Un sistema FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) è di tipo composito in quanto si compone di una matrice inorganica a base cementizia o di calce idraulica naturale e di un’armatura di rinforzo. Questi compositi spesso sono definiti anche TRC (Textile Reinforced Concrete), TRM (Textile Reinforced Mortar), IMG (Inorganic Matrix-Grid Composites) o CRM (Composite Reinforced Mortar).
I sistemi FRCM sono impiegati nel rinforzo strutturale di edifici esistenti in muratura o calcestruzzo armato e prevedono uno spessore di malta, applicata in situ, generalmente compreso tra 10 e 20 mm. L’eventuale regolarizzazione della parete muraria deve essere sempre effettuata prima del rinforzo con idoneo prodotto.
Tutti i prodotti di cui si costituisce il sistema di rinforzo è preferibile che siano forniti da uno stesso Fabbricante e siano accompagnati da un manuale di installazione.
L’armatura in genere è costituita da tessuti monoassiali o da reti bidirezionali in acciaio (galvanizzato o inox) o in fibra sintetica (vetro A.R., basalto, carbonio, arammide, PBO, etc).
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Fig. 1: tessuto monoassiale in fibra di carbonio
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Fig. 2: tessuto biassiale in fibra di carbonio
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Fig. 3: tessuto quadriassiale in fibra di carbonio
Le fibre sono raggruppate in yarns (fili) e possono essere secche (carbonio, arammide, PBO) oppure impregnate in resine organiche (vetro A.R., basalto). Più yarns collegati da filamenti metallici o in poliestere possono formare uno strand. La distanza tra i fili nelle due direzioni identifica la dimensione della maglia (in genere indicata come trama e ordito).
La distanza netta tra il contorno dei fili non dovrebbe essere superiore a 2 volte lo spessore della malta o 30 mm.
La grammatura del tessuto definisce il peso della rete per unità di superficie e deve essere valutato al netto di un eventuale appretto.
La matrice è applicata fresco su fresco e può essere a base di cemento o di calce idraulica naturale, in genere è fibrorinforzata e può contenere all’interno componenti organiche in quantità non superiore al 5% in peso del legante inorganico al fine di non inficiare le caratteristiche di traspirabilità del sistema.
Una delle procedure di caratterizzazione meccanica dei sistemi FRCM è il test di trazione monoassiale di campioni di rinforzo di larghezza non maggiore di quella degli afferraggi della macchina di prova e tale da includere almeno 3 yarns e larghezza superiore a 5 volte la lunghezza del provino. Alle estremità si installano dei talloni in FRP (CFRP, GFRP) o in metallo (acciaio, alluminio), di lunghezza minima 50 mm e spessore maggiore di 2 mm, per agevolare l’afferraggio e una corretta distribuzione delle tensioni. Per evitare disallineamenti del campione nella macchina di prova si utilizza una cerniera autoallineante.
Fig. 4: cerniera autoallineante per prova di trazione monoassiale
La prova è eseguita a controllo di spostamento a una velocità inferiore a 0,2 mm/min su almeno 6 campioni provenienti dallo stesso lotto e maturati nelle stesse condizioni.
Il valore della deformazione nel campione è misurato tramite trasduttori di spostamento e la massima tensione di trazione è pari a:
Il tipico legame costitutivo dei sistemi FRCM in prova di trazione monoassiale è schematizzabile da una polilinea a tre spezzate, corrispondenti rispettivamente allo stato non fessurato della matrice (stadio A), quello in fase di fessurazione (stadio B) e infine quello fessurato (stadio C).
Fig. 5: legame costitutivo tipo per FRCM
In genere il secondo stadio non è lineare, ma consiste in una serie di cadute di tensione visibili nel grafico come i denti di una sega corrispondenti ognuno alla formazione di una nuova fessura e avvertibile da evidenti scricchiolii nel campione.
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Fig. 6: vista delle fessure in stadio B
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Fig. 7: curve sperimentali tensione-deformazione per i campioni rinforzati con rete in fibra di basalto
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Fig. 8: ingrandimento di un grafico carico-deformazione in fase B
Lo stadio B evolve finché non raggiunge la situazione di “fessurazione stabilizzata”, ossia si è aperto un numero tale di crepe oltre il quale non se ne formano di nuove.
Nello stadio C si assiste alla sola deformazione del tessuto di rinforzo contenuto nella matrice fino a sfilamento o rottura. Per questo motivo l’ultima spezzata del legame costitutivo ha pendenza molto simile a quello del legame costitutivo della sola fibra testata a trazione monoassiale.
Bibliografia: Anticipazioni sulle Linee Guida per la identificazione, qualificazione e controllo di accettazione degli FRCM; AC434; ACI 549.4R-13.
Per qualsiasi domanda su questo tema o per ricevere supporto alla progettazione scrivere a daniele.martini@aquilaprem.it
Ing. Daniele Martini, Responsabile Ufficio Tecnico Aquilaprem
Mail: daniele.martini@aquilaprem.it
Cell: 3381918413
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