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«I tessuti in fibra di carbonio appartenenti a diversi sistemi compositi certificati, possono essere sovrapposti tra loro in un intervento di rinforzo strutturale? Se sì, quanti strati posso sovrapporre?»
RISPONDE: Ing. Andrea Costantini | Responsabile dell'Ufficio Supporto alla Progettazione Kimia
I sistemi compositi costituiti da tessuti in fibra di carbonio e resine possono essere applicati anche in più strati in funzione della resistenza che si intende ottenere in fase di progetto. Gli strati però devono appartenere tutti allo stesso sistema certificato. La risposta alla prima domanda è dunque negativa:
non si possono sovrapporre strati di tessuto in fibra di carbonio appartenenti a sistemi differenti, anche se forniti dallo stesso produttore.
Per comprendere questa risposta vediamo innanzitutto alcuni concetti chiave. Successivamente spiegherò perché non si possono sovrapporre strati appartenenti a sistemi differenti. Infine chiarirò quanti strati dello stesso sistema possono essere sovrapposti.
I sistemi compositi certificati
Nella domanda si è parlato espressamente di "sistemi certificati". Il termine è corretto perché, come previsto dalle "Linee Guida" rilasciate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, gli interventi di rinforzo strutturale con compositi FRP (Fiber Reinforced Polymer) devono essere eseguiti esclusivamente con sistemi certificati dai produttori.
Ogni singolo sistema certificato prevede l'impiego di un determinato tessuto di rinforzo in carbonio e di specifiche resine con il quale applicarlo. Questo significa che:
variando anche solo un elemento del sistema, come per esempio la grammatura o la tessitura del tessuto, si avrebbe un sistema differente o non certificato.
Per fare un esempio concreto, nel caso di Kimia i sistemi compositi certificati sono 10 e sono così suddivisi:
- 9 sistemi impregnati in situ;
- 1 sistema preformato.
Ogni sistema impregnato in situ prevede, nell'ordine di applicazione qui riportato, l'impiego di:
- un primer (Kimicover FIX);
- una resina d'incollaggio (Kimitech EP-TX);
- uno specifico tessuto in carbonio (delle linee Kimitech CB e Kimitech CBA);
- una resina d'impregnazione (Kimitech EP-IN).
I nove tessuti, contrassegnati ciascuno da una diversa sigla (CB320, CB420, CBA320, ecc.) presentano diverse grammature e tessiture oltre a differenti resistenze e moduli elastici.
Il sistema preformato Kimitech PLATE invece, consiste in una lamina pultrusa già impregnata tramite processo industriale da applicare in combinazione con primer e con la sola resina d'incollaggio.
PER APPROFONDIRE: Consolidamento strutturale: Kimia ha ottenuto il CIT per 10 sistemi in carbonio
Sovrapposizione di sistemi compositi differenti: perché non si può
Chiarito il concetto di sistema certificato risulta più semplice spiegare la risposta alla domanda iniziale.
Non è possibile sovrapporre strati di grammatura differente perché ciascun sistema ha le proprie caratteristiche certificate in termini di classi di resistenza e modulo elastico. Che cosa possiamo fare perciò?
Possiamo incrementare la resistenza di un elemento strutturale prevedendo più strati dello stesso tessuto e quindi dello stesso sistema in quanto caratterizzati tutti dalla stessa area resistente e dalle medesime caratteristiche meccaniche. In fase di calcolo infatti, è possibile considerare “n” strati, aventi tutti lo stesso spessore nominale “tf”.
Nell'immagine qui sotto vediamo un corretto intervento di rinforzo a flessione di una trave impiegando più strati di tessuto. Le fasce in carbonio sovrapposte hanno la stessa grammatura e identiche caratteristiche meccaniche.
Qui di seguito, al contrario, vediamo un intervento errato perché eseguito sovrapponendo tessuti di grammatura e caratteristiche meccaniche differenti.
Sovrapposizione di sistemi compositi: quanti strati si possono usare
Stabilito che in fase di calcolo si possono sovrapporre soltanto strati della stessa grammatura, vediamo quanti strati del medesimo sistema è possibile sovrapporre in un progetto di rinforzo strutturale con i sistemi compositi.
A tal proposito prendiamo come riferimento il documento tecnico del CNR DT 200 R1 del 2013, relativo alla progettazione dei rinforzi con sistemi compositi FRP. Nel capitolo sui materiali, al punto 2.2.3 in cui si parla di "Sistemi impregnati in situ” sono considerate le seguenti prescrizioni:
«(1) In caso di impregnazione manuale, si consiglia di limitare la massa di tessuto presente nel singolo strato di rinforzo in modo che la grammatura (§ 7.2.2.1) non superiori il valore di 600 g/m2. Per grammature superiori si consiglia di verificare la completezza dell’impregnazione. In questi casi è comunque suggerito di ricorrere a sistemi meccanici di messa in opera.
(2) È sconsigliato l'impiego di un numero di strati di tessuto superiore a 5.»
Per quanto riguarda il primo punto, abbiamo potuto verificare che tessuti di grammatura superiore a 600 g/m2 raggiungono comunque i requisiti previsti dalle linee guida. Lo dimostra il fatto che il nostro Kimitech CB820, che è di grammatura pari a 800 g/m2, ha ottenuto la certificazione.
Per il secondo invece, si sconsiglia di superare i 5 strati perché un numero maggiore potrebbe comportare, oltre a notevoli difficoltà applicative e d'impregnazione, possibili scorrimenti tra i vari strati di tessuto, dovuti alla presenza di numerose superfici d'interfaccia sulle quali avviene il trasferimento delle sollecitazioni.
Domande e assistenza tecnica: ci pensa Kimia
Con questo articolo della rubrica "Chiedi all'Esperto" abbiamo chiarito cosa si può fare e cosa no quando si parla di sovrapposizione di sistemi compositi certificati per il rinforzo strutturale. Se siete interessati a saperne di più sull'argomento vi consiglio di leggere questi approfondimenti:
► Sistemi compositi certificati: 10 domande sul CIT
► Sistemi compositi certificati: 10 nuove domande sul CIT
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Ing. Andrea Costantini, Supporto Tecnico alla Progettazione
Ingegnere Civile Strutturista con laurea ottenuta a Perugia e con esperienze di studio e ricerca presso la Universidad Politécnica de Valencia. Amo la Spagna, le lingue e viaggiare all'estero. In Kimia mi occupo di Supporto Tecnico alla Progettazione e sono a disposizione dei progettisti per dimensionamenti, verifiche e calcoli strutturali pre e post intervento. Il mio profilo Linkedin