Il DM 14/01/2008 (NTC 2008) al punto 11.1 prescrive che tutti i materiali e i prodotti da costruzione impiegati per uso strutturale devono essere identificabili, in possesso di specifica qualificazione all’uso previsto e devono, altresì, essere oggetto di controllo in fase di accettazione da parte del Direttore dei Lavori.

Prescrive inoltre che tali prodotti, e tra questi i compositi fibrorinforzati (FRP – Fiber Reinforced Polymer) definiti come materiali non tradizionali (Punto 8.6 delle NTC 2008), quando non marcati CE ai sensi del Regolamento (UE) n. 305/2011 o non provvisti di Benestare Tecnico Europeo, debbano essere in possesso di un Certificato di Idoneità Tecnica all’impiego (nel seguito CIT) rilasciato dal Sevizio Tecnico Centrale (STC), sulla base di Linee Guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.

In questo discorso si inserisce il lungo dibattito sulla necessità di avere delle Linee Guida per l’accettazione e la certificazione dei materiali compositi fibrorinforzati FRP che ha finalmente ha preso forma il 09 luglio del 2015 quando con Decreto del Presidente del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici n° 220 è stata approvata la “Linea Guida per la identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti” (L.G. FRP).

Questo documento sostituisce le procedure di identificazione, qualificazione ed accettazione riportate nelle Linee Guida per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Collaudo di Interventi di Rinforzo di strutture di c.a., c.a.p. e murarie mediante FRP approvate il 24 luglio 2009 dall’Assemblea Generale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e pubblicate a cura del STC.

Il campo di applicazione della L.G. FRP riguarda sistemi di rinforzo FRP, realizzati mediante l’impiego di fibre lunghe e continue di vetro, carbonio o arammide, ed immerse in una matrice polimerica termoindurente.

E’ necessario distinguere le due categorie:

• Sistemi preformati (precured systems), costituiti principalmente da elementi a forma di lastre sottili (lamine o nastri) preparati in stabilimento mediante pultrusione, o altri processi produttivi di comprovata validità tecnologica, e successivamente incollati in cantiere alla membratura da rinforzare con collanti forniti dallo stesso Produttore.

Sono escluse le barre e gli elementi di altre sezioni, differenti da quella rettangolare sottile.

• Sistemi impregnati in situ (ad esempio wet lay-up systems), costituiti da fogli o tessuti di fibre uni o multi-direzionali, impregnati direttamente in cantiere con resina polimerica, che può fungere anche da adesivo al substrato interessato dall’intervento di rinforzo.

Sono escluse dalla L.G. FRP le matrici polimeriche termoplastiche.

In questo articolo si vuole riassumere quanto previsto dalla L.G. FRP in merito ai Controlli di accettazione in cantiere (L.G. FRP §4.7 e §5.2.9), obbligatori per tutti i prodotti oggetto della fornitura e di competenza del Direttore dei Lavori. Quest’ultimo prima della messa in opera è tenuto a verificare che tutti i prodotti siano coperti da valido CIT e confrontare adeguatamente la loro marcatura con quella depositata dal Fornitore presso il STC, e a rifiutare le eventuali forniture non conformi segnalando al STC tale circostanza.

Inoltre, nel caso di materiali e prodotti recanti la Marcatura CE, deve accertarsi del possesso della marcatura stessa e richiedere ad ogni Fornitore, per ogni diverso prodotto, il Certificato ovvero Dichiarazione di Conformità alla parte armonizzata della specifica norma europea ovvero allo specifico Benestare Tecnico Europeo, per quanto applicabile.

Appurata la verifica di conformità delle marcature, il Direttore dei Lavori o un tecnico di sua fiducia deve effettuare l’operazione di campionamento dei provini, assicurando mediante idonee sigle ed etichettature indelebili, la rintracciabilità dei campioni in ordine alla fornitura ed alla ubicazione e all’uso previsto in cantiere.

Il campionamento consiste nel prelievo di:

• per i sistemi preformati: 3 campioni in riferimento ad ogni lotto di spedizione e comunque ogni 500 m o frazione di sistema di rinforzo preformato, e per ogni stabilimento di provenienza (se più di uno);

Si prescrivono inoltre prove sulla resina – adesivo in ragione di un provino ogni lotto di spedizione per verificarne le caratteristiche dichiarate dal Produttore e richiamate nel manuale di installazione.

• per i sistemi impregnati in situ: 3 campioni in riferimento ad ogni lotto di spedizione e comunque ogni 500 mq o frazione di sistema di rinforzo da installare. I campioni devono essere ricavati da laminati costituiti da tre strati di tessuto sovrapposti, realizzati in cantiere con i materiali base oggetto di fornitura e con la procedura di installazione prescritta dal Fornitore, impiegando gli stessi addetti del cantiere e le medesime condizioni ambientali. Occorre confezionare tanti laminati quante sono le classi dei sistemi di rinforzo da installare, tenendo anche conto dell’eventuale molteplicità di Fornitori.

Per lotto di spedizione, si intende un insieme costituito da specifica resina e da uno specifico tessuto, fasi commercializzate da una stessa ditta (Fornitore), inviate al cantiere per la realizzazione di un ben definito tipo di composito FRP.

Sui campioni prelavati sono previste esclusivamente prove di caratterizzazione meccanica  effettuate da un laboratorio autorizzato di cui all’art. 59 del DPR 380/2001, avente comprovata esperienza e dotato di idonea strumentazione per condurre prove su FRP, non oltre 30 giorni dalla ricezione dei materiali oggetto della fornitura in cantiere.

Il Direttore dei Lavori deve sottoscrivere la richiesta di prove al Laboratorio Incaricato, contenente indicazioni precise sui campioni prelevati. In caso di mancata sottoscrizione della richiesta di prove e/o di omessa indicazione della destinazione del prodotto da parte del Direttore dei Lavori, le certificazioni emesse dal Laboratorio non possono assumere valenza ai sensi della L.G. FRP e di ciò ne deve essere fatta esplicita menzione sul certificato stesso.

I predetti certificati non potranno essere utilizzati dal Collaudatore per le successive operazioni di collaudo.

I campioni prelevati vengono inviati al Laboratorio Incaricato che effettua le prove di caratterizzazione meccanica a trazione nella direzione delle fibre al fine di determinare per ciascun campione i valori della tensione di rottura a trazione e del modulo elastico.

Il controllo di accettazione risulta soddisfatto:

• per i sistemi preformati: se per ciascun campione i valori della tensione di rottura a trazione e del modulo elastico risultano non inferiori ai corrispondenti valori nominali dichiarati nella scheda Prodotto.

Le proprietà della resina-adesivo prelevata devono soddisfare i valori dichiarati dal Produttore.

Qualora la verifica non dovesse essere soddisfatta, anche solo per una delle grandezze misurate (tensione di rottura a trazione e modulo elastico), essa deve essere ripetuta prelevando e provando n.3 ulteriori campioni provenienti da prodotti dello stesso lotto. Se, per tutti e tre i campioni, i valori delle due caratteristiche meccaniche da esaminare risultano non inferiori dei competenti valori di accettazione, il lotto consegnato può essere considerato conforme. Se, per uno solo dei campioni, il valore di una delle due caratteristiche meccaniche risulta minore del corrispondente valore di accettazione, sia il provino che il metodo di prova devono essere attentamente analizzati. Se nel campione è presente un difetto o si ha ragione di credere che si sia verificato un errore durante la prova, il risultato della prova stessa deve essere ignorato. In questo caso occorre prelevare un ulteriore (singolo) campione ed accertare il soddisfacimento dei requisiti di accettazione. In tutti gli altri casi, il Direttore dei Lavori deve comunicare al STC che l’intero lotto di spedizione è da considerarsi non conforme e come tale non deve essere utilizzato per il previsto rinforzo strutturale.

• per i sistemi impregnati in situ: se per ciascun campione i valori della tensione di rottura a trazione e del modulo elastico risultano non inferiori ai corrispondenti valori nominali codificati nella Tabella 4 della L.G. FRP.

In caso di risultato negativo, il Direttore dei Lavori, dopo averne data notizia al Fornitore, preleva in cantiere dei campioni di tessuto e di resina, in quantità opportuna, e li invia ad un Laboratorio incaricato, di fiducia anche del Fornitore, insieme con il manuale di installazione prodotto dal Fornitore. Il laboratorio, sulla base delle procedure descritte nel manuale di installazione, realizza un laminato costituito da tre strati, ricavando da esso n. 3 provini da sottoporre a prova di trazione. Il Direttore dei Lavori ed il Fornitore possono richiedere di assistere alla preparazione dei provini ed alla successiva prova.

La prova si ritiene superata se per tutti e tre i provini i valori della tensione di rottura e del modulo elastico a trazione, entrambi nella direzione delle fibre, risultano non inferiori a quelli nominali codificati nella Tabella 4 della L.G. FRP.

In base ai risultati ottenuti il Direttore dei Lavori assume le determinazioni più opportune e, in caso di insuccesso della prova, ne dà comunicazione al STC.

 

Classi dei rinforzi FRP realizzati in situ (Tabella 4 – L.G. FRP)

Classe	Natura della fibra	Modulo elastico  a trazione nella direzione  delle fibre [GPa]	Resistenza a trazione nella direzione delle  fibre [MPa]
60G	Vetro	60	1300
210C	Carbonio	210	2700
350/1750C	Carbonio	350	1750
350/2800C	Carbonio	350	2800
500C	Carbonio	500	2000
100A	Arammide	100	2200

 

Per tessuti pluriassiali, con fibre disposte in più direzioni, i valori della Tabella 4 della L.G. FRP si intendono riferiti alla direzione di prevalente interesse.

Le prove di caratterizzazione meccanica a trazione devono essere condotte in accordo alle norme di riferimento indicate nella L.G. FRP:

• per i sistemi preformati: la norma di riferimento è la UNI-EN 13706-1-2-3 “Compositi plastici rinforzati – Specifiche per profili pultrusi – Metodi di prova e requisiti generali” che per la determinazione delle caratteristiche meccaniche di resistenza a trazione e modulo elastico rimanda alla norma UNI EN ISO 527-4 “Determination of tensile properties of plastics” Part 4: Test conditions for isotropic and orthotropic fibre- reinforced plastic composites (ISO 527-4 : 1997) English version of DIN EN ISO 527-4.

 

Tali caratteristiche, valutate in regime di trazione uniassiale, devono essere riferite all’unità di superficie complessiva della sezione retta del rinforzo FRP (fibre e matrice), ortogonalmente cioè alla direzione delle fibre.

La resistenza a trazione σ_MAX, espressa in megapascal, è data dalla relazione seguente:

In cui:

P_max     è il carico massimo di trazione registrato durante la prova (espresso in newton);

A         è l’area media della sezione trasversale del provino (espressa in mm²) ottenuta moltiplicando la larghezza del provino per lo spessore del preformato.

Il modulo elastico a trazione E, espresso in gigapascal, è dato dalla relazione seguente:

In cui:

^σ′′ è la tensione (espressa in megapascal) corrispondente alla deformazione ε^′′ =0,0025;

^σ′ è la tensione (espressa in megapascal) corrispondente alla deformazione ε^′ =0,0005.

Figura 1. Diagramma tensione-deformazione (sistemi preformati) con determinazione delle caratteristiche meccaniche di interesse

•  per i sistemi impregnati in situ: la norma di riferimento è la UNI EN 2561 “Serie aerospaziale – Materie plastiche rinforzate con fibre di carbonio – Laminati unidirezionali – Prova di trazione parallelamente alla direzione delle fibre”.

Le caratteristiche meccaniche a trazione devono essere riferite all’area delle sole fibre secche all’interno della sezione retta del rinforzo, al netto, cioè, della resina di impregnazione.

La resistenza a trazione  σ_MAX, espressa in megapascal, è data dalla relazione seguente:

In cui:

P_max     è il carico massimo di trazione registrato durante la prova (espresso in newton);

A         è l’area media della sezione trasversale (espressa in mm²) ottenuta moltiplicando la larghezza del provino per lo spessore del laminato (pari al n. di strati (tre) per lo spessore equivalente del tessuto secco).

Il modulo elastico a trazione E, espresso in gigapascal, è dato dalla relazione seguente:

In cui:

σ₁ ed ε₁  sono rispettivamente la tensione e la deformazione di trazione in corrispondenza del 50% del carico massimo attinto durante la prova;

σ₂  ed  ε₂  sono rispettivamente la tensione e la deformazione di trazione in corrispondenza del  10% del carico massimo attinto durante la prova;

Figura 2. Diagramma tensione-deformazione (sistemi impregnati in situ) con determinazione  delle caratteristiche meccaniche di interesse

 

Il Fornitore del sistema composito FRP deve assicurare una corretta archiviazione della documentazione di accompagnamento dei materiali oggetto della fornitura garantendone la disponibilità per almeno dieci anni. Ai fini della rintracciabilità dei prodotti in cantiere, l’Appaltatore deve inoltre assicurare la conservazione della medesima documentazione, unitamente a marcature o etichette di riconoscimento ed alle eventuali annotazioni trasmesse dal Direttore dei Lavori, fino al completamento delle operazioni di collaudo statico.

Bibliografia

Decreto del Presidente del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici n. 220 del  9/07/2015. “Linea Guida per la identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti.

D.M. 14/01/2008. Norme Tecniche per le Costruzioni.

UNI EN 13706-1-2-3. (2003). Compositi plastici rinforzati – Specifiche per profili pultrusi.

UNI EN ISO 527-4. (1997). Determination of tensile properties of plastics Part 4: Test conditions for isotropic and orthotropic fibre-reinforced plastic composites (ISO 527-4: 1997) English version of DIN EN ISO 527-4.

UNI EN 2561. (1995). “Serie aerospaziale – Materie plastiche rinforzate con fibre di carbonio – Laminati

unidirezionali – Prova di trazione parallelamente alla direzione delle fibre”.

L’AUTORE

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Classe 1983, è ingegnere civile strutturista. Nel 2011 ha conseguito la Laurea Specialistica  in Ingegneria Strutturale e Geotecnica presso l’Università degli Studi di Napoli “Federico II” discutendo una Tesi dal titolo “Analisi parametrica di sezioni in c.a. rinforzate con FRP”. Dal 2011 si occupa di materiali compositi FRP-FRCM da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti. Dal 2011 al 2013 ha svolto attività di collaborazione presso ReLUIS – Consorzio Interuniversitario Rete di Laboratori di Ingegneria Sismica, Dipartimento di Strutture per l’ingegneria e l’Architettura dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”. Dal 2014 al 2016 ha svolto attività di ricerca sui materiali compositi FRP-FRCM presso il Dipartimento di Strutture per l’ingegneria e l’Architettura dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II”.