Università della Calabria Dipartimento di Strutture Rende (Cosenza) RINFORZO ESTERNO DI ELEMENTI IN C.A. MEDIANTE COMPOSITI IN FIBRE DI CARBONIO

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Giuseppe Natale
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1 Università della Calabria Dipartimento di Strutture Rende (Cosenza) RINFORZO ESTERNO DI ELEMENTI IN C.A. MEDIANTE COMPOSITI IN FIBRE DI CARBONIO G. Spadea,, V. Colotti,, N. Totaro, F. Bencardino 1

2 NECESSITA DEL RINFORZO/RIPARAZIONE STRUTTURALE Progressivo invecchiamento e deterioramento dei materiali (acciaio, calcestruzzo, muratura) Incremento prestazioni strutturali per aumento dei carichi Adeguamento sismico di strutture deficitarie Ripristino/Riparazione di strutture danneggiate da terremoti 2

3 TECNICHE TRADIZIONALI DI RINFORZO Aumento dimensioni Post-tensione con cavi esterni Riduzione luci campate Placcaggio piastre in acciaio Svantaggi: - forte impatto ambientale - durabilità dell intervento non elevata - difficoltà operative (interventi di tipo pesante ) lunghi tempi di esecuzione prolungata interruzione d uso dell opera 3

configurazione - Externally Bonded Reinf.

4 TECNICHE INNOVATIVE DI RINFORZO : SISTEMI FRP Per tipo di materiale - barre - lamine - fogli - tessuti Per tipo di configurazione - Externally Bonded Reinf. (EBR) - Near Surface Mounted (NSM) - Wrapping (W) C-BAR Leadline Strips CFRP sheets Sheets 4

ARMATURA ESTERNA INCOLLATA (Externally Bonded Reinforcement, EBR) Materiali usati - lamine, fogli in CFRP, AFRP, GFRP Applicazioni - Rinforzo a flessione di

5 ARMATURA ESTERNA INCOLLATA (Externally Bonded Reinforcement, EBR) Materiali usati - lamine, fogli in CFRP, AFRP, GFRP Applicazioni - Rinforzo a flessione di travi, solette - Rinforzo a taglio di travi Vantaggi: efficace per soddisfare requisiti SLE e SLU Svantaggi: possibilità di rottura prematura per delaminazione 5

6 FASCIATURA (Wrapping, W) Materiali usati Applicazioni - fogli, tessuti in CFRP, HFRP - confinamento di colonne - rinforzo di nodi ' f cc FRP-confined column Stress ' f c RC column FRP sheets Strain 6

7 PROGRAMMA DI RICERCA FASE 1 Studio di travi in c.a. rinforzate esternamente con lamine in CFRP (rinforzo a flessione, taglio) Prove Sperimentali - 9 prototipi, 3 differenti configurazioni Modellazione analitica - analisi agli EF - macro-modello basato sul Truss Analogy 7

8 PROGRAMMA DI RICERCA FASE 2 Comportamento di pilastri presso-inflessi in c.a. rinforzati con fogli in CFRP Prove Sperimentali - 6 prototipi, 2 differenti configurazioni Modellazione analitica - definire domini di interazione N-M - confronto con risultati sperimentali 8

9 RINFORZO DI ELEMENTI PRESSO-INFLESSI CON CFRP 9

10 ORGANIZZAZIONE DELLA RICERCA Sperimentazione - progettare e realizzare provini in scala adeguata - prove a sforzo normale con diverse eccentricità Studio Analitico - definire le curve N-M per elementi presso-inflessi Obiettivi - ottenere coppie di punti (N-M) sperimentali - confronto N-M teorico con coppie sperimentali 10

11 SPERIMENTAZIONE: caratteristiche dei prototipi (I) A A

12 APPLICAZIONE DEL RINFORZO 12

13 ATTREZZATURA DI PROVA 13

14 STUDIO ANALITICO: Dominio N-M (Rinforzo Longitudinale) M(kNm) C.A. senza rinforzo C.A. + strati CFF con fibre in direzione longitudinale (Rinforzo a flessione) REGIONE CONTROLLATA DALLA TRAZIONE CFF con fibre in direzione longitudinale Rottura Bilanciata N(kN) 14

15 STUDIO ANALITICO: Dominio N-M (Rinforzo Trasversale) M(kNm) C.A. senza rinforzo C.A. + strati di CFF con fibre in direzione trasversale (Confinamento) REGIONE CONTROLLATA DALLA COMPRESSIONE CFF con fibre in direzione trasversale Rottura Bilanciata N(kN) 15

16 Dominio N-M (Rinforzo Longitudinale e Trasversale) M(kNm) C.A. senza rinforzo C.A. + strati CFF con fibre longit. e trasv. (Rinforzo a flessione + Confinamento) REGIONE CONTROLLATA DALLA TRAZIONE REGIONE CONTROLLATA DALLA COMPRESSIONE CFF con fibre in direzione trasversale CFF con fibre in direzione longitudinale Rottura Bilanciata N(kN) 16

17 DOMINIO N-M Prototipo con rinforzo longitudinale Dominio N-M: Confronto Teorico-Sperimentale 2,5 2 C.A. Non Rinf C.A. Rinf Rinf Sperim M/Mo 1,5 1 0,5 0-0,6-0,4-0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 N/No 17

18 DOMINIO N-M Prototipo con rinforzo longitudinale e trasversale Dominio N-M: Confronto Teorico-Sperimentale 2,5 2 C.A._Non Rinf C.A._Rinf Rinf_Sperim 1,5 M/Mo 1 0,5 0-0,6-0,4-0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4-0,5 N/No 18

19 CONSIDERAZIONI SUI RISULTATI OTTENUTI SUI DOMINI D INTERAZIONE - anche con modeste quantità di tessuto applicato corrispondono sensibili incrementi della capacità flessionale - disposizioni asimmetriche dei rinforzi longitudinali generano una erosione parziale del dominio in corrispondenza del punto di Mu,max nel verso di N crescente SULLA MODALITA DI COLLASSO - conformemente alla previsione teorica, il collasso dei prototipi è avvenuto per schiacciamento del calcestruzzo - il confronto tra previsioni teoriche e risultati sperimentali è abbastanza soddisfacente 19

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