2.3 SISTEMI DI RINFORZO

I sistemi di FRP idonei per il rinforzo esterno di strutture possono essere classificati nella maniera appresso indicata.

• Sistemi preformati (precured systems) (§ 2.3.2):
  sono costituiti da componenti di varia forma preparati in stabilimento mediante pultrusione o laminazione, i quali sono incollati all’elemento strutturale da rinforzare.
• Sistemi impregnati in situ (wet lay-up systems) (§ 2.3.3):
  sono costituiti da fogli di fibre unidirezionali o multidirezionali o da tessuti che sono impregnati con una resina, la quale funge anche da adesivo con il substrato interessato (es. calcestruzzo, muratura, …).
• Sistemi preimpregnati (prepreg systems) (§ 2.3.4):
  sono costituiti da fogli di fibre unidirezionali o multidirezionali o da tessuti preimpregnati con resina parzialmente polimerizzata. Possono essere incollati al substrato da rinforzare con (o senza) l’uso di resine aggiuntive.

2.3.1 Proprietà meccaniche dei sistemi di rinforzo

Nei compositi fibrorinforzati le fibre svolgono il ruolo di elementi portanti sia in termini di resistenza che di rigidezza, mentre la matrice, oltre a proteggere le fibre, funge da elemento di trasferimento degli sforzi tra le fibre ed eventualmente tra queste ultime e l’elemento strutturale a cui il composito è stato applicato. La maggior parte dei compositi è costituita da fibre che posseggono una elevata resistenza e rigidezza, mentre la loro deformazione a rottura è inferiore a quella della matrice.

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2.3.2 Sistemi preformati

2.3.2.1 Caratteristiche meccaniche

I compositi preformati sono caratterizzati da una disposizione unidirezionale delle fibre che permette di utilizzare, con buona approssimazione, la regola delle miscele per la determinazione dei valori delle caratteristiche meccaniche di rigidezza e di resistenza del composito, dal momento che le competenti frazioni volumetriche variano tra il 50% e il 70%.
Tali valori rappresentano comunque solo una stima, spesso in eccesso, di quelli effettivi, in quanto non tengono conto dell’influenza di altri importanti parametri, quali l’aderenza tra fibre e matrice, la presenza di difetti di produzione e di vuoti o quella di imperfezioni nella distribuzione o nell’allineamento delle fibre. Per valutare affidabilmente i valori delle proprietà meccaniche del composito è necessario ricorrere ad adeguate sperimentazioni in modo da ottenere valori statisticamente significativi, che tengano conto anche del livello qualitativo della tecnica produttiva adottata. I valori forniti dai produttori devono perciò essere basati su criteri analoghi a quelli discussi nel § 2.4.
Si noti che, nel caso di sistemi preformati, i produttori forniscono abitualmente le caratteristiche meccaniche del composito riferite alla sezione trasversale del laminato, di cui sono fissate le dimensioni.

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2.3.3 Sistemi impregnati in situ

Nel caso di sistemi impregnati in situ non è possibile stimare a priori, con sufficiente accuratezza, lo spessore finale del laminato, ed è perciò consigliabile fare riferimento alle proprietà meccaniche ed all’area resistente del tessuto secco, basandosi sui dati forniti nelle schede tecniche.

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2.3.3.2 Caratteristiche meccaniche

Nel caso di sistemi impregnati in situ, le proprietà meccaniche del composito non possono essere determinate semplicemente moltiplicando l’area resistente del tessuto secco, A_rt, valutata in accordo con la (2.6), per i valori del modulo di elasticità normale e della resistenza delle fibre o del tessuto. I valori riferiti alle fibre non tengono infatti conto della reale geometria del tessuto (tessitura, tramaordito). A tal riguardo è necessario segnalare che le curvature esibite dai fasci di fibre, in corrispondenza delle intersezioni tramaordito, influenzano in modo considerevole le proprietà meccaniche del tessuto. Allo stesso modo, i valori di rigidezza e resistenza riferiti al tessuto secco, se eventualmente disponibili, non sarebbero utilizzabili direttamente per determinare le quantità relative al composito: essi infatti prescindono dalla presenza di imperfezioni geometriche (allineamento e regolarità di distribuzione delle fibre), di quella di vuoti e della irregolarità di distribuzione della resina influenzata dall’architettura del tessuto.

Per poter tener in conto l’effetto dei suddetti parametri è possibile operare in due modi alternativi, entrambi richiedenti adeguate informazioni da parte del produttore e/o del fornitore.

Modalità 1
È possibile penalizzare la rigidezza e la resistenza delle fibre introducendo due coefficienti riduttivi: il primo, α_fE, a carico della rigidezza ed il secondo, α_ff, a carico della resistenza.
Conseguentemente, è possibile scrivere:

A_f⋅E_f = α_fE⋅A_fib⋅E_fib

A_f⋅f_f = α_ff⋅A_fib⋅f_fib

dove le quantità introdotte sono state precedentemente definite.

Modalità 2
In alternativa al metodo sopra riportato, il produttore e/o il fornitore del sistema possono dichiarare i valori caratteristici delle proprietà meccaniche del composito posato in opera, basandosi su indagini sperimentali eseguite su sistemi completi. In tal modo è possibile tenere conto di tutte le variabili che influiscono sul comportamento del sistema finale, includendo anche la natura e la geometria del supporto.