Prove sperimentali di compressione su colonne in muratura confinate con FRP

CAPITOLO I                                                          Introduzione al lavoro di tesi 
 
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Prove sperimentali di compressione su colonne in muratura confinate con FRP 
 
consolidamento ed il rinforzo  strutturale di vecchi edifici storici in muratura, per l’adeguamento 
alla normativa antisismica e la  riparazione di danni post-sisma. Nello specifico vengono adoperati 
per il rinforzo o prevenzione di fessurazioni estradossali o intradossali, che possono crearsi a causa 
dell’attivazione di processi  di collasso  in archi e volte in muratura, in pilastri e ciminiere, ecc.. 
Le elevate prestazioni di questi materiali compositi scaturiscono dalla collaborazione di materiali 
con caratteristiche e strutture eterogenee, che, presi singolarmente, non soddisfano le prestazioni 
richieste. Tuttavia, se combinati opportunamente, possono organizzarsi in veri e propri sistemi 
strutturali dai quali scaturisce una capacità 
complessiva di rispondere a specifiche richieste 
funzionali, come nei casi sopra descritti. Bisogna 
sottolineare come la mancanza di una normativa 
tecnica consolidata e di una bibliografia adeguata, 
rappresenti ancora oggi il maggiore ostacolo alla 
diffusione degli FRP nel settore delle murature, 
lasciando progettisti e direttori di lavoro privi di importanti punti di riferimento. È auspicabile 
quindi l’impiego diffuso di una normativa tecnica,  che attualmente è rappresentata in Italia dal 
CNR-DT 200/2004,  in cui vi sono riportate le “istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il 
controllo di interventi di consolidamento statico mediante l’utilizzo di compositi fibrorinforzati”, 
che funge da supporto per la progettazione architettonica e strutturale che vede coinvolti gli FRP. 
Tale normativa è stata elaborata da una commissione nominata dal Consiglio Nazionale delle 
Ricerche (CNR).  
In base a tali considerazioni il lavoro di tesi svolto, affronta il tema del confinamento di colonne in  
 
Fig. 2 “Un esempio di applicazione di  FRP ” 
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muratura di pietra leccese con GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer), presentando nel Capitolo I  
dell’elaborato l’introduzione e i metodi di prova effettuate. Nel Capitolo II vengono analizzati i 
processi di dissesto, in particolar modo vengono esposti i dissesti statici da schiacciamento, 
pressoflessione e carichi di punta, con le relative cause, effetti e possibili interventi di recupero, i  
principi e le tecniche di confinamento di colonne in muratura dove sono esposte le tecniche 
tradizionali e innovative, e la resistenza  a compressione. Sempre nel Capitolo II vengono riportate 
le linee guida per la progettazione scaturite dal documento CNR-DT 200/2004, e la letteratura 
scientifica dove sono esposte prove sperimentali di compressione, già svolte, con i relativi dati.  
Nella seconda parte  del lavoro invece, vengono presentate le prove sperimentali di compressione 
effettuate su campioni in media scala di colonne in muratura rinforzate a con GFRP e la successiva 
analisi dei risultati ottenuti verificati con le relazioni del CNR. 
Allo scopo di rendere il lavoro completo si è introdotta la descrizione dei materiali utilizzati per lo 
svolgimento delle prove, nel  Capitolo III, evidenziandone le principali proprietà: pietra leccese 
utilizzata per la realizzazione delle colonne, fibre di vetro (GFRP), resina epossidica e primer 
epossidico, utilizzati per il fissaggio delle fasce unidirezionali di fibre sulle colonne.  
Lo scopo di tale lavoro è stato quello di verificare il comportamento a compressione delle colonne 
fibrorinforzate nei casi di fasciatura secondo differenti schemi di rinforzo, analizzando i risultati 
ottenuti e proponendo sviluppi futuri. 
 
 
 
 
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Prove sperimentali di compressione su colonne in muratura confinate con FRP 
 
1. 2  Metodi di prova 
 
ome già detto nell’introduzione, l’oggetto della sperimentazione è stato la 
verifica del comportamento a compressione, sotto carico centrato, di cinque 
colonne in muratura di pietra leccese in media scala, a base quadrata 25x25 
����2 e altezza di 50cm, pari al 
doppio del diametro di base, al fine di simulare la 
snellezza di una colonna in muratura. Le colonne, 
oltre a quelle di controllo senza rinforzo, sono state 
confinate  con fasci di Fibra di Vetro, di cui quattro 
rinforzate a  fasciatura continua e tre  a fasciatura 
discontinua, in questi tre casi con diverso 
posizionamento e spessore delle fasce: una colonna 
con due fasce alte 150mm, una con tre fasce alte 100mm e l’ultima con cinque fasce alte 50mm. I 
campioni sono stati dapprima classificati, in base al tipo di fasciatura, con le seguenti sigle: SFD-R2-
2, SFD-R2-3, SFD-R2-5, SFW-R2-3 ed SFW-R2-4. Tutte le colonne, a sezione prismatica, sono state 
preparate per la prova di compressione, smussandone gli spigoli con raggio di 20mm.La seconda 
fase della preparazione è stata la  posa del primer legante, costituito da una resina epossidica. Il 
primer è stato fornito da MAPEI S.p.a ed è denominato MAPEI MAPEWRAP 11, costituito da un 
componente A e un B.  Dopo la posa del primer si è lasciato riposare le strutture per circa 48 ore, 
durante le quali si è proceduto alla preparazione  delle fasce di fibra di vetro.  Si è scelto l’utilizzo 
degli FRP, in particolar modo GFRP, in quanto tali materiali scaturiti dalle recenti conoscenze nel  
 
C 
Fig.3  “Un foglio di Fibra di Vetro” 
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campo chimico – fisico, hanno segnato l’inizio di una nuova era nel campo delle costruzioni civili 
ed il recupero  di edifici storici e non. Ciò è stato possibile in quanto le fibre utilizzate sono 
monodirezionali e presentano come caratteristica peculiare l’anisotropia controllata, che consente 
livelli di resistenza in funzione delle svariate sollecitazioni  che interessano il sistema strutturale. La 
terza fase della preparazione è stata caratterizzata dall’ applicazione  di un primo strato di resina 
adesiva, anche questa fornita da MAPEI s.p.a.  e denominata MAPEI MAPEWRAP 31  e costituita da 
un componente A  e B, applicata sulle colonne a 
pennello secondo la tecnica del Wet Lay-Up 
manuale; subito dopo si è proceduto all’ incollaggio 
dei fasci di fibra , i quali sono stati fatti aderire alla 
struttura con un rullo metallico in modo tale che 
l’adesivo potesse entrare all’interno delle maglie 
delle fasce, affinché sia garantita una perfetta 
adesione tra fasce  e struttura.  Dopo aver portato a 
termine la fasciatura delle colonne si è lasciato riposare le strutture per ulteriori 48 ore, al fine di 
completare la sezione di cura. Durante la fase di riposo delle colonne sono stati preparati degli 
estensimetri elettrici, i quali sono stati saldati a dei cavi elettrici. Gli estensimetri sono dei sensori 
costituiti da una sottilissima griglia di filo metallico, generalmente costantana ( lega binaria 
composta da 60% di rame e 40% di Nichel), che presenta a temperatura ambiente  una resistività 
di circa �� ∙ ����−�� Ωm, rigidamente applicate a un supporto plastico.  Vengono utilizzati per 
determinare le deformazioni di un corpo sottoposto a sollecitazioni meccaniche poiché, incollati 
alla superficie del corpo che si vuole sperimentare, seguono le deformazioni della superficie stessa  
 
Fig.4 “Primer e Resina adesiva utilizzate per la 
prova sperimentale” 
CAPITOLO I                                                          Introduzione al lavoro di tesi 
 
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generando variazioni della resistenza elettrica degli estensimetri. Tali variazioni vengono registrate 
da un apposito strumento e attraverso ad esse si può risalire all’entità della deformazione che le 
ha causate. Per le tre colonne  a fasciatura discontinua 
sono stati realizzati 40 estensimetri, applicati al centro 
e in prossimità dello spigolo di ogni fascia su due facce 
di ogni colonna, diametralmente opposti. Per le due 
colonne a fasciatura continua, sono stati realizzati 20 
estensimetri, applicati anche in questo caso sulle due 
facce delle colonne e diametralmente opposti. Terminata la preparazione dei provini  si è passati 
alla sperimentazione: scopo della sperimentazione è stato quello di verificare, come già detto nel 
precedente paragrafo,  l’incremento delle caratteristiche  di resistenza meccanica e duttilità 
ottenuti dal confinamento dei campioni con la tecnica della fasciatura continua e discontinua  con 
GFR (Glass Fiber Reinforced Polymer). A tal fine sono state portate a rottura, per carico di 
compressione centrata, 10 colonne e si è misurato attraverso estensimetri e trasduttori le 
deformazioni delle strutture. Il carico è stato applicato mediante martinetto idraulico, attivato da 
pompa ad azionamento manuale, con portata massima  pari a 2000 KN. Una  piastra metallica 
dallo spessore di 25mm è stata impiegata per la ripartizione dei carichi. La fase di preparazione, 
sperimentazione, di analisi e calibrazioni dei risultai ottenuti, verranno esposte 
approfonditamente nei Capitoli III e IV del presente lavoro di tesi. La sperimentazione che ha 
portato a redigere tale lavoro, è stata eseguita presso il LABORATORIO DI SCIENZA E TECNICA 
DELLE COSTRUZIONI presso il DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL’INNOVAZIONE,  dell’ Università 
del Salento. 
 
Fig. 5 “Estensimetro” 
CAPITOLO II                                                                                  Il confinamento 
 
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2.  1    Cause di dissesto:  dissesti statici per schiacciamento 
 
 noto che un solido sottoposto alla compressione subisce una 
contrazione nella direzione del carico ed  una dilatazione nelle 
dimensioni perpendicolari. Se la dilatazione trasversale supera la 
capacità di resistenza e coesione del materiale , questo si spezza lungo 
le superfici di frattura disposte nella direzione della forza. Tale dissesto  
è noto come schiacciamento. Lo schiacciamento è il dissesto più pericoloso  in quanto, se in vari 
dissesti il sistema murario cede andando a ricercare nuovi stati di equilibrio che infine trova, pur 
fessurandosi, e vi si adagia in quiete se le cause che hanno portato al dissesto non progrediscono 
ulteriormente, nello schiacciamento ciò non si verifica poiché una volta insorte le cause di 
dissesto, il sistema murario non riuscirà a trovare nuovi stati di equilibrio e il sistema volgerà verso 
fasi sempre più precarie. In particolare nel caso dello schiacciamento, le cause di dissesto 
provocano fratture che risolvono il sistema in elementi astiformi sempre più snelli e fragili e 
facilmente cedevoli sotto  carichi di punta. 
Tale dissesto è tipico delle strutture murarie e consiste nel fatto che la sezione di una struttura 
muraria verticale si trova ad essere sottoposta a carichi superiori alla sua resistenza, ciò può 
avvenire : 
 ξ Perché la capacità portante della sezione è diminuita a causa del decadimento della qualità 
della pietra o dell’elemento costruttivo , o della qualità della malta legante; 
 ξ Perché su una generica sezione, ben calcolata e quindi in equilibrio, vengono indotti carichi 
che ne modificano la sezione fino a superare le qualità di resistenza della stessa; 
 
E’ 
CAPITOLO II                                                                                  Il confinamento 
 
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In genere lo schiacciamento interessa i pilastri in muratura o murature, ed è un fenomeno 
assolutamente irreversibile che ha necessità di una diagnosi precoce; questo durante il suo 
sviluppo presenta tre stadi: 
Nel primo stadio si verifica il superamento della resistenza alla coesione dei giunti orizzontali della 
malta, se quest’ultima dovesse essere meno resistente del materiale lapideo. I giunti sotto carico 
si riducono nello spessore e l’intonaco, eventualmente presente, subisce un accorciamento 
verticale che si manifesta prima con espulsioni di parti di tinteggiatura poi di intonaco vero e 
proprio  ed infine di croste superficiali di muratura.  
Nel secondo stadio si verificano delle fessurazioni a rami corti alternati, ben distinti e visibili lungo 
la direzione della forza che ha generato il dissesto. In questa situazione il paramento murario 
all’interno si presenta già scollegato con una superficie di discontinuità sempre in direzione  della 
forza agente. 
Il terzo stadio risulta essere il più pericoloso in quanto il quadro fessurativo del secondo stadio va a 
unificarsi in fratture di notevole estensione che progressivamente si moltiplicano preludendo al 
crollo del sistema murario e per questo non bisogna ritardare nell’adozione di provvedimenti. 
Lo schiacciamento può essere prodotto da: 
 ξ Carichi localizzati 
 ξ Peso proprio 
 ξ Carichi di punta e pressoflessione 
 Per quanto riguarda i carichi localizzati, prendiamo in considerazione il comportamento di pilastri 
e colonne in quanto interessano il lavoro di tesi, dando una panorami generale del tipo di dissesto 
davanti a cui potremmo trovarci durante la sperimentazione.