Molte strutture costruite prima dei moderni codici sismici condividono le stesse debolezze: colonne con troppo poco acciaio trasversale, sovrapposizioni (lap splices) corte, nodi trave-colonna deboli e pareti che non resistono al taglio nel piano. In un terremoto, questi dettagli cedono in modo fragile. Il retrofit con fibra di carbonio mira esattamente a questi problemi, aumentando la resistenza e — altrettanto importante — la duttilità, la capacità di deformarsi senza collassare.
Confinamento delle colonne
L'uso sismico più comune del CFRP è l'avvolgimento delle colonne. Una guaina in tessuto applicata con le fibre che corrono attorno alla colonna mette il calcestruzzo in uno stato di confinamento. Il calcestruzzo confinato può sostenere deformazioni molto più elevate prima di schiacciarsi, aumentando sia la capacità assiale che, più criticamente, la capacità della colonna di assorbire energia attraverso cicli di carico ripetuti. Un sottile avvolgimento in carbonio può fornire un confinamento paragonabile a una pesante camicia d'acciaio, aggiungendo quasi nessun ingombro e nessun rischio di corrosione.
Riparazioni di sovrapposizioni (lap splices) e taglio
Le colonne più vecchie hanno spesso sovrapposizioni di armatura troppo corte e situate nella zona della cerniera plastica. Un avvolgimento circonferenziale blocca la sovrapposizione e impedisce lo scorrimento delle barre. Lo stesso avvolgimento fornisce rinforzo a taglio, prevenendo le rotture diagonali a taglio che sono tra le più pericolose in un terremoto perché avvengono improvvisamente e con poco preavviso.
Pareti, travi e nodi
Oltre alle colonne, il tessuto CFRP rinforza pareti in muratura non armata e pareti in c.a. a taglio contro le forze nel piano e fuori dal piano, rinforza le travi di accoppiamento ed è utilizzato in schemi dettagliati attorno ai nodi trave-colonna. Poiché il materiale è sottile e incollato, può spesso essere nascosto dietro le finiture e applicato mentre l'edificio rimane parzialmente in uso — un grande vantaggio rispetto alla camiciatura o all'aggiunta di pareti a taglio.
Considerazioni progettuali
Il retrofit sismico è basato sulle prestazioni e impegnativo. Il rinforzo deve essere compatibile con la risposta dell'intera struttura: aggiungere resistenza nel posto sbagliato può spostare il cedimento verso un meccanismo più fragile, quindi l'obiettivo è di solito un aumento bilanciato di resistenza e duttilità. L'ancoraggio del FRP è critico — avvolgimenti e tessuti devono essere dettagliati in modo da non staccarsi alle estremità sotto carico ciclico. Collegamenti, diaframmi e fondazioni devono essere verificati come parte del sistema. Questo lavoro è di competenza di un ingegnere strutturale qualificato che segua il codice sismico vigente e le linee guida FRP come l'ACI 440.2R.
Fatto correttamente, il confinamento con fibra di carbonio è uno dei modi più efficaci e meno invasivi per portare una struttura in calcestruzzo esistente agli standard sismici moderni.