I NUOVI COMPOSITI METALLICI: NATURA E APPLICAZIONI

Transcript

1 SALERNO, 16/06/2009 I NUOVI COMPOSITI METALLICI: NATURA E APPLICAZIONI Ph.D. Ing. Andrea Grazini

2 SRP e SRG: Composizione I compositi SRP (o SRG) sono realizzati dall immersione in resina o in malta cementizia di un nastro in acciaio formato da corde in acciaio. 1 Filamento in acciaio Resina Polimerica 1) Immagine tratte da tesi di laurea di Fabio Petruzzelli Proprietà ed applicazioni dei materiali compositi di fili di acciaio (SRG/SRP)

3 Elementi costituenti: Le corde in acciaio Le prestazioni del composito sono legate al trasferimento della sollecitazione tra matrice e rinforzo. Necessario aumentare l aderenza impiegando non singoli fili, ma corde o trefoli aventi una scabrezza superficiale superiore ) Immagine tratte da tesi di laurea di Fabio Petruzzelli Proprietà ed applicazioni dei materiali compositi di fili di acciaio (SRG/SRP)

4 Le corde o i trefoli sono realizzati con filamenti di piccolo diametro per due motivi: La bassa rigidezza permette la realizzazione di laminati flessibili Il processo di trafilatura aumenta le proprietà meccaniche del filamento I filamenti sono rivestiti in ottone o altro materiale per aumentarne l aderenza e la resistenza agli agenti atmosferici

5 MATERIALI COMPOSITI SRP e SRG SRP (Steel Reinforced Polymer) Acciaio Fibre Matrice Fibre Resina polimerica Acciaio SRG (Steel Reinforced Grout) Matrice Acciaio Malta cementizia Ultra High Tensile Strenght Steel 1 Composizione chimica Trafilatura 1) Immagine tratte da tesi di laurea di Fabio Petruzzelli Proprietà ed applicazioni dei materiali compositi di fili di acciaio (SRG/SRP)

6 MATERIALI COMPOSITI SRP e SRG SRP (Steel Reinforced Polymer) Fibre Matrice Acciaio Fibre Resina polimerica Acciaio SRG (Steel Reinforced Grout) Matrice Acciaio Malta cementizia Ultra High Tensile Strenght Steel Corde Tessuto 1 1 1) Immagine tratte da tesi di laurea di Fabio Petruzzelli Proprietà ed applicazioni dei materiali compositi di fili di acciaio (SRG/SRP)

7 APPLICAZIONI MATERIALI SRG NUOVE COSTRUZIONI COSTRUZIONI ESISTENTI - Laterizio lamellare - Rinforzi di murature - Ferrocemento. - Muratura armata - Cerchiature -. - Elementi in CA - Rinforzi di archi e volte -. - Rinforzi di travi lignee?

8 APPLICAZIONI MATERIALI SRG NUOVE COSTRUZIONI COSTRUZIONI ESISTENTI - Laterizio lamellare - Rinforzi di murature - Ferrocemento. - Muratura armata - Cerchiature -. - Elementi in CA - Rinforzi di archi e volte -. - Rinforzi di travi lignee -.?

9 LATERIZIO MULTISTRATO E LAMELLARE Con il termine Laterizio Multistrato si intende l insieme di elementi in laterizio (forati o pieni), rinforzati con nastri in composito incollati mediante resine epossidiche. La semplice sovrapposizione di elementi in laterizio, sfalsati tra loro, e di strati di FRP consente di realizzare elementi strutturali di lunghezza qualsiasi che saranno d ora in poi denominati Laterizio Lamellare.

10 LATERIZIO MULTISTRATO E LAMELLARE Schema di assemblaggio Schema statico su quattro punti Luce netta =1400 mm Carico-tempo F t 20 Carico di rottura sperimentale KN Elemento finito 12 15% KN Carico di rottura atteso F a b b a s s a me nt o Sezione

11 LATERIZIO MULTISTRATO E LAMELLARE Schema di assemblaggioelemento finito Sezione Schema statico su quattro punti - Luce netta = 2900 mm Carico-abbassamenti Carico di rottura sperimentale KN % 7 F KN a b b a s s a me nt o Modalità di esecuzione dell elemento Carico di rottura atteso 35 Rottura a taglio ed espulsione sotto i coltelli

12 LATERIZIO MULTISTRATO E LAMELLARE

13 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE Problematiche dell armatura in FRP: 1) Costo non concorrenziale del prodotto finito 2) Problema di resistenza al fuoco di difficile soluzione 3) Difficoltà antropiche legate all utilizzo degli FRP SRG consentono di risolvere tali problematiche Intervento eseguito in collaborazione con Hardwirre llc

14 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE Tramite l utilizzo di materiali SRG è possibile realizzare elementi in muratura con malte cementizie con elevata resistenza a flessione. Le prove eseguite su elementi in muratura hanno dimostrato come una buona malta cementizia sia più che sufficiente a garantire la monoliticità dell elemento ed il trasferimento degli sforzi all interno dello stesso. Intervento eseguito in collaborazione con Hardwirre llc

15 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE

16 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE

17 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE ANALISI NUMERICHE: MODELLO FEM

21 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE ANALISI NUMERICHE: DIAGRAMMA MOMENTO -CURVATURA Si tracciato il diagramma momento-curvatura per la generica sezione della trave, sia posta di piatto che di coltello, con l ausilio del programma MATLAB. Tale programma lavora con due tipi di file: 1) File con informazioni di tipo geometrico Devono essere definiti i rettangoli che compongono la sezione della trave 2) File con informazioni sui materiali utilizzati Deve essere definito il legame tensioni-deformazioni per ogni materiale SEZIONE DELLA TRAVE POSTA DI COLTELLO CONSIDERATE LE FORATURE mm Semplificazione operata per considerare le forature: mm

22 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE ANALISI NUMERICHE: DIAGRAMMA MOMENTO -CURVATURA DIAGRAMMA MOMENTO CURVATURA 3500 DIAGRAMMA MOMENTO CURVATURA X : e Y : X : e Y : MOMENTO (Kg*m) MOMENTO (Kg*m) CURVATURA x CURVATURA x 10-4

23 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE ELEMENTI AUTOPORTANI PER SOLAI PREFABBRICATI

24 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE ELEMENTI AUTOPORTANI PER SOLAI PREFABBRICATI Stato tensionale nell intero elemento: Substep 1 Substep 10 Substep 18 Substep rottura

25 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE ELEMENTI AUTOPORTANI PER SOLAI PREFABBRICATI Substep 1 Substep 10 Substep 18 Substep rottura

26 SRG NEL LATERIZIO LAMELLARE ELEMENTI AUTOPORTANI PER SOLAI PREFABBRICATI Formazione delle prime fessure per schiacciamento del laterizio Substep 18 Substep rottura Rottura per schiacciamento del laterizio

27 APPLICAZIONI MATERIALI SRG NUOVE COSTRUZIONI COSTRUZIONI ESISTENTI - Laterizio lamellare - Rinforzi di murature - Ferrocemento. - Muratura armata - Cerchiature -. - Elementi in CA - Rinforzi di archi e volte -. - Rinforzi di travi lignee -.?

28 MURATURA ARMATA Pannelli prefabbricati in muratura armata

32 MURATURA ARMATA Arco armato

35 APPLICAZIONI MATERIALI SRG NUOVE COSTRUZIONI COSTRUZIONI ESISTENTI - Laterizio lamellare - Rinforzi di murature - Ferrocemento. - Muratura armata - Cerchiature -. - Elementi in CA - Rinforzi di archi e volte -. -.?

36 CALCESTRUZZO ARMATO Provini in CA armato con SRG

37 APPLICAZIONI MATERIALI SRG NUOVE COSTRUZIONI COSTRUZIONI ESISTENTI? - Laterizio lamellare - Cerchiature - Ferrocemento. - Muratura armata - Rinforzi di pannelli murari -. - Elementi in CA - Rinforzi di archi e volte -. -.

38 CERCHIATURE DI EDIFICI Studio di sistemi di afferraggio e pretensionamento Intervento eseguito in collaborazione con Hardwirre llc

39 CERCHIATURE DI EDIFICI Intervento Intervento di di cerchiatura cerchiatura edificio edificio di di Trevi trevi

42 CERCHIATURE DI EDIFICI Intervento di di cerchiatura cerchiatura edificio edificio di di Trevi trevi Intervento Intervento eseguito in collaborazione con Hardwirre llc

43 CERCHIATURE DI EDIFICI Intervento di cerchiatura edificio di Trevi Intervento eseguito in collaborazione con Hardwirre llc

44 CERCHIATURE DI EDIFICI Intervento cordolatura in sommità

45 CERCHIATURE DI EDIFICI Intervento cordolatura in sommità

46 CERCHIATURE DI EDIFICI CERCHIATURE DI PILASTRI MURARI Intervento cordolatura in sommità

47 CERCHIATURE DI PILASTRI MURARI Colonne ottagonali

49 RINFORZI DI PANNELLI MURARI Muratura storica storica Muratura Reticolatus rinforzi fibrosi diffusi nei ricorsi di malta disposizione irregolare resistono a trazione

50 RINFORZI DI PANNELLI MURARI Muratura storica: storica:reticolatus Muratura Reticolatus,schema schemagenerale generale ancoraggio in sommità ancoraggi trasversali trefoli verticali trefoli orizzontali trefoli orizzontali ancoraggi trasversali ancoraggio alla base collegamento tra le pareti 1) Immagine tratte da tesi di laurea di Paolo Perugini Reticolatus: una nuova tecnica di consolidamento per murature storiche

51 RINFORZI DI PANNELLI MURARI Muratura Muraturastorica:Reticolatus storica: Prove in laboratorio particolari Ancoraggi trasversali: fittoni sagomati barre filettate con rondella e dado Risvolti dei trefoli che cerchiano i conci Ancoraggi alla base 1) Immagine tratte da tesi di laurea di Paolo Perugini Reticolatus: una nuova tecnica di consolidamento per murature storiche

52 RINFORZI DI PANNELLI MURARI Muratura storica: Prove in situ Muratura storica: Prove in laboratorio Prove di compressione diagonale (ASTM E ) Trasduttore di spostamento LDVT ( Linear Differential Variable Transformer) Martinetto idraulico ( capacità 100 t ) 1) Immagine tratte da tesi di laurea di Paolo Perugini Reticolatus: una nuova tecnica di consolidamento per murature storiche

53 RINFORZI DI PANNELLI MURARI Muratura storica: Prove in situ Muratura storica: Prove in laboratorio Prove di compressione diagonale REP scarnitura giunti per 8 cm e ristilatura con malta di sabbia e calce idraulica SRE URM Reticolatus: 20 m trefoli 3X2 fittoni Φ 8 / 25 cm ristilatura con malta di sabbia e calce idraulica fc = 12.5 MPa ff = 4.6 MPa 1) Immagine tratte da tesi di laurea di Paolo Perugini Reticolatus: una nuova tecnica di consolidamento per murature storiche

54 RINFORZI DI PANNELLI MURARI Muratura storica: Prove in situ Muratura storica: Prove in laboratorio Prove di compressione diagonale SRE REP 1- Incremento della resistenza a taglio 2- Incremento del modulo di taglio a carico massimo URM 3- Miglioramento della capacità deformativa

55 RINFORZI DI PANNELLI MURARI Muratura storica: Prove in laboratorio Muratura storica: Prove in situ Prove di compressione diagonale modalità di rottura apertura lesioni URM mm REP 4 mm SRE 2 mm qualità muraria 1) Immagine tratte da tesi di laurea di Paolo Perugini Reticolatus: una nuova tecnica di consolidamento per murature storiche

56 RINFORZIDI DIPANNELLI PANNELLIMURARI MURARI RINFORZI Muraturastorica: storica:prove Proveininlaboratorio laboratorio Muratura 17 Pannelli di dimensioni 51x51x12.5 cm, realizzati con mattoni pieni e malta di calce aerea

57 RINFORZI DI PANNELLI MURARI Muratura storica: Prove in laboratorio

59 RINFORZI DI ARCHI E VOLTE PALACE MONASTERY: Cloister Portico AR C H -04 SPAN (M M ) R ISE (M M ) SEC TIO N (M M XM M ) X480 LEFT PIER (M M ) 1800 R IG H T PIER (M M ) ) Immagine tratte da Interventi di rinforzo e messa in sicurezza su archi in muratura con nastri SRG pretesi di Borri, Castori,Giannantoni

60 RINFORZI DI ARCHI E VOLTE PALACE MONASTERY: Cloister Portico 1) Immagine tratte da Interventi di rinforzo e messa in sicurezza su archi in muratura con nastri SRG pretesi di Borri, Castori,Giannantoni

61 RINFORZI DI ARCHI E VOLTE PALACE MONASTERY: Cloister Portico Prestress system low density strip M edium density strip Prestress system 1) Immagine tratte da Interventi di rinforzo e messa in sicurezza su archi in muratura con nastri SRG pretesi di Borri, Castori,Giannantoni

62 RINFORZI DI ARCHI E VOLTE PALACE MONASTERY: Cloister Portico 1) Immagine tratte da Interventi di rinforzo e messa in sicurezza su archi in muratura con nastri SRG pretesi di Borri, Castori,Giannantoni

63 RINFORZI DI ARCHI E VOLTE JACOBILLI S PALACE frontview Lateralview sacrifice room M usic room 1) Immagine tratte da Interventi con SRG sulle volte di Palazzo Jacobilli di Borri, Castori,Menestò

64 RINFORZI DI ARCHI E VOLTE JACOBILLI S PALACE -1 longitudinalstrip -2 transversalstrips Anchorplates Prestress system 1) Immagine tratte da Interventi con SRG sulle volte di Palazzo Jacobilli di Borri, Castori,Menestò

65 RINFORZI DI ARCHI E VOLTE JACOBILLI S PALACE M usic room Sacrifice room displacem entvalues deflectom eters D ISPLAC EM EN T (M M ) Sacrifice room F1 M usic room F F F F F ) Immagine tratte da Interventi con SRG sulle volte di Palazzo Jacobilli di Borri, Castori,Menestò

66 RINFORZI DI SOLAI E BALCONI

69 " % h d u z