strutturale si articola sulle seguenti fasi, in successione tra loro: - fissare stabilmente una prima porzione dell'elemento di rinforzo all'elemento strutturale;

esercitare una trazione su una seconda porzione dell'elemento di rinforzo per sottoporre a trazione la parte intermedia dell'elemento di rinforzo compresa tra le summenzionate prima e seconda porzione;

impregnare l'elemento di rinforzo, preferibilmente almeno in corrispondenza della citata parte intermedia dello stesso.

E' quindi sufficiente attendere la completa maturazione dell'elemento di rinforzo per realizzare l'effetto di contenimento desiderato dell'elemento strutturale.

Le figure da 1 a 4 illustrano un esempio applicativo del summenzionato procedimento di rinforzo, il quale Ã ̈ rivolto al rinforzo di una trave, ed in particolare mostrano un dispositivo 10 impiegato per la realizzazione del procedimento sopra descritto. Gli insegnamenti che derivano da tale esempio realizzativo, tuttavia, possono essere comunque applicati anche ad altre situazioni, per esempio per il rinforzo di pilastri o solai (ad esempio per incrementare la resistenza in vista di un cambio di destinazione d'uso) o per interventi volti a presidiare stati fessurativi in muri, pareti, volte, archi o altri elementi strutturali. In accordo con le figure annesse, con 1 Ã ̈ indicato l'elemento di rinforzo, il quale Ã ̈ nello specifico esempio realizzativo realizzato in una fibra di acciaio di media densitÃ , preferibilmente secca.

L'elemento di rinforzo 1 Ã ̈ nella forma di una striscia o fascia avente una dimensione prevalente di sviluppo, lungo la quale eserciterÃ gli sforzi di contenimento sull'elemento strutturale (indicato con il riferimento 2) una volta applicato ad esso, ai fini dell'incollaggio tramite resina epossidica.

II dispositivo 10 comprende una piastra di ancoraggio 11, la quale mantiene premuta una prima porzione 3 (preferibilmente una prima estremitÃ ) dell'elemento di rinforzo 1 contro la superficie 6 dell'elemento strutturale 2. La piastra di ancoraggio 11 Ã ̈ fissabile in modo removibile all'elemento strutturale 2, per esempio mediante impiego di primi organi filettati 12 e resina epossidica bicomponente, e realizza quindi un bloccaggio stabile della citata prima porzione 3 dell'elemento di rinforzo 1.

Preferibilmente, la prima porzione 3 dell'elemento di rinforzo 1 Ã ̈ impregnata con resina epossidica 7, al fine di migliorare l'adesione con la superficie 6 dell'elemento strutturale 2.

Il dispositivo 1 comprende inoltre un elemento di presa 13 per afferrare stabilmente una seconda porzione 4 dell'elemento di rinforzo 1 (preferibilmente una seconda estremitÃ ). Come visibile in figura 2, l'elemento di presa 13 presenta due parti 13a, 13b preposte a stringere tra di esse la summenzionata seconda porzione 4 dell'elemento di rinforzo 1. Le due parti 13a, 13b sono serrabili tra di loro mediante secondi organi filettati 14.

L'elemento di presa 13 puÃ² inoltre presentare due asole 15 contrapposte, impegnabili da rispettivi perni di guida 16 (per esempio perni filettati avvitati nell'elemento strutturale 2) che impongono una traiettoria di spostamento prestabilita all'elemento di presa 13.

Il dispositivo 1 comprende inoltre un'apparecchiatura di tensionamento 17 collegato all'elemento di presa 13 per movimentarlo in avvicinamento ed in allontanamento rispetto alla piastra di ancoraggio 11.

L'apparecchiatura dÃ¬ tensionamento 17, nella forma realizzativa illustrata, Ã ̈ del tipo a vite e, nello specifico, comprende una piastra di base 18 supportante un'asta filettata 19 la quale da un lato Ã ̈ collegata all'elemento di presa 13 e dall'altro lato supporta un dado di serraggio 20.

La piastra di base 18 Ã ̈ fissa, in particolare puÃ² essere stabilmente collegata all'elemento strutturale 2 mediante terzi organi filettati 21 e resina epossidica bicomponente .

L'asta filettata 19 Ã ̈ scorrevolmente inserita in un canale di guida 21 della piastra di base, ed in tal modo agendo sul dado di serraggio 20 Ã ̈ possibile, attraverso l'asta filettata 19, movimentare l'elemento di presa 13 in allontanamento dalla piastra di ancoraggio 11.

Il dado di serraggio 20 rappresenta guindi l'organo di attuazione dell'apparecchiatura di tensionamento 17.

In accordo con differenti forme realizzative non illustrate, l'apparecchiatura di tensionamento 17 puÃ² essere idraulica, elettrica o genericamente motorizzata. Agendo sul dado di serraggio 20 Ã ̈ possibile quindi realizzare un tensionamento dell'elemento di rinforzo 1 fino a raggiungere un precarico desiderato.

Il raggiungimento di un livello di sollecitazione a trazione desiderato puÃ² essere verificato mediante impiego di un trasduttore di spostamento 22 il quale Ã ̈ applicato sull'elemento di rinforzo 1 e fornisce un'indicazione visiva del livello di elongazione raggiunta.

Successivamente, impregnando la parte intermedia 5 (compresa tra le due porzioni 3, 4) dell'elemento di rinforzo 1 con la resina epossidica si ottiene un completo incollaggio della stessa all'elemento strutturale 2 (nelle figure Ã ̈ illustrata solo la parte di resina epossidica opzionalmente applicata durante il fissaggio mediante la piastra di ancoraggio 11).

A maturazione avvenuta della resina, e dunque a sistema stabile, si puÃ² procedere al taglio trasversale dell'elemento di rinforzo 1 da un lato in corrispondenza del filo della piastra di ancoraggio 11, e dall'altro lato in corrispondenza del filo sinistro dell'elemento di presa 13 utilizzato per il collegamento all'apparecchiatura di tensionamento . La piastra di ancoraggio 11 e la piastra di base 18 possono essere rimosse onde permettere, per esempio, la continuitÃ dell'intervento per zone adiacenti della struttura da rinforzare.

La figura 3 mostra una differente forma realizzativa del dispositivo 1.

Tale forma realizzativa si differenzia per il fatto di presentare una cella di carico 23, interposta tra l'apparecchiatura di tensionamento 17 e l'elemento di presa 13.

La cella di carico 23 ha la funzione di mostrare il valore della forza di trazione applicata dall'apparecchiatura di tensionamento 17 sull'elemento di presa 13 e, quindi, sull'elemento di rinforzo 1.

Leggendo il valore di elongazione fornito dal trasduttore di spostamento 22 al momento del raggiungimento della forza di trazione desiderata (mostrata in tempo reale dalla cella di carico 23) Ã ̈ possibile realizzare l'applicazione di elementi di rinforzo 1 successivi anche impiegando per comparazione i soli dispositivi 1 del tipo sprovvisto di cella di carico 23.

Tutte le successive identiche ripetizioni delle procedure, infatti, possono essere eseguite con un apparecchiatura sprovvista di cella di carico, controllando solamente la deformazione prodotta sull'elemento di rinforzo 1 dal serraggio del dado 20 e confrontandola con la lettura precedentemente ottenuta. Questo non solo per semplificare le operazioni, ma anche per evitare allungamento dei tempi e impegno di costose celle di carico per tutto il tempo occorrente alla maturazione della resina.

In un esempio realizzativo, l'elemento di rinforzo 1 ha una lunghezza "LI" di 1800 millimetri ed una larghezza "L2" di 300 millimetri.

La presente invenzione raggiunge lo scopo proposto, superando gli inconvenienti lamentati nella tecnica nota.

L'elemento di rinforzo secondo la presente invenzione consente di scaricare l'elemento strutturale cui Ã ̈ applicato, aumentandone la resistenza ad eventuali sovraccarichi. A titolo di esempio, nel caso di rinforzo di una trave in cemento armato (precompresso o non), si ottiene una calcolata riduzione della sollecitazione a trazione sull'acciaio costituente l'armatura originale e della sollecitazione a compressione sul calcestruzzo. L'impiego di un tessuto inizialmente secco in fibra (carbonio, aramide, vetro, acciaio, basalto, canapa, lino, etc...) consente allo stesso di essere impregnato con il legante (resina epossidica) e quindi ancorato stabilmente alla struttura.

Una volta raggiunta la maturazione si procederebbe allo scarico della forza applicata ai due estremi del tessuto, il quale immediatamente trasferirebbe tangenzialmente, attraverso la resina, gli sforzi di tensionamento applicati precedentemente al tessuto dall'esterno .

Come risultato si ottiene un elemento strutturale dal comportamento diverso da quello originale, in cui anche l'elemento di rinfforzo applicato partecipa, immediatamente ed attivamente, con un grado di collaborazione tanto piÃ¹ alto quanto maggiore Ã ̈ lo stato di sollecitazione tensionale applicato in fase di precarico .

I vantaggi derivanti dal metodo sono rilevanti, permettendo il rinforzo, recupero, messa in sicurezza anche di elementi che altrimenti verrebbero probabilmente demoliti.

Nel caso di strutture in muratura, le piÃ¹ vulnerabili in caso di eventi sismici, l'impiego di elementi di rinforzo pre-tensionati, secondo quanto giÃ descritto precedentemente, consente di presidiare attivamente gli stati fessurativi presenti ed intercettati dagli elementi di rinforzo pretensionati, nonchÃ© di impedire e/o contrastare le azioni dinamiche poichÃ© l'entrata in azione dell'efficacia del sistema non Ã ̈ "a chiamata" come nel caso di applicazione "ordinaria" dei compositi, ma istantanea proprio grazie alla "prontezza di risposta" dei tessuti pretensionati.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il rinforzo di elementi strutturali, comprendente le fasi di: - predisporre un elemento di rinforzo (1); - applicare 1'elemento di rinforzo (1) ad un elemento strutturale (2); caratterizzato dal fatto che detta fase di applicare l'elemento di rinforzo (1) all'elemento strutturale (2) comprende le fasi di sottoporre l'elemento di rinforzo (1) a precarico e di fissare stabilmente l'elemento di rinforzo (1) precaricato all'elemento strutturale (2) per trasmettere all'elemento strutturale (2) una sollecitazione meccanica corrispondente al precarico dell'elemento di rinforzo (1).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di precaricare l'elemento di rinforzo (1) Ã ̈ realizzata sottoponendo a trazione detto elemento di rinforzo (1).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto elemento di rinforzo (1) Ã ̈ almeno parzialmente realizzato in fibra resistente ed in cui detta fase di fissare stabilmente l'elemento di rinforzo (1) all'elemento strutturale (2) comprende le fasi di: mantenere l'elemento di rinforzo (1) avvicinato all'elemento strutturale (2); - impregnare almeno parzialmente l'elemento di rinforzo (1) e l'elemento strutturale (2) con un materiale legante, preferibilmente una resina epossidica, per realizzare un incollaggio stabile dell'elemento di rinforzo (1) all'elemento strutturale (2) almeno in corrispondenza di una porzione (5) precaricata dell'elemento di rinforzo (1).
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detta fibra resistente Ã ̈ una fibra secca.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detta fibra resistente Ã ̈ realizzata in un materiale selezionato tra acciaio, carbonio, vetro, aramide, basalto, canapa, lino.
6. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di fissare stabilmente l'elemento di rinforzo (1) precaricato all'elemento strutturale (2) Ã ̈ realizzata mantenendo l'elemento di rinforzo (1) sottoposto ad azione di precarico.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 6 quando dipende dalla 3, in cui detta fase di fissare stabilmente l'elemento di rinforzo (1) all'elemento strutturale (2) comprende, successivamente alla fase di impregnare l'elemento di rinforzo (1) e l'elemento strutturale (2), le fasi di attendere la maturazione del materiale legante e, successivamente, rimuovere l'azione di precarico esercitata sull'elemento di rinforzo (1) in modo tale che il precarico immagazzinato dall'elemento di rinforzo (1) possa essere trasmesso all'elemento strutturale (2) attraverso detto materiale legante giunto a maturazione.
8. Procedimento secondo la rivendicazione 3 quando dipende dalla 2, in cui detta fase di fissare stabilmente l'elemento di rinforzo (1) all'elemento strutturale (2) comprende una fase di fissare stabilmente una prima porzione (3) dell'elemento di rinforzo (1) all'elemento strutturale (2), una successiva fase di esercitare una trazione su una seconda porzione (4) dell'elemento di rinforzo (1) per sottoporre a trazione la parte intermedia (5) dell'elemento di rinforzo (1) compresa tra dette prima e seconda porzione (3, 4), detta fase di impregnare l'elemento di rinforzo (1) essendo realizzata impregnando almeno detta parte intermedia (5) dell'elemento di rinforzo (1).
9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui detta fase di fissare stabilmente la prima porzione (3) dell'elemento di rinforzo (1) all'elemento strutturale (2) Ã ̈ realizzata mantenendo premuta detta prima porzione (3) contro l'elemento strutturale (2) mediante una piastra di ancoraggio (11) removibilmente fissata all'elemento strutturale (2); preferibilmente detta fase di fissare stabilmente la prima porzione (3) dell'elemento di rinforzo (1) all'elemento strutturale (2) comprendendo una fase di impregnare detta prima porzione (3) con un materiale legante per favorire l'adesione con l'elemento strutturale (2).
10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detta fase di esercitare una trazione su una seconda porzione (4) dell'elemento di rinforzo (1) Ã ̈ realizzata afferrando stabilmente detta seconda porzione (4) con un elemento di presa (13) collegato ad un'apparecchiatura di tensionamento (17) preposta ad esercitare una movimentazione di detto elemento di presa (13) in allontanamento da detta prima porzione (3).
11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazione da 8 a 10, in cui detta fase di esercitare una trazione su una seconda porzione (4) dell'elemento di rinforzo (1) Ã ̈ realizzata impiegando una cella di carico (23) per misurare la forza applicata durante la trazione dell'elemento di rinforzo (1) e/o impiegando un trasduttore di spostamento (22) applicato all'elemento di rinforzo (1) per misurare l'allungamento dell'elemento di rinforzo (1) durante la trazione.
12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui detto elemento di rinforzo (1) in fibra resistente Ã ̈ almeno parzialmente realizzato in forma di tessuto.
13. Dispositivo per il rinforzo di elementi strutturali, particolarmente per la realizzazione del metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente : una piastra di ancoraggio (11), stabilmente applicabile in modo removibile ad un elemento strutturale (2) per associare stabilmente una prima porzione (3) di un elemento di rinforzo (1) in fibra resistente a detto elemento strutturale (2); - un elemento di presa (13) stabilmente associabile ad una seconda porzione (4) di detto elemento di rinforzo (1) in fibra resistente; - un'apparecchiatura di tensionamento (17) stabilmente montabile sull'elemento strutturale (2) e collegato a detto elemento di presa (13) per esercitare una forza di trazione sull'elemento di rinfor (1)