Stampa la pagina Condividi su Google Condividi su Twitter Condividi su Facebook Materiali FRP per rinforzo e adeguamento strutturale

Utilizzo di materiali fibrorinforzati (FRP) per il rinforzo e l'adeguamento strutturale

L’utilizzo di materiali compositi e, in particolare tessuti in FRP, per la riabilitazione e il rinforzo di strutture esistenti costituisce un settore di punta della ricerca e dello sviluppo a livello mondiale come testimoniato dall’intenso dibattito recentemente sviluppatosi nell’ambito della comunità scientifica nazionale ed internazionale. Le ragioni di questo interesse al campo dei materiali compositi applicati alle costruzioni civili possono individuarsi, da un lato, nella necessità di utilizzare materiali più duraturi ed efficienti e, dall’altro, nell’esigenza di adottare tecniche di intervento rapide ed economiche su centri urbani e infrastrutture che diventano sempre più vulnerabili, a causa di sollecitazioni provenienti dall’ambiente esterno (vibrazioni da traffico, sisma, carichi eccezionali, esplosioni, etc.), e obsoleti, per assenza totale o parziale di manutenzione. Infatti uno dei campi di applicazione più interessante di questo tipo di intervento è costituito certamente da quello del patrimonio storico dei centri urbani diffusi sul territorio italiano ed europeo. Ed è proprio la diffusione e la crescita di tale settore che apre problematiche nuove e interessanti spunti di ricerca. In questo contesto il gruppo di ricerca del LAPS sta da tempo lavorando su alcune tematiche di particolare interesse in questo settore quali ad esempio: la modellazione teorico-sperimentale di strutture in muratura rinforzate attraverso materiali compositi (archi, pannelli, pareti, edifici più complessi); la modellazione teorico-sperimentale dei meccanismi di delaminazione muratura-composito, l’adeguamento e il rinforzo a taglio e flessione attraverso FRP di strutture in c.a.

Inoltre il gruppo di ricerca del LAPS è anche recentemente impegnato nell’ambito dei compositi rinforzati con fibre naturali e differenti tipologie di matrici che rappresentano sempre più una promettente attrattiva anche nell'ambito delle applicazioni nell'ingegneria strutturale. Infatti, i compositi fibrorinforzati ottenuti incorporando fibre naturali come canapa, lino, juta, banana e vari tipi di fibre vegetali, in matrici polimeriche riciclabili e non-riciclabili, così come in matrici coesive (cementizie, blocchi terrosi), presentano bassa dipendenza da risorse non rinnovabili in termini di energia e di materie prime, basse emissioni nocive nella produzione e nello smaltimento, basse emissioni di gas serra, riutilizzo dell'energia impiegata, riciclabilità dei componenti a fine vita degli stessi, bassi costi. I compositi con fibre naturali si prestano molto bene ad essere utilizzati quali materiali per il rinforzo delle strutture esistenti. In questo contesto, il gruppo del LAPS ha sviluppato modelli costitutivi per diversi tipi di materiali compositi e tecniche multiscala per studiare la risposta meccanica di elementi strutturali in composito tenendo in conto le proprietà dei materiali costituenti e ha in itinere una serie di ricerche rivolte ad approfondire l’utilizzo di tali materiali al campo del rinforzo strutturale con particolare riferimento alla modellazione dei meccanismi di delaminazione e del comportamento di strutture in muratura rinforzate a partire dell’esperienza del gruppo nell’ambito delle strutture rinforzate con materiali compositi con fibre sintetiche.

The use of Fiber Reinforced Materials (FRP) for the rehabilitation and strengthening of structures

The use of composite fiber reinforced materials (FRP) for the rehabilitation and strengthening of existing structures constitutes an emerging thematic of research and practice development involving several countries of the world. This is clearly testified by the rich discussion recently involving the scientific community. The main reasons of the interest toward the use of composite materials for civil constructions are mainly related to the need of using materials more durable and efficient and, on the other hand, to the development of faster and less expensive intervention techniques especially for historical urban centers and infrastructures which result particularly vulnerable toward environment excitations (traffic vibrations, earthquake, exceptional loads, explosions, etc.), often because of their obsolete ‘health’ due to the partial or whole absence of maintenance interventions. Indeed, one of the most interesting field of application of this type of interventions involves the constructions characterizing the cultural heritage of urban centers, widely diffuse in Italy and in many European countries. Just the diffusion and the increase of this sector lead to new and interesting issues of research.

In this context, the group of research of the LAPS is involved in many thematic of particular interest. Among these: experimental tests and theoretical modeling of the response of masonry elements/structures strengthened with composite materials (arches, panels, walls, buildings, etc.); experimental tests and theoretical modeling of the de-cohesion mechanism characterizing the interaction between masonry substrates and FRP-reinforcements; rehabilitation and shear strengthening of RC beams through FRP materials.

Moreover, the group of research of the LAPS has been recently involved in activities concerning innovative composite reinforced materials made of natural fibers coupled with new types of matrices, which, thanks their numerous advantages, represent a further attractive solution in the field of structural engineering. Indeed, fiber reinforced materials obtained through the use of natural fibers such as hemp, flax, jute, banana and other types of vegetable fibers, coupled with polymeric recyclable and no-recyclable matrices or cohesive matrices (cemeticious and earthen types), are characterized by a low dependency on no-renewable resources in terms of energy and raw materials, low harmful emissions both during their production and disposal, low greenhouse gas emissions, recyclability of the components at the end of their life, low costs. Then, the natural composite reinforced materials are well suited to be used as strengthening materials for existing structures.

In this context, the group of the LAPS has developed constitutive models for different types of strengthening materials together with multi-scale techniques for studying the mechanical response of composite structural elements taking into account the properties of the constituent materials. Actually, ongoing researches just devoted to investigate the use of this kind of materials in the field of strengthening interventions also characterize the activity of the group. Particular regards is addressed to the modeling of de-cohesion mechanisms and toward the behavior of strengthening masonry structures, starting in both cases from the experience of the group in the case of synthetic fibers.

Progetti di ricerca (Research Projects)

  • Progetto ReLUIS 2010-2013 Line 3 Task 2, finanziato dal Dipartimento della Protezione Civile, Focal Point: Prof. Elio SACCO.
  • Progetto ReLUIS 2005-2008 Line 8 Task 4, 7, 8, finanziato dal Dipartimento della Protezione Civile, Focal Point: Prof. Elio SACCO.
  • Advanced mechanical modeling of new materials and technologies for the solution of 2020 European challenges. Italian Ministry of Education Research Program, 2010-2013, Focal Point: Prof. Sonia MARFIA.
  • Performance and design criteria for the upgrade of RC structures with composites, Italian Ministry of Education Research Program, 2003-2005, title of the research: R.C. structural elements strengthened in shear by FRP: theoretical and experimental modelling and structural health monitoring, Focal Point: Prof. Maura IMBIMBO.
  • Programmi di Ricerca Scientifica di Rilevante Interesse Nazionale. Richiesta di Cofinanziamento (DM n.582/2006 del 24 marzo 2006). Coordinatore Scientifico del programma di ricerca: Luigi Ascione. Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca: Raimondo Luciano. Titolo del progetto: Valutazione sperimentale della resistenza a taglio di elementi in calcestruzzo armato con barre longitudinali in GFRP.
  • Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca. Programmi di ricerca cofinanziati, ANNO 2002. Coordinatore Scientifico del programma di ricerca: Luigi Ascione. Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca: Raimondo Luciano. Titolo del programma dell'unità di ricerca: Analisi teorica-sperimentale di archi e sistemi di archi in muratura rinforzati con FRP: Modellazione del comportamento dei materiali e della struttura.

Collaborazioni (Collaborations)

  • ReLUIS[1] (Rete di Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica); RILEM (TC223-MSC) Technical Committee "Masonry strengthening with composite materials”;
  • Rilem TC-CSM Technical Committee “Composites for sustainable Strengthening of Masonry”, (dal 2013);
  • COST Action TU1207 on Next Generation Guidelines for Composite Reinforcements;
  • Consiglio Nazionale delle Ricerche (commissione incaricata di formulare pareri in materia di normativa tecnica relativa alle costruzioni: documento CNR-DT 200/2004).
[Ultima modifica: martedì 29 maggio 2018]