Applicazione di tiranti in composito per la precompressione di elementi in calcestruzzo armato

The aim of the present work is the deepening of knowledge of conditions concerning the feasible use of FRP (acronym of Fiber Reinforced Polymers) tendons in the pre-stressing of new and existing elements in reinforcing concrete, the advantages that derive from this technique and specially the difficulties inherent in the development of an anchoring system that is reliable and efficient allowing to fully exploit the mechanical properties of the material of which they are made. For focusing the subject, after a brief introduction which illustrates the possible fields of use, is inserted an overview of the traditional technology of pre-stressing with the use of steel rods, analyzing the rules of the application, the possible losses associated with and the importance of having materials capable of storing a large amount of energy. Thereafter a rapid view of the available rules and guidelines of the sector is located an analysis of physical, mechanical and geometrical properties of FRPs focusing in particular on the peculiarities of the two constituent phases (fibers and matrix) and then on products that are more suitable to be tensioned to provide the structure considered a solicitation of pre-stressing, revising the manufacturers' technical details and extracting only useful information. After examining those which are the main fields in which this technique can be employed are studied in depth, varying some mechanical data of input, the different types of anchor developed during years for the tendons in composite material with particular attention to the lateral pressure necessary to avoid sliding without leading to a premature failure. Among all is deepened the study of the wedges system illustrating advantages, critical points to be solved and possible improvements. This work is concluded by a practical application concerning the strengthening of an existing predalles slab (which was made underestimating the load of the closure brick wall imposed on it) by the use of external tendons consisting of CFRP laminates in order to improve the performances both in exercise and failure.

Obiettivo del presente elaborato è l'approfondimento conoscitivo delle condizioni riguardanti il possibile utilizzo di tiranti in FRP (materiali rinforzati con fibre a matrice polimerica) nell'ambito della precompressione di elementi, nuovi ed esistenti, in conglomerato cementizio armato, i vantaggi che derivano da tale tecnica e soprattutto le difficoltà insite nello sviluppo di un sistema di ancoraggio che sia affidabile ed efficiente consentendo di sfruttare le proprietà del materiale. Per inquadrare l'argomento, dopo una rapida introduzione in cui sono illustrati i campi di utilizzo, si effettua una breve panoramica della tecnologia della precompressione tradizionale, con l'utilizzo di tiranti in acciaio armonico, soffermandosi su quelle che sono le modalità di applicazione, le possibili perdite associate e l'importanza di avere materiali in grado di immagazzinare una grande quantità di energia. Dopo un inquadramento normativo si passa all'analisi delle caratteristiche fisiche, meccaniche e geometriche degli FRP soffermandosi in particolar modo sulle peculiarità delle due fasi costituenti (fibre e matrice) per poi concentrarsi sui prodotti che meglio si prestano ad essere tesi per fornire alla struttura in esame una sollecitazione di precompressione rielaborando le schede tecniche dei produttori ed estrapolandone le informazioni utili. Dopo avere esaminato quelli che sono i principali campi in cui può trovare impiego tale tecnica vengono studiati in maniera approfondita, al variare di alcuni parametri meccanici di input, le diverse tipologie di ancoraggio disponibili sul mercato per i tiranti in materiale composito con particolare attenzione alla pressione laterale necessaria ad evitare scorrimenti senza portare a rottura precoce. Tra tutte ci si sofferma poi sul sistema a cunei illustrandone vantaggi, punti critici e possibili miglioramenti per poi concludere il lavoro con un'applicazione pratica reale riguardante il rinforzo di un impalcato esistente (realizzato sottostimando il carico della chiusura perimetrale gravante su di esso) mediante tiranti esterni costituiti da lamine in carbonio al fine di migliorarne le prestazioni sia in esercizio che a rottura.