Colonne in scala reale in c.a. confinate con FRP:indagine sperimentale e modellazione analitica

Un numero elevato di strutture in cemento armato, in particolare quelle realizzate nei primi decenni del secolo scorso, palesano notevoli carenze strutturali, dovute principalmente a: basso valore della resistenza a compressione del calcestruzzo; carenza di un'adeguata armatura trasversale (numero e/o passo delle staffe); duttilità  della sezione e dell'intera struttura limitata. Tali carenze si traducono in caratteristiche di resistenza e duttilità  inadeguate alle funzioni che i singoli elementi strutturali sono chiamati a svolgere, e risultano ancora pi๠gravi allorquando le strutture sono state progettate in assenza di una normativa sismica, con conseguente inadeguatezza dell'armatura trasversale e grave pregiudizio per il comportamento post-elastico, in quanto, per effetto di azioni presso-flessionali rilevanti, le barre longitudinali si instabilizzano innescando meccanismi di tipo fragile, da scongiurare soprattutto nelle strutture situate in aree ad elevato grado di sismicità . Accanto alle carenze di tipo strutturale vi sono ancora altre cause che comportano la necessità  di riparare o rinforzare le strutture esistenti, ad esempio le recenti indicazioni normative che richiedono un valore di resistenza e di duttilità  pi๠elevato per alcuni elementi strutturali. Gli interventi finalizzati ad un incremento di resistenza e di duttilità , per gli elementi portanti verticali, possono perseguire il loro scopo attraverso un'azione di confinamento laterale che contrasta la deformazione trasversale (spanciamento) dell'elemento soggetto ai carichi verticali. Negli ultimi anni sta diffondendosi una nuova tecnica di confinamento passivo basata sull'impiego dei materiali compositi fibrorinforzati (in forma di tessuti o reti) che confrontati con i materiali tradizionali presentano una serie di vantaggi legati alle loro proprietà  intrinseche come: elevata rigidezza e resistenza specifica; facilità  e velocità  di posa in opera dovuta alla loro leggerezza; elevata durabilità ; ridotto spessore con minima influenza sulla dimensione degli elementi confinati (trascurabile aggiunta di massa sismica) ed ancora costi di manutenzione ridotti. Diversi sono i modelli analitici disponibili nella letteratura scientifica per la valutazione dell'incremento di resistenza e di duttilità  degli elementi in cemento armato confinati con FRP. Alcuni di questi modelli sono stati poi recepiti nelle principali linee guida internazionali. Il loro limite ਠdovuto al fatto che sono stati sviluppati per le sezioni circolari e in seguito adattati per le sezioni di forma prismatica. Tali modelli, seppur validati da evidenze sperimentali, hanno riguardato sperimentazioni su elementi in scala ridotta, mentre le campagne sperimentali eseguite su elementi in scala reale, ad oggi, sono in numero molto esiguo. Questo ਠdovuto principalmente a due problematiche: costi elevati e disponibilità  di attrezzature di laboratorio caratterizzate da dimensioni e capacità  sufficienti per testare tali elementi. Di conseguenza, i modelli analitici reperibili in letteratura non tengono conto di alcune peculiarità  riscontrabili negli elementi in scala reale e non sono stati validati per tali elementi. Obiettivo primario del seguente lavoro di ricerca ਠstato lo studio sperimentale dell'efficacia del confinamento offerto dai materiali compositi in termini di incremento di resistenza a compressione e di deformazione ultima di colonne in cemento armato in scala reale (colonne di dimensioni medie 60x60 cm2). Le evidenze sperimentali acquisite dalla campagna sono state sviluppate in modo da validare le formulazioni proposte dalle diverse linee guida internazionali e fornire suggerimenti per una progettazione ottimale del rinforzo di colonne in cemento armato mediante i materiali polimerici fibrorinforzati. Nel dettaglio sono state analizzate diverse tipologie di colonne: piene, cave ed a sezione rettangolare fortemente allungata. Le colonne piene sono rappresentative dei pilastri delle strutture in cemento armato, le colonne cave sono rappresentative delle pile da ponte, mentre le colonne a sezione rettangolare allungata sono i tipici setti in cemento armato utilizzati al fine di ottenere una distribuzione ottimale delle rigidezze e delle resistenze nelle strutture e quindi un comportamento regolare per effetto delle azioni sismiche. Oltre alle fibre usualmente impiegate nel confezionamento del materiale composito (carbonio o vetro), sono state impiegate fibre realizzate con basalto, al fine di validarne l'efficacia, da un punto di vista del comportamento meccanico, essendo queste una promessa per una progettazione sostenibile. La maggior parte delle formulazioni di progetto fornite dalle linee guida pongono un limite all'efficacia del confinamento per le sezioni trasversali aventi un “aspect ratio” (ovvero il rapporto tra i lati) pari a 1.5, ed alcune espressamente dichiarano che l'efficacia del confinamento deve essere trascurata qualora il valore dell'”aspect ratio” sia superiore a tale limite. Questo ਠdovuto principalmente al fatto che evidenze sperimentali su colonne a sezione rettangolare allungata, confinate con FRP sono scarse. Altra categoria di colonne investigate sono le colonne cave, infatti, sebbene le pile da ponte in cemento armato siano realizzate nella pratica con colonne a sezione cava, non ci sono linee guida che forniscono formule di progetto per il loro rinforzo.