Metodi di calibrazione del coefficiente parziale di sicurezza gf per elementi in c.a. con barre di frp

I compositi polimerici fibrorinforzati (FRP) sono stati introdotti nell’industria delle costruzioni negli ultimi anni come un possibile sostituto delle armature di acciaio. L’utilizzo delle barre di FRP come sostituto alle armature di acciaio è risultato essere una promettente soluzione a questo problema, poiché gli FRP posseggono proprietà straordinarie, quali resistenza alla corrosione, buona resistenza a fatica e all’umidità, elevato rapporto resistenza peso e trasparenza elettromagnetica; questi hanno trovato, quindi, un crescente numero di applicazioni nelle costruzioni civili, sia come rinforzo esterno sia come armatura interna per elementi in calcestruzzo.
Le strutture civili realizzate in calcestruzzo armato con barre di acciaio sono suscettibili alle azioni climatiche e normalmente portano allo sviluppo di un processo elettrochimico che conduce alla corrosione dell’armatura metallica. E’ necessaria dunque una costante manutenzione per accrescere il ciclo di vita di queste strutture. L’utilizzo di barre di FRP come armatura interna per solette e travi da ponte, che per la loro configurazione strutturale sono direttamente esposte alle azioni climatiche e ai crescenti carichi mobili da traffico, potrebbe accrescere molto la vita di servizio della struttura.
Il CNR, Consiglio Nazionale delle Ricerche, ha recentemente pubblicato un documento di tipo orientativo per la “progettazione, l’esecuzione ed il controllo di strutture realizzate in calcestruzzo armato con barre di materiale composito fibrorinforzato” (CNR-DT 203/2006 [1]); l’approccio seguito è quello del metodo semiprobabilistico agli stati limite, con un’impostazione, quella dei “principi” e delle “regole applicative”, classica degli Eurocodici. Il metodo semiprobabilistico, che parte da basi probabilistiche, valuta la sicurezza di ciascuno stato limite per via deterministica utilizzando opportuni coefficienti di sicurezza scelti in funzione del materiale, delle azioni e dello stato limite considerato.
Il presente lavoro di tesi si inserisce in tale contesto allo scopo di valutare la resistenza flessionale delle strutture in calcestruzzo armato con barre di FRP, avvalendosi del supporto della teoria dell’affidabilità per la calibrazione del coefficiente di sicurezza delle barre di FRP, gf (gamma f).
Gli obiettivi del progetto sono stati raggiunti attraverso i seguenti passi:
1. Raccolta delle informazioni statistiche riguardanti le barre di FRP disponibili in commercio e di tutte le altre grandezze variabili che influenzano il processo di progettazione di elementi armati con tali barre.
2. Creazione di un insieme di casi progettuali, comprendenti sia solette che travi in calcestruzzo armato con barre di FRP, costituito da un elevato numero di elementi strutturali con ampia variabilità dei parametri progettuali (resistenza e rapporto di armatura delle barre di FRP, resistenza del calcestruzzo, altezza utile e base della sezione dell’elemento strutturale).
3. Elaborazione di modelli statistici sia per i carichi permanenti (dead load) che per quelli mobili (live load) da utilizzare nell’indagine di affidabilità.
4. Realizzazione di simulazioni tipo Monte Carlo per ognuno degli elementi progettati (solette e travi) così da ricavare la resistenza flessionale degli elementi strutturali analizzati.
5. Determinazione della probabilità di collasso delle sezioni progettate e dell’indice di affidabilità, b (beta), attraverso l’utilizzo del metodo FORM (First Order Reliability Method).
6. Analisi della variazione dell’indice di affidabilità, b, in funzione del coefficiente di sicurezza relativo alle barre di FRP, gf, utilizzate come armatura degli elementi in calcestruzzo, allo scopo di determinare un valore ottimizzato del suddetto coefficiente di sicurezza, da utilizzarsi in fase di progetto.
Nel presente capitolo, tra i vari codici di progetto esistenti, si analizzano principalmente le linee guida ultimamente pubblicate dal Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR-DT 203/2006 [1], normativa di riferimento per questo lavoro di tesi, effettuando un confronto con le linee guida maggiormente utilizzate in campo internazionale, l’ACI 440.1R-06 [2] (Stati Uniti d’America) e il CAN/CSA S806-02 [3] (Canada). Tutti i criteri progettuali presi in esame fanno riferimento alla Teoria degli Stati Limite.