The use of fibre-reinforced polymers in civil engineering structures and their application in the design of a pedestrian bridge

This work is focused on the use of fibre-reinforced polymers (FRP) as structural material in civil engineering applications, since this innovative material, initially developed for aeronautical purposes, in the last twenty years has also begun arousing the attention of the construction field, mainly due to the its excellent ratio between mechanical properties and weight and to its corrosion resistance, together with the enhancement of the production techniques and the related increased price affordability. However, despite these qualities, their widespread is hampered by the lack of practical knowledge in civil engineering applications, which makes the designer and the constructors still unconfident toward the use of the FRPs as structural materials. The purpose of this work is to clarify advantages, issues, and possible solution in designing a civil engineering structure in FRP. The main features of the FRPs as composite material, in terms of material properties and production techniques, are initially recalled. Then, the results of an extensive investigation about the state of the art of the research in structural engineering applications of the FRP material are shown, in particular with reference to their durability and to the behaviour of the joints, followed by the presentation of some examples of known applications cases of fibre-reinforced polymers in civil engineering, especially regarding the realization of pedestrian bridges in the last twenty years. The reference standards and design manuals available at the present time for the designers are also discussed. In conclusion, it has been developed a design case about a pedestrian bridge in FRP, realized with pultruded profiles in fibreglass-reinforced polymers and having a traditional truss-like geometry, in order to highlight the main issues and the possible solutions related to the use of this innovative material with respect to those of common use.

Questo lavoro è focalizzato sull’utilizzo dei polimeri fibrorinforzati (FRP, fibre-reinforced polymers) in applicazioni di ingegneria civile, dato che questi materiali innovativi, inizialmente sviluppati per l’utilizzo nel settore aeronautico, negli ultimi vent’anni ha iniziato a destare l’attenzione anche del settore delle costruzioni, soprattutto per il loro eccellente rapporto tra le proprietà meccaniche e peso e per la loro resistenza alla corrosione, assieme al miglioramento delle tecniche produttive ed alla conseguente maggiore accessibilità economica del materiale. Nonostante queste qualità, l’ampia diffusione di questi materiali è stata ostacolata dalla carenza di conoscenze pratiche riguardo la loro applicazione in ingegneria civile, che rende progettisti e costruttori ancora incerti verso il loro utilizzo come materiale strutturale. Lo scopo ti questo lavoro è proprio quello di chiarire vantaggi, problemi e possibili soluzioni nella progettazione di una struttura di ingegneria civile in FRP. Inizialmente sono richiamate le principali caratteristiche dei polimeri fibrorinforzati come materiali compositi, in termini di proprietà meccaniche e tecniche produttive. Sono poi riportati i risultati di un’estesa indagine riguardo lo stato dell’arte della ricerca rispetto all’utilizzo degli FRP in applicazioni di ingegneria civile, con particolare riferimento ai problemi di durabilità e di comportamento dei giunti, seguiti dalla presentazione di alcuni casi reali di strutture civili costruite in FRP, in particolare relativi alla realizzazione di passerelle pedonali negli ultimi vent’anni. Sono anche discussi la normativa di riferimento ed i manuali progettuali attualmente disponibili per i progettisti. In conclusione, è analizzata la progettazione di una passerella pedonale, realizzata con profili pultrusi in vetroresina ed avente struttura reticolare di tipo tradizionale, al fine di evidenziare i problemi principali e le possibili soluzioni relativi all'uso di questo materiale innovativo rispetto a quelli di uso comune.