ITMI982835A1 - Procedimento per rinforzare strutture edili,pellicola,edificiorinforzato ottenibile con il procedimento - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"PROCEDIMENTO PER RINFORZARE STRUTTURE EDILI, PELLICOLA, EDIFICIO RINFORZATO OTTENIBILE CON IL PROCEDIMENTO"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

'invenzione riguarda un procedimento per riforzare strutture edili, una pellicola, e un edificio rinforzato ottenibile con il procedimento. Più in particolare il campo dell'invenzione riguarda un procedimento per l'applicazione di rinforzi strutturali agli elementi portanti di edifici preesistenti. Esistono infatti moltissimi edifici che presentano tuttora un valore architettonico, economico, pratico, ma che sono stati originariamente progettati con caratteristiche strutturali inadeguate alle moderne esigenze di sicurezza generali, o, più in particolare, ai problemi di resistenza antisismica.

Inoltre, il cemento armato, per sua natura, tende a deteriorarsi con il tempo, particolarmente se esposto in ambienti con forte contenuto di umidità, o addirittura all'aperto. Analogamente le strutture portanti metalliche sono soggette a corrosione. Tutti questi fattori possono comportare una degradazione delle proprietà meccaniche delle strutture stesse, fino a livelli considerevolmente inferiori a quelli di progetto.

Dato che in moltissimi casi l'abbattimento e la ricostruzione di tali edifici è improponibile, si è tentato di rinforzare tali strutture per cercare di ripristinare i valori strutturali originali, o addirittura di migliorarli. In tal senso è noto rivestire tali elementi strutturali pre-esistenti con uno strato di materiale fibroso, costituito ad esempio da fibre di vetro, fibre di kevlar, fibre di carbonio, ecc., impregnate con una resina, ad esempio una resina epossida bicomponente. E' infatti noto che l'accoppiamento di tale materiale fibroso con il materiale resinoso dà luogo ad un elemento composito con resistenze strutturali elevatissime.

Si è tuttavia verificato in pratica che, nel campo specifico del rinforzo delle strutture edili, tali materiali compositi hanno dato luogo a problemi che ne hanno compromesso un'applicazione efficace. In particolare, è risultato praticamente impossibile riuscire ad applicare alla struttura edile pre-esistente uno strato di materiale composito di spessore sufficiente a garantire la tenuta strutturale richiesta. Infatti, mentre si è riusciti ad applicare, senza difficoltà esagerate, strati di materiale composito di piccolo spessore, che tendono ad aderire naturalmente alla struttura dell'edificio pre-esistente, gli strati di grosso spessore tendono a distaccarsi, a creare bolle d'aria, e quindi a non garantire l'affidabilità del risultato che è invece l'elemento essenziale che deve essere assicurato in questo tipo di applicazioni. D'altra parte, strati di elemento composito di piccolo spessore non risolvono comunque il problema, dato che l'incremento di resistenza richiesto è all 'incirca proporzionale allo spessore del rinforzo e risulta quindi che un piccolo spessore dà luogo ad un piccolo incremento delle capacità strutturali.

Più in particolare, si è verificato che oltre alla formazione di bolle d'aria che provocano un decadimento delle prestazioni meccaniche, si formano sacche d'aria intorno agli angoli e agli spigoli, in quanto la fibra tende a ritornare diritta e a non conformarsi all'elemento da rinforzare. Si è inoltre verificata la caduta per gravità delle fibre dall'elemento da rinforzare prima dell'indurimento della resina, se il rinforzo è applicato dal basso vero l'alto, come è il caso delle volte, del lembo inferiore delle travi di ponti o delle suolette in cemento armato, ecc. L'applicazione dal basso verso l'alto è quella di gran lunga più frequente, in quanto tutte le travi sono per natura accessibili solo dal lato inferiore. Inoltre, l'applicazione dei rinforzi non può avvenire a bassa temperatura esterna in quanto le resine per l'impregnazione del materiale fibroso necessitano di temperature superiori a 10-15° per l'indurimento. Per raggiungere prestazioni meccaniche più elevate e anche una migliore resistenza alle alte temperature, è necessario che l'indurimento avvenga a temperature più elevate. Per le caratteristiche esotermiche della reazione di polimerizzazione e per la natura stessa delle strutture edili è risultato impossibile controllare la temperatura dell'indurimento, che dovrebbe seguire invece un ciclo ben preciso di temperatura, al passaggio del tempo.

Infine, la lavorazione manuale normale della fibra di carbonio o di altri elementi fibrosi adatti a formare compositi viene normalmente eseguita tramite la spalmatura della resina direttamente sulle fibre secche tramite rulli o pennelli; questo tipo di lavorazione provoca un uso elevato di resina per poter garantire una sufficiente bagnatura e saturazione delle fibre; con questo tipo si lavorazione si ottengono pertanto delle percentuali di fibra per unità di volume del prodotto rinforzante finito piuttosto basse, cioè dal 30 dal 40%, in quanto si ha un elevato consumo di resina in relazione alla quantità di fibre utilizzate. Inoltre le caratteristiche meccaniche risultanti sono inferiori a quanto auspicabile, in quanto un ridotto contenuto di fibre comporta una riduzione delle caratteristiche meccaniche.

In pratica dunque, nonostante gli elementi compositi siano stati impiegati in numerosi campi, dalla costruzione delle carrozzerie di aeroplani, automobili, treni, elementi di macchine, ecc., nel campo specifico del rinforzo di strutture edili pre-esistenti, il problema non è stato risolto affatto, per lo meno con quel grado di completezza e affidabilità che le norme sulla sicurezza richiedono.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di superare i suddetti inconvenienti con un procedimento per rinforzare strutture edili pre-esistenti, caratterizzato dal fatto di comprendere:

- l'applicazione, su detta struttura edile, di un rinforzo costituito da un materiale fibroso e da una resina impregnante; - l'applicazione, intorno a detto rinforzo, di una pellicola impermeabile all'aria, in modo da sigillare i bordi di detta pellicola; e

- l'aspirazione dell'aria compresa tra detta pellicola e detta struttura edile, in modo da creare un grado di vuoto sufficiente ad agevolare la compenetrazione di detta resina impregnante con detto materiale fibroso.

Preferibilmente il rinforzo è applicato sotto la struttura edile e i bordi della pellicola sono sigillati sulla struttura edile, ad esempio con un sigillante butilico.

Preferibilmente, il procedimento comprende la stesura di uno strato di adesivo sulla struttura edile, tale adesivo ha un modulo elastico inferiore a quello della resina utilizzata per l'impregnazione, più preferibilmente tale adesivo ha una tensione superficiale inferiore a quella della resina, ancora più preferibilmente tale adesivo ha una resistenza a trazione inferiore a quella della resina.

Vengono impiegati diversi adesivi bicomponenti a base di resine epossidiche a seconda del tipo di incollaggio, ad esempio su calcestruzzo, su metalli, o su legno, oppure per uso subacqueo o per superfici bagnate.

Preferibilmente il rinforzo è applicato sull'adesivo prima dell'indurimento dell'adesivo stesso. Si è verificato in questo modo un'ottima presa tra la resina per l'impregnazione del materiale fibroso e l'adesivo.

Preferibilmente, il procedimento comprende l'interposizione di un foglio distaccante disposto tra la pellicola e il rinforzo. Tale faglio distaccante essendo preferibilmente di tipo "peel ply" . Più preferibilmente il foglio distaccante è un tessuto apprettato di nylon. Il tessuto ha la caratteristica di poter essere strappato dal materiale composito di rinforzo formato dalla resina e più il materiale fibroso, dopo l'indurimento di tale materiale di rinforzo. In questo modo si ha il vantaggio addizionale che il tessuto lascia la propria impronta sul rinforzo, in modo che ad indurimento ottenuto si ottiene una superficie rugosa, e non lucida, adatta al successivo incollaggio di altro rinforzo o alla finitura con prodotti verniciati e protettivi.

Preferibilmente il procedimento comprende l'interposizione di uno strato aereante disposto tra il foglio distaccante e la pellicola. Tale strato aereante è preferibilmente formato in tessuto non tessuto di feltro apprettato. Si tratta in particolare di un feltro sintetico che viene posato sul distaccante per garantire la circolazione dell'aria e la realizzazione del vuoto in tutta la superficie trattata al di sotto del foglio di tenuta formato dalla pellicola.

Preferibilmente la pellicola è formata in un materiale plastico flessibile resistente al calore ma permeabile ai raggi infrarossi. Tale pellicola viene posata a contatto con il feltro aereante e sigillata tutto intorno alla zona rinforzata a contatto con il calcestruzzo o il metallo o altro materiale della struttura edile. La pellicola viene sigillata con un cordolo di materiale butilico.

Preferibilmente tale pellicola comprende una pluralità di attacchi per l'aspirazione dell'aria, più preferibilmente tale pellicola comprende due file parallele di attacchi. Questi attacchi sono collegati con una pompa del vuoto dimensionata per consentire la creazione del vuoto fino allo 0,95% di vuoto assoluto. Alla pompa è collegato un collettore da cui si diramano tubi di lunghezza variabile con un attacco a forma di valvola di non ritorno, all'estremità di ciascun tubo, per consentire il collegamento del tubo del vuoto alla pellicola. La valvola consente di mantenere il grado di vuoto raggiunto senza ulteriori interventi della pompa.

Preferibilmente viene impiegato almeno un vuotometro, per verificare il grado di vuoto realizzato. Più preferibilmente viene impiegata una pluralità di vuotometri disposti in corrispondenza degli attacchi dei tubi con la pellicola.

Preferibilmente vengono impiegati dei mezzi di riscaldamento, preferibilmente operanti per irraggiamento, dei sensori di temperatura disposti in corrispondenza del rinforzo e dei mezzi di controllo per regolare i mezzi di riscaldamento sulla base dei dati rilevati dai sensori, in modo da mantenere una temperatura prestabilita.

Preferibilmente i mezzi di riscaldamento sono formati da lampade, in pratica possono essere impiegate una o più lampade a raggi infrarossi di potenza variabile ad esempio tra 1,5 e più kw e una o più sonde elettroniche della temperatura che vengono posizionate direttamente nel composito, prima dell'indurimento, durante la messa in opera. Le lampade riscaldano così il composito tramite irraggiamento e ne facilitano l'indurimento per polimerizzazione. Le lampade e le sonde di temperatura sono collegate ad un quadro elettrico di alimentazione e controllo che contiene un circuito programmabile per regolare nel tempo il riscaldamento e il raffreddamento del materiale composito, regolando l'irraggiamento delle lampade sul manufatto e sulla base dei dati di temperatura forniti dalle sonde.

L'invenzione riguarda inoltre un edificio che comprende elementi strutturali rinforzati ottenibili con il procedimento secondo l'invenzione.

Secondo un altro aspetto, l'invenzione riguarda un edificio che comprende elementi strutturali rinforzati in un tempo successivo a quello di erezione dell'edificio, in cui almeno un elemento strutturale rinforzato presenta un rinforzo in materiale fibroso impregnato con resina, avente uno spessore maggiore di 4 mm, preferibilmente maggiore di 10 mm.

Preferibilmente, l'edificio presenta un materiale fibroso impregnato che ha una percentuale di fibra sul totale maggiore del 45%, preferibilmente maggiore del 50%, più.preferibilmente maggiore del 60%.

Preferibilmente l'edificio presenta un materiale fibroso impregnato che ha una temperatura di transizione vetrosa maggiore di 110°C, preferibilmente maggiore di 150°C.

L'invenzione riguarda inoltre una pellicola atta ad essere utilizzata nel procedimento secondo l'invenzione, che comprende due file parallele di attacchi per l'aspirazione dell'aria.

Preferibilmente il materiale fibroso è a base di fibre di carbonio.

La presente invenzione verrà meglio compresa con riferimento alle allegate figure, incluse a scopo esemplificativo e non limitativo dell'invenzione, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica di un particolare dell'edificio realizzato con il procedimento secondo l'invenzione,

la figura 2 è una vista trasversale del particolare di figura 1, durante una fase del procedimento,

la figura 3 è una vista trasversale, del particolare di struttura edile rinforzata con il procedimento secondo l'invenzione,

la figura 5 è una vista prospettica della pellicola impiegata secondo l'invenzione,

la figura 6 è una vista prospettica del particolare di figura 1, durante una fase del procedimento secondo l'invenzione, la figura 7 è un'altra vista prospettica del particolare di figura 1, in un'altra parte del procedimento secondo l'invenzione,

la figura 8 è una vista prospettica del particolare di figura 1, in un'altra parte del procedimento secondo 1'invenzione .

Con riferimento alle figure da 1 a 8, un elemento strutturale edilizio 10 viene rivestito, durante la realizzazione del procedimento, con uno strato di adesivo bicomponente epossidico 11, uno strato fibroso impregnato in resina epossidica bicomponente 12, un tessuto apprettato in nylon che ha funzione di foglio distaccante 13, un feltro 14 e una pellicola 15 esterna. La pellicola 15 è sigillata con un cordolo butilico 30 alla struttura edilizia 10.

L'aspirazione dell'aria compresa fra la pellicola 15 e la struttura 10 viene effettuata tramite i tubi 16 e gli attacchi 17 fissati sulla pellicola 15. I tubi 16 sono collegati con il collettore 18 e con la pompa del vuoto 19. In pratica dunque, durante l'aspirazione del vuoto, e con particolare riferimento alle figure 2 e 3, si realizza una aspirazione dell'aria e una compressione, da parte della pressione atmosferica della membrana 15 contro la struttura edilizia 10. In questo modo il materiale impregnante resinoso viene costretto, dalla pressione atmosferica, a penetrare all'interno della fibra e quindi a generare un corpo unico compatto senza bolle d'aria. Inoltre, sempre per azione della pressione atmosferica, il materiale fibroso viene costretto a seguire le curvature naturali della struttura edilizia 10 in modo da evitare la presenza di sacche d'aria tra struttura edilizia e rinforzo. E' così possibile seguire anche raggi di curvatura molto piccoli pur garantendo una perfetta adesione tra il materiale di rinforzo e la struttura.

Con particolare riferimento alla figura 4, viene illustrato il caso in cui, con il procedimento secondo l'invenzione, viene rinforzato il punto di collegamento tra una trave orizzontale 10 e un puntello 20. In questo modo, si può realizzare un collegamento affidabile tra gli elementi orizzontali e gli elementi verticali dell'edificio, consentendo di incrementare in modo radicale la resistenza antisismica del complesso dell'edificio. Tale resistenza trova infatti un punto debole proprio nel collegamento tra gli elementi orizzontali e gli elementi verticali della struttura. Tale collegamento è peraltro particolarmente delicato, in quanto sono presenti elementi di forma geometrica non perfettamente lineare, come la semplice struttura di una trave. Si tratta pertanto di un collegamento critico. Il procedimento secondo l'invenzione, anche in questo caso, si è rivelato particolarmente adeguato a consentire di rinforzare la struttura, seguendo, con il materiale di rinforzo, perfettamente le varie curvature e deviazioni del collegamento tra l'organo orizzontale 10 e il puntello verticale 20.

Con riferimento alla figura 5, è illustrata la pellicola 15 che comprende due file parallele di attacchi 17 per l'aspirazione dell'aria.

Con particolare riferimento alla figura 7, viene illustrato schematicamente il sistema per il controllo della temperatura, durante la polimerizzazione della resina bicomponente che impregna il materiale fibroso. In particolare i sensori di temperatura 21 sono incorporati direttamente nel corpo del rinforzo in modo da percepire la temperatura nel luogo dove effettivamente si verifica la reazione di polimerizzazione. Le lampade 22 sono disposte in modo da riscaldare la zona in cui avviene la polimerizzazione. Nella figura 7 sono rappresentate solo due lampade, ma evidentemente per elementi lunghi è possibile impiegare una pluralità corrispondente di lampade. L'organo di controllo 23 consente di regolare la quantità di calore trasmessa per irraggiamento dalle lampade 22 alla struttura 10. In pratica quando il calore e la temperatura rilevata dai sensori 21 supera un limite prestabilito in funzione del tempo, viene diminuita corrispondentemente, la quantità di calore trasmessa dalle lampade 22.

Con particolare riferimento alla figura 6, viene illustrato il controllo ‘finale tramite una sonda per mappatura ultrasonica 24 che è collegata ad un apparecchio 25 per l'indagine ultrasonica in modo da verificare la presenza di bolle d'aria all'interno del corpo rinforzato finito.

Tramite tale indagine si è in pratica verificato che il procedimento secondo l'invenzione consente di rinforzare l'elemento strutturale 10 senza inclusione di bolle d'aria, anche nel caso in cui si debba seguire una conformazione della struttura 10 con piccoli raggi di curvatura.

Ciò è confermato da uno studio effettuato e certificato dall'Università di Bologna, in cui paragonando travi normali, con travi rinforzate con il procedimento secondo l'invenzione, e arrivando alla rottura delle travi stesse, si è verificato che il procedimento secondo l'invenzione consente un aumento della resistenza delle travi del 60-65%, rispetto alle travi grezze non rinforzate .

L'invenzione consente di ottenere molti vantaggi, in primo luogo quello di risolvere definitivamente il problema dell'affidabilità nelle operazioni di rinforzo di strutture edili pre-esistenti , garantendo la ripetibilità del risultato, indipendentemente da situazioni locali accidentali.

In pratica dunque possono essere impiegati anche spessori di rinforzo di 20 mm di spessore, pur seguendo perfettamente anche piccoli raggi di curvatura della struttura 10 da rinforzare.

Si possono raggiungere percentuali di fibra sul totale del 75% incrementando così anche in questo modo la resistenza della struttura.

Inoltre, con la tecnica di riscaldamento controllato è possibile aumentare la temperatura di transizione vetrosa del rinforzo fino a 180°C garantendo così una .migliorata prestazione della resina polimerizzata, garantendo inoltre una maggiore sicurezza contro l'incendio, in quanto il materiale polimerizzato risulta indeteriorabile anche in caso di riscaldamento eccessivo dell'edificio dove si trovano gli eleménti rinforzati. Ciò è particolarmente importante in caso di incendio, dato che è evidentemente molto interessante poter disporre di un sistema di rinforzo che possa garantire le sue prestazioni anche quando la temperatura all'interno dell'edificio supera le normali temperature, come avviene ad esempio in caso di incendio.

Inoltre, il sistema di riscaldamento descritto consente di effettuare il procedimento anche all'aperto, in tutte i casi in cui la temperatura ambiente sarebbe troppo bassa per consentire la polimerizzazione della resina in condizioni adeguate.

Il tutto può essere realizzato con attrezzature semplici, ad esempio con un impianto portatile per l'applicazione del vuoto in cantiere, con una pluralità di tubi, di attacchi per i tubi, di lampade riscaldanti e di sensori, che risultano tutti facilmente trasportabili .

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per rinforzare strutture edili preesistenti, caratterizzato dal fatto di comprendere: - l'applicazione, su detta struttura edile, di un rinforzo costituito da un materiale fibroso e da una resina impregnante; l'applicazione, intorno a detto rinforzo, di una pellicola impermeabile all'aria, in modo da sigillare i bordi di detta pellicola; e l'aspirazione dell'aria compresa tra detta pellicola e detta struttura edile, in modo da creare un grado di vuoto sufficiente ad agevolare la compenetrazione di detta resina impregnante con detto materiale fibroso.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui detto rinforzo è applicato sotto detta struttura edile e i bordi di detta pellicola sono sigillati su detta struttura edile.
3. 3. Procedimento secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti comprendente la stesura di uno stato di adesivo su detta struttura edile, detto adesivo avendo modulo elastico inferiore a quello di detta resina, preferibilmente detto adesivo avendo una tensione superficiale inferiore a quella di detta resina, preferibilmente detto adesivo avendo una resistenza a trazione inferiore a quella di detta resina.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detto rinforzo è applicato su detto adesivo prima dell'indurimento di detto adesivo.
5. 5. Procedimento secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti comprendente l'interposizione di un foglio distaccante disposto tra detta pellicola e detto rinforzo, detto foglio distaccante essendo di tipo "peel ply" e preferibilmente essendo un tessuto apprettato di nylon.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5 comprendente l'interposizione di uno strato aereante disposto tra detto foglio distaccante e detta pellicola, detto strato aereante essendo preferibilmente formato in tessuto non tessuto di feltro apprettato.
7. 7. Procedimento secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti in cui detta pellicola comprende una pluralità di attacchi per l'aspirazione dell'aria; preferibilmente detta pellicola comprende due file parallele di attacchi.
8. 8. Procedimento secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti comprendente l'uso di almeno un vuotometro per verificare il grado di vuoto realizzato, preferibilmente comprendente una pluralità di vuotometri disposti in corrispondenza di detti attacchi.
9. 9. Procedimento secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti comprendenti dei mezzi di riscaldamento, preferibilmente operanti per irraggiamento, dei sensori di temperatura disposti in corrispondenza di detto rinforzo, e dei mezzi di controllo per regolare detti mezzi di riscaldamento sulla base dei dati rilevati da detti sensori, in modo da mantenere una temperatura prestabilita; preferibilmente detti mezzi di riscaldamento sono formati da lampade.
10. 10. Procedimento secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti in cui detto materiale fibroso è a base di fibre di carbonio.
11. 11. Pellicola, atta ad essere utilizzata nel procedimento secondo l'invenzione, comprendente due file parallele di attacchi per l'aspirazione dell'aria.
12. 12. Edificio comprendente elementi strutturali rinforzati, ottenibile con il procedimento secondo almeno una delle rivendicazioni da 1 a 10.
13. 13. eEdificio comprendente elementi strutturali rinforzati in un tempo successivo a quello di erezione dell'edificio, in cui almeno un elemento strutturale rinforzato presenta un rinforzo in materiale fibroso impregnato con resina, avente uno spessore maggiore di 4 mm preferibilmente maggiore di 10 mm.
14. 14. Edificio secondo almeno una delle rivendicazioni 12 o 13, in cui detto materiale fibroso impregnato presenta una percentuale di fibra sul totale maggiore del 45%, preferibilmente maggiore del 50%, più preferibilmente maggiore del 60%.
15. 15. Edificio in cui detto materiale fibroso impregnato presenta una temperatura di transizione vetrosa maggiore di 110 °C, preferibilmente maggiore di 150°C.
16. 16. Ogni nuova caratteristica o nuova combinazione di caratteristiche qui descritta e illustrata.