RINFORZO DI ELEMENTI IN MURATURA CON INTONACI FIBRORINFORZATI

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1 14 Maggio 2018 RINFORZO DI ELEMENTI IN MURATURA CON INTONACI FIBRORINFORZATI Relatrice: Sara Lucchini, Ph.D. Student Università degli Studi di Brescia Dipartimento di Ingegneria Civile, Architettura, Territorio, Ambiente e di Matematica

2 Italia: un territorio sismico 1984 MAPPA DELLA PERICOLOSITÀ SISMICA Oggi Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 2/50

3 I danni del sisma sulla muratura Emilia, 2012 Immagini ReLUIS Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 3/50

4 Meccanismi di danno MECCANISMI DI 1 MODO (Fuori dal piano delle pareti) MECCANISMI DI 2 MODO (Nel piano delle pareti) Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 4/50

5 Tecniche di rinforzo MECCANISMI DI 1 MODO (Fuori dal piano delle pareti) Introduzione di incatenamenti Creazione di un diaframma di piano COMPORTAMENTO SCATOLARE DELLA STRUTTURA MECCANISMI DI 2 MODO (Nel piano delle pareti) Reti metalliche e betoncino FRP (Fiber Reinforced Polymer) Calcestruzzo Proiettato (Shotcrete) SFRM (Steel Fiber Reinforced Mortar) Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 5/50

6 Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 6/50

7 Rinforzo con SFRM PREPARAZIONE: Miscelazione del composto con l acqua Aggiunta delle fibre metalliche e della porzione di acqua rimante APPLICAZIONE: Stesura di uno strato di intonaco non rinforzato e fissaggio con tasselli Applicazione dell intonaco fibrorinforzato fino allo spessore desiderato Lisciatura finale Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 7/50

8 Attività di ricerca dal 2009 al : test sperimentali (flessione, compressione, trazione indiretta, ritiro, etc.) per caratterizzare l intonaco con diversi mix-design e diverse tipologie di fibre : test sperimentali su pareti in scala reale con mattoni pieni e forati (con fori verticali), non rinforzate e rinforzate : simulazioni numeriche di elementi strutturali in muratura e di edifici in scala reale : test sperimentale su un edificio in scala reale in muratura forata Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 8/50

9 Prove di caratterizzazione Prova di flessione su tre punti su SFRM Prova di compressione uniassiale su SFRM Prova di ritiro libero su SFRM Prova di compressione su MATTONI Prova di compressione monoassiale su MURETTI Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 9/50

10 Prove sperimentali su pareti PROVE SPERIMENTALI SU PARETI DA TESI MAGISTRALE MATTONI PIENI spessore muratura 23 cm Intonaco su 1 lato, spessore 2,5 cm MATTONI FORATI spessore muratura 25 cm Intonaco su 2 lati, spessore 2,5 cm Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 10/50

11 Banco di prova 2 P 1 +P 2 =250 kn BANCO DI CONTRASTO Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 11/50

12 Curve parete in mattoni pieni APPLICAZIONE INTONACO ARMOX (2,5cm) SU 1 SOLO LATO Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 12/50

13 Quadri fessurativi parete mattoni pieni MECCANISMO DI COLLASSO FRAGILE PER TAGLIO MECCANISMO DI COLLASSO DUTTILE PER ROCKING Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 13/50

14 Curve parete in mattoni forati APPLICAZIONE INTONACO ARMOX (2,5cm) SU 2 LATI Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 14/50

15 Quadri fessurativi parete mattoni forati FLEXURAL CRACK SHEAR DIAGONAL CRACKS DRIFT=0,2% Micro cracks on the coating surface DRIFT=0,3-0,4% CRUSHING AND SHEAR CRACKS IN THE COMPRESSED TOE DRIFT=0,04-0,1% 5 MECCANISMO DI COLLASSO FRAGILE PER TAGLIO MECCANISMO DI COLLASSO DUTTILE PER ROCKING Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 15/50

16 Shear stress [MPa] Caratterizzazione muratura COMPRESSIONE DIAGONALE su pannelli in muratura (ASTM E519-02) P=load Average shear strength =0.1MPa Shear strain [-] S s = shear stress A n = net area of the specimen W= specimen width h= specimen height tn= specimen thickness Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 16/50

17 Ancoraggi intonaco POSIZIONAMENTO ANCORAGGI E CONNETTORI CONNETTORI: maglia 40cm x 40cm piastrine 50mm x 50mm fischer SX 10mm x 50mm ANCORAGGI barre Φ8/55cm FORO Φ12 riempito con resina Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 17/50

18 Confronti sperimentali 250 MWH1 V [kn] SENZA RINFORZO 200 MWH1-R 150 V + max +61% F + cr +122% 0-50 F - cr +102% 50 MWH1 40 MWH1-R V [kn] δ [mm] CON RINFORZO V - max +25% K - +88% K + +54% δ [mm] ,00-0,80-0,60-0,40-0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1, Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 18/50

19 Confronti sperimentali V [kn] MWH2 MWH2-R V + max +111% SENZA RINFORZO F + cr +0% 0-50 δ [mm] CON RINFORZO ANCORATO V - max +128% F - cr +106% MWH2 MWH2-R V [kn] K + +2% K - +74% δ [mm] ,00-0,80-0,60-0,40-0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1, Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 19/50

20 Confronti sperimentali V [kn] MWH1-R MWH2-R V + max = 312 kn V + max = 200 kn SENZA ANCORAGGI F + cr =111 kn F + cr =60 kn 0-50 δ [mm] CON ANCORAGGI MWH1-R MWH2-R V [kn] F - cr =178 kn F - cr =210 kn V - max = 205 kn V - max = 319 kn -50-1,00-0,80-0,60-0,40-0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1, K - =188 K - =195 K + =120 K + =127 δ [mm] Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 20/50

21 Obiettivo attuale APPLICAZIONE DELLA TECNICA DI RINFORZO CON SFRM AD UN EDIFICIO IN SCALA REALE STRUTTURA Muratura in mattoni forati Impalcati e copertura in legno Cappa e cordoli in C.A. per riprodurre un diaframma di piano CARICHI Applicazione quasi statica tramite un martinetto elettromeccanico fissato alla torre di contrasto e opportuni ripartitori verticali e orizzontali Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 21/50

22 Progettazioni preliminari TORRE DI CONTRASTO SOLETTONE DI FONDAZIONE H = 12 m F h = 1500 kn M max = knm Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 22/50

23 Progettazioni preliminari SCHEMA DI CARICO MARTINETTO ELETTROMECCANICO RIPARTITORE VERTICALE F 2 = 40%F tot F 2 RIPARTITORI ORIZZONTALI F tot F 1 = 60%F tot F 1 Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 23/50

24 Sistema di carico RIPARTITORE VERTICALE SUPPORTO MARTINETTO MARTINETTO ELETTROMECCANICO COLLEGAMENTO MARTINETTO-RIPARTITORE CON DOPPIO SNODO CONTRO-PIASTRA Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 24/50

25 Progettazione edificio PARAMETRI INDAGATI OBIETTIVI TIPOLOGIA DI MATTONE SIMULARE UN EDIFIO ESISTENTE DEGLI ANNI CONFIGURAZIONE DELLE APERTURE DISTRIBUZIONE DELLE FORZE RESISTENZE MECCANICHE MEDIO-BASSE COMPORTAMENTO SCATOLARE GRAZIE A DIAFRAMMI DI PIANO Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 25/50

26 Progettazione edificio TIPOLOGIA DI MATTONE Configurazione delle aperture Distribuzione delle forze Doppio UNI Poroton P800 Poroton P600 Resistenza a compressione della muratura 4,0 MPa Resistenza a trazione della muratura 0,15 MPa Modulo Elastico 3200 MPa Spessore della muratura 25 cm Percentuale di foratura 45% Resistenza a compressione della muratura 3,5 MPa Resistenza a trazione della muratura 0,10 MPa Modulo Elastico 2800 MPa Spessore della muratura 20 cm Percentuale di foratura 45% Resistenza a compressione della muratura 2,3 MPa Resistenza a trazione della muratura 0,10 MPa Modulo Elastico 2100 MPa Spessore della muratura 20 cm Percentuale di foratura 62% Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 26/50

27 Progettazione edificio Caso A Tipologia di mattone CONFIGURAZIONE DELLE APERTURE Distribuzione delle forze Caso B Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 27/50

28 Progettazione edificio Tipologia di mattone Configurazione delle aperture DISTRIBUZIONE DELLE FORZE Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 28/50

29 Load [kn] Progettazione edificio 250 Load-Displacement Curves Poroton P600 Gruppo Caso B Displacement [mm] ORI_DOPU_1 ORI_P800_1 ORI_P600_1 ORI_DOPU_2 ORI_P800_2 ORI_P600_2 FIN_DOPU_1 FIN_P800_1 FIN_P600_1 FIN_DOPU_2 FIN_P800_2 FIN_P600_2 SIMULARE UN EDIFICIO ESISTENTE Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 29/50

30 Configurazione scelta PROSPETTO OVEST PROSPETTO SUD PROSPETTO EST PROSPETTO NORD PROSPETTI QUOTATI CONNETTORI Φ16/20cm ANCORAGGI Φ14/30cm ORGANIZZAZIONE DEL DIAFRAMMA DI PIANO CAPPA IN CA rete Φ8/10cm/10cm CORDOLO IN CA 4Φ16 correnti longitudinali staffe Φ8/15cm ASSITO spessore 2cm TRAVETTI IN LEGNO 12cm x 14 cm Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 30/50

31 Costruzione edificio Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 31/50

32 Descrizione del modello numerico EDIFICIO NON RINFORZATO Diana FEA 10.1 Elementi Curved Shell CQ40S Reinforcement Densità Muratura 630 kg/m 3 Cordoli 2400 kg/m 3 Impalcato 2,5 e-9 kg/m 3 Armature 7850 kg/m 3 Carichi verticali Carico primo piano Carico secondo piano Carico min pareti trasversali Carico max pareti trasversali 8,10 kn/m 3,95 kn/m 0,57 kn/m 5,09 kn/m Masse Massa primo impalcato Massa secondo impalcato Massa totale dell edificio 17,11 t 10,83 t 27,94 t Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 32/50

33 Descrizione del modello numerico EDIFICIO RINFORZATO Diana FEA 10.1 Elementi Curved Shell Layered CQ40L Reinforcement Densità Muratura 630 kg/m 3 Cordoli 2400 kg/m 3 Impalcato 2,5 e-9 kg/m 3 Armature 7850 kg/m 3 Intonaco 2040 kg/m 3 Carichi verticali Carico min pareti trasversali Carico max pareti trasversali 0,80 kn/m 5,32 kn/m Masse Massa primo impalcato 19,64 t Massa secondo impalcato 12,40 t Massa totale dell edificio 32,04 t Incremento percentuale 14,7 % Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 33/50

34 Modelli costitutivi MURATURA Compressione Trazione Caratteristiche Elastiche Modulo Elastico Coefficiente di Poisson 0, MPa Caratteristiche Non Lineari Tensile strength Mode I tensile fracture energy Compressive strength Compressive fracture energy 0,10 MPa 0,010 N/mm 2,30 MPa 3,078 N/mm Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 34/50

35 Modelli costitutivi CALCESTRUZZO Compressione Trazione Caratteristiche Elastiche Modulo Elastico Coefficiente di Poisson 0, MPa Caratteristiche Non Lineari Tensile strength 2,50 MPa Mode I tensile fracture energy 0,150 N/mm Compressive strength 33,00 MPa Strain at maximum stress 0,002 Ultimate strain 0,008 Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 35/50

36 Modelli costitutivi Compressione INTONACO Trazione Caratteristiche Elastiche Modulo Elastico MPa Coefficiente di Poisson 0,20 Caratteristiche Non Lineari File stress-strain diagram Compressive strength σ [MPa] ε [\] 2,10 3,60 0,008 1,60 0,035 0,050 36,00 MPa Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 36/50

37 Risposta edificio EDIFICIO NON RINFORZATO Carico Massimo 139 kn Rigidezza Iniziale (0-50 kn) 130 kn/mm Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 37/50

38 Risposta edificio EDIFICIO RINFORZATO CON 2,5 cm DI INTONACO ESTERNAMENTE Carico Massimo Rigidezza Iniziale (0-50 kn) 275 kn +98% 298 kn/mm +129% Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 38/50

39 Risposta edificio EDIFICIO RINFORZATO CON 2,5 cm DI INTONACO ESTERNAMENTE + BARRE DI ANCORAGGIO F8/50cm Carico Massimo Rigidezza Iniziale (0-50 kn) 578 kn +316% 299 kn/mm +130% Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 39/50

40 105 m2 2,1 m kg ,00 Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 40/50

41 Thank you for your kind attention! GRAZIE PER L ATTENZIONE Università degli Studi di Brescia Dipartimento di Ingegneria Civile, Architettura, Territorio, Ambiente e Matematica Rinforzo di elementi in muratura con SFRM 41/50