STUDIO DELLE PROPRIETÀ MECCANICHE E DI ADERENZA DI BARRE IN ROTOLO RIBOBINATE DA C.A.

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1 Contratto di Ricerca tra FERALPI SIDERURGICA S.p.A. e CONSORZIO CIS-E STUDIO DELLE PROPRIETÀ MECCANICHE E DI ADERENZA DI BARRE IN ROTOLO RIBOBINATE DA C.A. Relazione finale Prof. Ing. Carlo Poggi Prof. Ing. Valter Carvelli Milano, Dicembre 2007 pag. 1 di 43

2 Indice 1) Introduzione...3 2) Descrizione del processo produttivo...3 3) Prove e riferimenti normativi...4 4) Prova di trazione ) Diametro 8mm ) Diametro 10mm ) Diametro 12mm ) Diametro 14mm ) Diametro 16mm ) Prova di beam-test ) Diametro 8mm ) Diametro 12mm ) Diametro 16mm ) Prova di pull-out ) Diametro 8mm ) Diametro 12mm ) Diametro 16mm ) Considerazioni conclusive ) Prove di trazione ) Prove di aderenza beam-test ) Prove di aderenza pull-out...43 pag. 2 di 43

3 STUDIO DELLE PROPRIETÀ MECCANICHE E DI ADERENZA DI BARRE IN ROTOLO RIBOBINATE DA C.A. 1) Introduzione Oggetto della presente ricerca sono barre per cemento armato in rotolo ottenute mediante un processo di ribobinatura. Le caratteristiche meccaniche di tali barre sono tali da poter classificare il prodotto secondo la qualità B450C in accordo alle Norme Tecniche previste dal Decreto Ministeriale del 14 Settembre 2005 di cui alla legge n 1086 del 5 Novembre Tali barre sono prodotte mediante un processo, descritto nel seguito, che prevede la saldatura in linea della barra ed il successivo avvolgimento al fine di creare bobine di lunghezza predefinita. La ricerca si prefigge di verificare sia le proprietà meccaniche della barra, facendo in particolare riferimento al punto di saldatura, che le proprietà di aderenza al conglomerato cementizio. La caratterizzazione delle proprietà meccaniche delle barre in presenza di giunto saldato è stata svolta tramite prova di trazione. La caratterizzazione delle proprietà di aderenza tra barre e conglomerato cementizio è stata svolta tramite prova di beam-test e pull-out. Le prove di trazione sono state eseguite su campioni prelevati nelle zona di giunzione tra due rotoli di origine, quindi a circa metà della lunghezza di ogni campione è presente la saldatura. I campioni per prove di beam-test e pull-out non contengono saldature. 2) Descrizione del processo produttivo Le barre ribobinate, oggetto della presente indagine, sono realizzate con il seguente processo produttivo presso lo stabilimento FERALPI SIDERURGICA S.p.A. di Lonato (BS). Il materiale con cui inizia il processo è un semilavorato in rotolo laminato a caldo, saldabile e nervato. Il processo di ribobinatura è realizzato con macchine KOCH caricando i rotoli di semilavorato su aspo o trave. Il processo è riassumibile nelle seguenti fasi. I rotoli di semilavorato subiscono una preliminare spuntatura di testa e di coda, una pulizia dell'estremità, ed il successivo posizionamento delle estremità in saldatrice automatica (macchine Strecker). L esecuzione del ciclo di saldatura tra fine rotolo e inizio rotolo in automatico è seguita dalla pulizia della zona interessata. Il semilavorato è stirato per conferire le caratteristiche meccaniche attraverso svolgimento del rotolo iniziale. Durante la stiratura il materiale subisce una descagliatura ed una deformazione proporzionata alle caratteristiche meccaniche da ottenere. Il riavvolgimento su bobinatore consente di ottenere bobine con peso fino a 5000 kg. Il processo è concluso reggettando e identificando le bobine. pag. 3 di 43

4 3) Prove e riferimenti normativi Il quadro riassuntivo delle prove effettuate è riportato in Tabella 1, evidenziando il numero di campioni prelevati e l identificazione di ogni rotolo oggetto di prelievo. Le prove sperimentali sono state svolte adottando le procedura descritte nelle seguenti normative: per la prova di trazione è stata adottata la norma EN ISO ; per la prova di beam-test è stata adottata la norma CNR UNI 10020:1971; per la prova di pull-out è stata adottata la norma EN Colata Rotolo Diam. Nomin. Numero Numero Numero n o n o [mm] Prove Trazione Prove Beam-test Prove Pull-out B B C C C C C C L L M C A H H H H H H C Tabella 1. Quadro riassuntivo delle barre in rotolo ribobinato e delle prove sperimentali eseguite nel presente lavoro. pag. 4 di 43

5 Tutte i campioni sono stati prelevati al termine delle produzione nello stabilimento di Lonato (Brescia). I campioni prelevati presentano la marchiatura in Figura 1. Figura 1. Schema della marchiatura sulle barre analizzate. pag. 5 di 43

6 4) Prova di trazione Le prove di trazione sono state eseguite in conformità alla normativa EN ISO :2002. Le prove sono state effettuate utilizzando due macchine di trazione con carico massimo da 200kN e 300kN rispettivamente. Durante le prove la deformazione longitudinale delle barre è stata registrata tramite un estensimetro con base di misura 100mm. L estensimetro è stato rimosso al raggiungimento della deformazione pari a 1%. Il carico applicato, lo spostamento della traversa della macchina di prova e lo spostamento dell estensimetro sono stati registrati continuamente durante lo svolgimento delle prove. La capacità deformativa di una barra in presenza di saldatura risulta alterata rispetto ad una barra senza saldatura. In particolare la deformazione a rottura risulta sottostimata rispetto al caso di assenza di saldatura. Per tale motivo in seguito è stata omessa la misura dell allungamento proporzionale A gt. In seguito i simboli adottati hanno il seguente significato. F y = carico di snervamento f y = tensione di snervamento F t = carico di rottura f t = tensione di rottura f ynom = tensione di snervamento nominale secondo il D.M 14/09/2005 r.e.s. = rottura esterna alle saldatura r.s. = rottura interna alle saldatura (f y ) min = tensione di snervamento minima (f y ) max = tensione di snervamento massima (f y ) m = media delle tensione di snervamento (f y ) s = scarto quadratico medio delle tensione di snervamento f yk = valore caratteristico delle tensione di snervamento secondo il D.M 14/09/2005 (f t ) min = tensione di rottura minima (f t ) max = tensione di rottura massima (f t ) m = media delle tensione di rottura (f t ) s = scarto quadratico medio delle tensione di rottura f tk = valore caratteristico delle tensione di rottura secondo il D.M 14/09/2005 (f t /f y ) k -- = valore caratteristico inferiore del rapporto f t /f y secondo il D.M 14/09/2005 (f t /f y ) k + = valore caratteristico superiore del rapporto f t /f y secondo il D.M 14/09/2005 (f y /f nom ) k = valore caratteristico superiore del rapporto f y /f nom secondo il D.M 14/09/2005 k 1 = coefficiente per la valutazione dei valori caratteristici f yk e f tk secondo il D.M 14/09/2005 k 2 = coefficiente per la valutazione dei valori caratteristici (f t /f y ) k e (f y /f ynom ) k secondo il D.M 14/09/2005 pag. 6 di 43

7 4.1) Diametro 8mm Le prove di trazione sulle barre ribobinate con diametro nominale 8mm sono state condotte su campioni aventi le proprietà elencate in Tabella 2. Le proprietà meccaniche ottenute dalle prove di trazione sono riportate, per ogni campione, in Tabella 3. In Tabella 3 è inoltre evidenziato che la rottura delle barre è sempre avvenuta all esterno della zona di saldatura (vedi Figura 2). Dalle prove svolte si riscontra che le proprietà meccaniche del materiale rispettano i limiti imposti dalla vigente normativa anche in termini statistici, come riportato in Tabella 4. Pertanto si riscontra come la qualità delle barre rimane inalterata anche in presenza della saldatura che ne garantisce una perfetta continuità. pag. 7 di 43

8 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Lunghezza Peso Sezione Reale Tolleranza n o n o n o [mm] [mm] [gr] [mm 2 ] Sezione 1 B ,39-3,74 2 B ,96-4,59 3 B ,73-3,05 4 B ,04-2,43 5 B ,60-3,31 6 B ,28-3,96 7 B ,50-3,52 8 B ,36-3,80 9 B ,57-3,37 10 B ,25-4,00 1 B ,10-4,32 2 B ,52-3,48 3 B ,88-2,76 4 B ,71-3,10 5 B ,17-4,18 6 B ,03-4,44 7 B ,57-3,37 8 B ,40-3,71 9 B ,47-3,58 10 B ,20-4,12 1 C ,48-1,56 2 C ,59-1,35 3 C ,16-2,21 4 C ,29-5,92 5 C ,03-2,46 6 C ,81-2,89 7 C ,84-0,85 8 C ,06-4,39 9 C ,99-0,56 10 C ,81-2,89 1 C ,28-3,94 2 C ,53 0,53 3 C ,70-3,11 4 C ,83-2,85 5 C ,44 0,34 6 C ,71-1,11 7 C ,36-3,80 8 C ,03-2,46 9 C ,11-2,30 10 C ,59-3,33 Tabella 2. Prova di trazione per barre con diametro 8mm: caratteristiche dei provini. pag. 8 di 43

9 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Fy fy Ft ft ft/fy fy/fynom Modalità n o n o n o [mm] [kn] [N/mm 2 ] [kn] [N/mm 2 ] rottura 1 B ,6 510,20 30,2 599,95 1,18 1,13 r.e.s. 2 B ,6 509,50 30,3 602,92 1,18 1,13 r.e.s. 3 B ,9 495,50 29,6 589,01 1,19 1,10 r.e.s. 4 B ,1 519,10 30,8 612,53 1,18 1,15 r.e.s. 5 B ,5 507,80 30,1 599,62 1,18 1,13 r.e.s. 6 B ,5 506,80 29,9 595,32 1,17 1,13 r.e.s. 7 B ,6 509,20 30,1 598,96 1,18 1,13 r.e.s. 8 B ,7 491,80 29,6 588,69 1,20 1,09 r.e.s. 9 B ,4 505,00 30,1 598,62 1,19 1,12 r.e.s. 10 B ,1 519,80 30,1 598,62 1,15 1,16 r.e.s. 1 B ,7 471,10 28,7 571,47 1,21 1,05 r.e.s. 2 B ,3 502,90 29,5 586,03 1,17 1,12 r.e.s. 3 B ,2 522,10 28,9 574,11 1,10 1,16 r.e.s. 4 B ,6 509,80 29,7 590,01 1,16 1,13 r.e.s. 5 B ,6 468,70 28,6 568,14 1,21 1,04 r.e.s. 6 B ,9 475,10 28,3 563,51 1,19 1,06 r.e.s. 7 B ,6 489,00 29,1 579,40 1,18 1,09 r.e.s. 8 B ,1 498,60 29,7 590,35 1,18 1,11 r.e.s. 9 B ,8 474,10 28,9 575,11 1,21 1,05 r.e.s. 10 B ,4 486,00 28,6 569,48 1,17 1,08 r.e.s. 1 C ,2 481,44 31,5 626,76 1,30 1,07 r.e.s. 2 C ,9 495,37 32,9 654,25 1,32 1,10 r.e.s. 3 C ,2 481,44 31,9 634,04 1,32 1,07 r.e.s. 4 C ,5 467,52 31,0 617,15 1,32 1,04 r.e.s. 5 C ,7 491,39 32,0 636,36 1,30 1,09 r.e.s. 6 C ,8 493,38 31,9 634,37 1,29 1,10 r.e.s. 7 C ,6 469,51 31,3 622,45 1,33 1,04 r.e.s. 8 C ,1 459,56 31,5 627,09 1,36 1,02 r.e.s. 9 C ,2 501,34 32,8 653,25 1,30 1,11 r.e.s. 10 C ,8 493,38 31,7 630,73 1,28 1,10 r.e.s. 1 C ,9 475,48 31,2 619,80 1,30 1,06 r.e.s. 2 C ,3 483,43 31,4 625,10 1,29 1,07 r.e.s. 3 C ,2 481,44 32,0 636,36 1,32 1,07 r.e.s. 4 C ,7 471,50 32,0 636,69 1,35 1,05 r.e.s. 5 C ,5 527,20 33,6 669,15 1,27 1,17 r.e.s. 6 C ,1 519,24 32,6 648,95 1,25 1,15 r.e.s. 7 C ,1 519,24 31,9 634,71 1,22 1,15 r.e.s. 8 C ,3 503,33 32,4 643,98 1,28 1,12 r.e.s. 9 C ,9 475,48 32,1 639,01 1,34 1,06 r.e.s. 10 C ,0 477,46 31,7 631,39 1,32 1,06 r.e.s. Tabella 3. Risultati delle prove di trazione per barre con diametro 8mm. pag. 9 di 43

10 Grandezze statistiche k 1 = 2,01 Valori di riferimento D.M (f y ) min = 459,56 MPa f yk = 457,22 > 450 MPa (f y ) max = 527,20 MPa (f y ) m = 493,51 MPa (f y ) s = 18,06 (f t ) min = 563,51 MPa f tk = 555,92 > 540 MPa (f t ) max = 669,15 MPa (f t ) m = 611,84 MPa (f t ) s = 27,82 k 2 = 1,60 (f t /f y ) min = 1,10 (f t /f y ) -- k = 1, (f t /f y ) max = 1,36 (f t /f y ) + k = 1, (f t /f y ) m = 1,24 (f t /f y ) s = 0,07 (f y /f ynom ) min = 1,02 (f y /f ynom ) k = 1, (f y /f ynom ) max = 1,17 (f y /f ynom ) m = 1,10 (f y /f ynom ) s = 0,04 Tabella 4. Prova di trazione per barre con diametro 8mm: rielaborazione statistica delle proprietà meccaniche. pag. 10 di 43

11 Colata n o B293 Colata n o B273 Colata n o C617 Colata n o C911 Figura 2. Prova di trazione per barre con diametro 8mm: modalità di rottura dei provini. pag. 11 di 43

12 4.2) Diametro 10mm Le prove di trazione sulle barre ribobinate con diametro nominale 10mm sono state condotte su campioni aventi le proprietà elencate in Tabella 5. Le proprietà meccaniche ottenute dalle prove di trazione sono riportate, per ogni campione, in Tabella 6. In Tabella 6 è inoltre evidenziato che la rottura delle barre è sempre avvenuta all esterno della zona di saldatura (vedi Figura 3). Dalle prove svolte si riscontra che le proprietà meccaniche del materiale rispettano i limiti imposti dalla vigente normativa anche in termini statistici, come riportato in Tabella 7. Pertanto si riscontra come la qualità delle barre rimane inalterata anche in presenza della saldatura che ne garantisce una perfetta continuità. pag. 12 di 43

13 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Lunghezza Peso Sezione Reale Tolleranza n o n o n o [mm] [mm] [gr] [mm 2 ] Sezione 1 C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C Tabella 5. Prova di trazione per barre con diametro 10mm: caratteristiche dei provini. pag. 13 di 43

14 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Fy fy Ft ft ft/fy fy/fynom Modalità n o n o n o [mm] [kn] [N/mm 2 ] [kn] [N/mm 2 ] rottura 1 C r.e.s. 2 C r.e.s. 3 C r.e.s. 4 C r.e.s. 5 C r.e.s. 6 C r.e.s. 7 C r.e.s. 8 C r.e.s. 9 C r.e.s. 10 C r.e.s. 1 C r.e.s. 2 C r.e.s. 3 C r.e.s. 4 C r.e.s. 5 C r.e.s. 6 C r.e.s. 7 C r.e.s. 8 C r.e.s. 9 C r.e.s. 10 C r.e.s. 1 C r.e.s. 2 C r.e.s. 3 C r.e.s. 4 C r.e.s. 5 C r.e.s. 6 C r.e.s. 7 C r.e.s. 8 C r.e.s. 9 C r.e.s. 10 C r.e.s. Tabella 6. Risultati delle prove di trazione per barre con diametro 10mm. pag. 14 di 43

15 Grandezze statistiche k 1 = 2.08 Valori di riferimento D.M (f y ) min = MPa f yk = > 450 MPa (f y ) max = MPa (f y ) m = MPa (f y ) s = (f t ) min = MPa f tk = > 540 MPa (f t ) max = MPa (f t ) m = MPa (f t ) s = 9.68 k 2 = 1.66 (f t /f y ) min = 1.20 (f t /f y ) -- k = (f t /f y ) max = 1.35 (f t /f y ) + k = (f t /f y ) m = 1.24 (f t /f y ) s = 0.04 (f y /f ynom ) min = 1.04 (f y /f ynom ) k = (f y /f ynom ) max = 1.18 (f y /f ynom ) m = 1.12 (f y /f ynom ) s = 0.03 Tabella 7. Prova di trazione per barre con diametro 10mm: rielaborazione statistica delle proprietà meccaniche. pag. 15 di 43

16 Colata n o C296 Colata n o C469 Colata n o C477 Figura 3. Prova di trazione per barre con diametro 10mm: modalità di rottura dei provini. pag. 16 di 43

17 4.3) Diametro 12mm Le prove di trazione sulle barre ribobinate con diametro nominale 12mm sono state condotte su campioni aventi le proprietà elencate in Tabella 8. Le proprietà meccaniche ottenute dalle prove di trazione sono riportate, per ogni campione, in Tabella 9. In Tabella 9 è inoltre evidenziato che la rottura delle barre è sempre avvenuta all esterno della zona di saldatura (vedi Figura 4). Dalle prove svolte si riscontra che le proprietà meccaniche del materiale rispettano i limiti imposti dalla vigente normativa anche in termini statistici, come riportato in Tabella 10. Pertanto si riscontra come la qualità delle barre rimane inalterata anche in presenza della saldatura che ne garantisce una perfetta continuità. pag. 17 di 43

18 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Lunghezza Peso Sezione Reale Tolleranza n o n o n o [mm] [mm] [gr] [mm 2 ] Sezione 1 L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L M M M M M M M M M M Tabella 8. Prova di trazione per barre con diametro 12mm: caratteristiche dei provini. pag. 18 di 43

19 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Fy fy Ft ft ft/fy fy/fynom Modalità n o n o n o [mm] [kn] [N/mm 2 ] [kn] [N/mm 2 ] rottura 1 L r.e.s. 2 L r.e.s. 3 L r.e.s. 4 L r.e.s. 5 L r.e.s. 6 L r.e.s. 7 L r.e.s. 8 L r.e.s. 9 L r.e.s. 10 L r.e.s. 1 L r.e.s. 2 L r.e.s. 3 L r.e.s. 4 L r.e.s. 5 L r.e.s. 6 L r.e.s. 7 L r.e.s. 8 L r.e.s. 9 L r.e.s. 10 L r.e.s. 1 M r.e.s. 2 M r.e.s. 3 M r.e.s. 4 M r.e.s. 5 M r.e.s. 6 M r.e.s. 7 M r.e.s. 8 M r.e.s. 9 M r.e.s. 10 M r.e.s. Tabella 9. Risultati delle prove di trazione per barre con diametro 12mm. pag. 19 di 43

20 Grandezze statistiche k 1 = 2.08 Valori di riferimento D.M (f y ) min = MPa f yk = > 450 MPa (f y ) max = MPa (f y ) m = MPa (f y ) s = 8.24 (f t ) min = MPa f tk = > 540 MPa (f t ) max = MPa (f t ) m = MPa (f t ) s = 9.35 k 2 = 1.66 (f t /f y ) min = 1.17 (f t /f y ) -- k = (f t /f y ) max = 1.25 (f t /f y ) + k = (f t /f y ) m = 1.19 (f t /f y ) s = 0.02 (f y /f ynom ) min = 1.12 (f y /f ynom ) k = (f y /f ynom ) max = 1.22 (f y /f ynom ) m = 1.16 (f y /f ynom ) s = 0.02 Tabella 10. Prova di trazione per barre con diametro 12mm: rielaborazione statistica delle proprietà meccaniche. pag. 20 di 43

21 Colata n o L130 Colata n o L132 Colata n o M19 Figura 4. Prova di trazione per barre con diametro 12mm: modalità di rottura dei provini. pag. 21 di 43

22 4.4) Diametro 14mm Le prove di trazione sulle barre ribobinate con diametro nominale 14mm sono state condotte su campioni aventi le proprietà elencate in Tabella 11. Le proprietà meccaniche ottenute dalle prove di trazione sono riportate, per ogni campione, in Tabella 12. In Tabella 12 è inoltre evidenziato che la rottura delle barre non è avvenuta all esterno della zona di saldatura soltanto per tre provini (vedi Figura 5). Nonostante la rottura è avvenuta nella zona di saldatura, queste tre barre hanno fornito valori dello sforzo di snervamento e rottura conformi alla vigente normativa. Dalle prove svolte si riscontra che le proprietà meccaniche del materiale rispettano i limiti imposti dalla vigente normativa anche in termini statistici eccetto per il valore caratteristico del rapporto (f y /f nom ), come riportato in Tabella 13. Pertanto si riscontra come la qualità delle barre rimane inalterata anche in presenza della saldatura che ne garantisce una perfetta continuità. pag. 22 di 43

23 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Lunghezza Peso Sezione Reale Tolleranza n o n o n o [mm] [mm] [gr] [mm 2 ] Sezione 1 A ,35-1,68 2 A ,30-1,71 3 A ,51-2,23 4 A ,02-1,25 5 A ,63-1,50 6 A ,76-2,06 7 A ,41-1,64 8 A ,58-1,53 9 A ,30-2,37 10 A ,27-1,73 1 H ,70-0,81 2 H ,80-0,09 3 H ,38-0,36 4 H ,17 0,80 5 H ,25 0,85 6 H ,84-0,06 7 H ,16 0,79 8 H ,23 0,19 9 H ,02 0,05 10 H ,42-0,34 1 H ,67 0,48 2 H ,75 0,53 3 H ,17 0,80 4 H ,35 0,27 5 H ,02 0,05 6 H ,25 0,85 7 H ,78 0,55 8 H ,46 0,99 9 H ,69 0,49 10 H ,13 0,77 1 H ,99 0,68 2 H ,52 0,38 3 H ,40 0,30 4 H ,40 0,30 5 H ,22 0,18 6 H ,70 0,50 7 H ,23 0,19 8 H ,29 0,88 9 H ,80-0,09 10 H ,44 0,33 Tabella 11. Prova di trazione per barre con diametro 14mm: caratteristiche dei provini. pag. 23 di 43

24 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Fy fy Ft ft ft/fy fy/fynom Modalità n o n o n o [mm] [kn] [N/mm 2 ] [kn] [N/mm 2 ] rottura 1 A ,0 532,68 95,1 617,78 1,16 1,18 r.e.s. 2 A ,0 526,19 94,0 610,64 1,16 1,17 r.e.s. 3 A ,4 541,78 95,2 618,43 1,14 1,20 r.e.s. 4 A ,8 537,88 95,6 621,03 1,15 1,20 r.e.s. 5 A ,9 525,54 95,5 620,38 1,18 1,17 r.e.s. 6 A ,6 549,57 95,9 622,98 1,13 1,22 r.e.s. 7 A ,3 547,62 96,3 625,58 1,14 1,22 r.e.s. 8 A ,8 537,88 95,9 622,98 1,16 1,20 r.e.s. 9 A ,8 524,89 95,0 617,13 1,18 1,17 r.e.s. 10 A ,9 538,53 95,2 618,43 1,15 1,20 r.e.s. 1 H ,4 522,20 94,5 613,60 1,18 1,16 r.e.s. 2 H ,2 559,70 99,4 645,70 1,15 1,24 r.e.s. 3 H ,9 545,10 95,7 622,00 1,14 1,21 r.e.s. 4 H ,3 579,80 102,4 665,00 1,15 1,29 r.e.s. 5 H ,7 569,50 100,7 653,90 1,15 1,27 r.e.s. 6 H ,2 572,70 100,1 650,00 1,13 1,27 r.e.s. 7 H ,7 576,20 102,0 662,50 1,15 1,28 r.e.s. 8 H ,3 567,20 98,5 640,00 1,13 1,26 r.s. 9 H ,8 563,70 99,8 648,30 1,15 1,25 r.e.s. 10 H ,7 550,40 94,9 616,70 1,12 1,22 r.e.s. 1 H ,1 559,60 99,2 644,70 1,15 1,24 r.e.s. 2 H ,1 565,70 100,0 649,70 1,15 1,26 r.e.s. 3 H ,3 554,20 99,6 646,80 1,17 1,23 r.e.s. 4 H ,2 579,60 100,2 650,60 1,12 1,29 r.e.s. 5 H ,7 563,50 100,7 654,20 1,16 1,25 r.e.s. 6 H ,4 567,50 100,0 649,70 1,14 1,26 r.e.s. 7 H ,3 573,30 100,1 650,30 1,13 1,27 r.e.s. 8 H ,5 568,10 100,6 653,20 1,15 1,26 r.e.s. 9 H ,3 560,40 99,3 644,80 1,15 1,25 r.e.s. 10 H ,1 572,50 101,0 656,00 1,15 1,27 r.e.s. 1 H ,8 577,10 101,3 658,20 1,14 1,28 r.e.s. 2 H ,5 568,60 99,1 644,00 1,13 1,26 r.e.s. 3 H ,5 562,00 100,0 649,40 1,16 1,25 r.e.s. 4 H ,7 569,50 100,7 654,00 1,15 1,27 r.e.s. 5 H ,2 579,60 101,5 659,10 1,14 1,29 r.e.s. 6 H ,0 565,30 99,9 649,20 1,15 1,26 r.e.s. 7 H ,2 559,80 99,4 645,80 1,15 1,24 r.e.s. 8 H ,1 566,00 100,4 652,40 1,15 1,26 r.e.s. 9 H ,5 575,00 99,0 643,10 1,12 1,28 r.s. 10 H ,8 563,60 99,7 647,80 1,15 1,25 r.s. Tabella 12. Risultati delle prove di trazione per barre con diametro 14mm. pag. 24 di 43

25 Grandezze statistiche k 1 = 2,01 Valori di riferimento D.M (f y ) min = 522,20 MPa f yk = 524,30 > 450 MPa (f y ) max = 579,80 MPa (f y ) m = 558,00 MPa (f y ) s = 16,77 (f t ) min = 610,64 MPa f tk = 608,39 > 540 MPa (f t ) max = 665,00 MPa (f t ) m = 640,40 MPa (f t ) s = 15,93 k 2 = 1,60 (f t /f y ) min = 1,12 (f t /f y ) -- k = 1, (f t /f y ) max = 1,18 (f t /f y ) + k = 1, (f t /f y ) m = 1,15 (f t /f y ) s = 0,01 (f y /f ynom ) min = 1,16 (f y /f ynom ) k = 1, (f y /f ynom ) max = 1,29 (f y /f ynom ) m = 1,24 (f y /f ynom ) s = 0,04 Tabella 13. Prova di trazione per barre con diametro 14mm: rielaborazione statistica delle proprietà meccaniche. pag. 25 di 43

26 Colata n o A121 Colata n o H303 Colata n o H309 Colata n o H311 Figura 5. Prova di trazione per barre con diametro 14mm: modalità di rottura dei provini. pag. 26 di 43

27 4.5) Diametro 16mm Le prove di trazione sulle barre ribobinate con diametro nominale 16mm sono state condotte su campioni aventi le proprietà elencate in Tabella 14. Le proprietà meccaniche ottenute dalle prove di trazione sono riportate, per ogni campione, in Tabella 15. In Tabella 15 è inoltre evidenziato che la rottura delle barre non è avvenuta all esterno della zona di saldatura soltanto per due provini (vedi Figura 6). Nonostante la rottura è avvenuta nella zona di saldatura, queste due barre hanno fornito valori dello sforzo di snervamento e rottura conformi alla vigente normativa. Dalle prove svolte si riscontra che le proprietà meccaniche del materiale rispettano i limiti imposti dalla vigente normativa anche in termini statistici, come riportato in Tabella 16. Pertanto si evidenzia come la qualità delle barre rimane inalterata anche in presenza della saldatura che ne garantisce una perfetta continuità. pag. 27 di 43

28 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Lunghezza Peso Sezione Reale Tolleranza n o n o n o [mm] [mm] [gr] [mm 2 ] Sezione 1 H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H Tabella 14. Prova di trazione per barre con diametro 16mm: caratteristiche dei provini. pag. 28 di 43

29 Provino Colata Rotolo Diam. Nomin. Fy fy Ft ft ft/fy fy/fynom Modalità n o n o n o [mm] [kn] [N/mm 2 ] [kn] [N/mm 2 ] rottura 1 H r.e.s. 2 H r.e.s. 3 H r.e.s. 4 H r.s. 5 H r.e.s. 6 H r.e.s. 7 H r.e.s. 8 H r.e.s. 9 H r.e.s. 10 H r.e.s. 1 H r.e.s. 2 H r.e.s. 3 H r.e.s. 4 H r.e.s. 5 H r.e.s. 6 H r.s. 7 H r.e.s. 8 H r.e.s. 9 H r.e.s. 10 H r.e.s. 1 H r.e.s. 2 H r.e.s. 3 H r.e.s. 4 H r.e.s. 5 H r.e.s. 6 H r.e.s. 7 H r.e.s. 8 H r.e.s. 9 H r.e.s. 10 H r.e.s. Tabella 15. Risultati delle prove di trazione per barre con diametro 16mm. pag. 29 di 43

30 Grandezze statistiche k 1 = 2.08 Valori di riferimento D.M (f y ) min = MPa f yk = > 450 MPa (f y ) max = MPa (f y ) m = MPa (f y ) s = 8.58 (f t ) min = MPa f tk = > 540 MPa (f t ) max = MPa (f t ) m = MPa (f t ) s = 6.61 k 2 = 1.66 (f t /f y ) min = 1.12 (f t /f y ) -- k = (f t /f y ) max = 1.21 (f t /f y ) + k = (f t /f y ) m = 1.17 (f t /f y ) s = 0.02 (f y /f ynom ) min = 1.15 (f y /f ynom ) k = (f y /f ynom ) max = 1.25 (f y /f ynom ) m = 1.19 (f y /f ynom ) s = 0.02 Tabella 16. Prova di trazione per barre con diametro 16mm: rielaborazione statistica delle proprietà meccaniche. pag. 30 di 43

31 Colata n o H444 Colata n o H445 Colata n o H448 Figura 6. Prova di trazione per barre con diametro 16mm: modalità di rottura dei provini. pag. 31 di 43

32 5) Prova di beam-test Le prove di beam-test sono state realizzate in conformità alla normativa CNR UNI 10020:1971 (Figura 7) come suggerito dal D.M 14/09/2005 ed in accordo alla EN 10080:2005. Figura 7. Prova di beam test : preparazione dei casseri e disposizione delle barre. Una barra per ogni colata utilizzata per le prove di beam-test e pull-out è stata sottoposta alla misura dell indice di aderenza I R, secondo il D.M. 14/09/2005. I valori ottenuti sono riportati in Tabella 17. Dai valori in Tabella 17, si evince che l indice di aderenza I R, per i tre diametri considerati, è inferiore ai limiti minimi imposti dal D.M 14/09/2005. Colata Rotolo Diam. Nomin. I R n o n o [mm] C ,042 C ,052 C ,050 Tabella 17. Indice geometrico I R. pag. 32 di 43

33 In seguito i simboli adottati hanno il seguente significato. τ (0,01) = tensione di aderenza allo spostamento di 0.01mm τ (0,1) = tensione di aderenza allo spostamento di 0.1mm τ (1) = tensione di aderenza allo spostamento di 1mm τ m = tensione di aderenza media delle tensioni τ (0,01), τ (0,1), τ (1) τ r = tensione di aderenza massima τ cm = tensione di aderenza media corretta, riferita ad una resistenza del conglomerato di 27N/mm 2 τ cr = tensione di aderenza massima corretta, riferita ad una resistenza del conglomerato di 27N/mm 2 5.1) Diametro 8mm Le prove di beam-test sulle barre ribobinate con diametro nominale 8mm sono state condotte su campioni aventi le proprietà elencate in Tabella 18. Le proprietà di aderenza ottenute dalle prove sono riportate, per ogni campione, in Tabella 19. I risultati ottenuti sono conformi alle indicazione del D.M. 14/09/2005. Tabella 18. Prova di beam test per barre con diametro 8mm: caratteristiche delle barre. Tabella 19. Prova di beam test per barre con diametro 8mm: risultati ottenuti. pag. 33 di 43

34 5.2) Diametro 12mm Le prove di beam-test sulle barre ribobinate con diametro nominale 12mm sono state condotte su campioni aventi le proprietà elencate in Tabella 20. Le proprietà di aderenza ottenute dalle prove sono riportate, per ogni campione, in Tabella 21. I risultati ottenuti sono conformi alle indicazione del D.M. 14/09/2005. Tabella 20. Prova di beam test per barre con diametro 12mm: caratteristiche delle barre. Tabella 21. Prova di beam test per barre con diametro 12mm: risultati ottenuti. pag. 34 di 43

35 5.3) Diametro 16mm Le prove di beam-test sulle barre ribobinate con diametro nominale 16mm sono state condotte su campioni aventi le proprietà elencate in Tabella 22. Le proprietà di aderenza ottenute dalle prove sono riportate, per ogni campione, in Tabella 23. I risultati ottenuti sono conformi alle indicazione del D.M. 14/09/2005. Tabella 22. Prova di beam test per barre con diametro 16mm: caratteristiche delle barre. Tabella 23. Prova di beam test per barre con diametro 16mm: risultati ottenuti. pag. 35 di 43

36 6) Prova di pull-out Le prove di pull-out sono state eseguite in conformità alla normativa UNI EN 10080:2005 Appendice D. La lunghezza del lato del cubo in conglomerato cementizio utilizzato per tutti i diametri è stata pari a 200mm, mentre la lunghezza della zona di contatto tra barra e conglomerato è stata limita a 5 volte il dimetro della barra in accordo alla normativa di riferimento. Lo spostamento relativo tra barra e cubo è stato continuamente registrato attraverso un trasduttore di spostamento (LVDT) con corsa massima di 15mm. In seguito i simboli adottati hanno il seguente significato. f cm = resistenza media a compressione del conglomerato cementizio misurata dopo 28 giorni dal getto f c = resistenza media a compressione del conglomerato cementizio misurata il giorno dell esecuzione delle prove. F max = carico massimo raggiunto durante la prova τ dm = tensione di aderenza massima in corrispondenza di Fmax, valutata in conformità alla normativa UNI EN 10080: ) Diametro 8mm Le prove di pull-out sulle barre ribobinate con diametro nominale 8mm hanno fornito i risultati riportati in Tabella 24. Il carico massimo per ogni provino è stato dedotto dalle curve caricospostamento LVDT in Figura 8. Colata Rotolo Diam. Nomin. f cm f c F max τ dm n o n o [mm] [MPa] [MPa] [N] [MPa] C C Tabella 24. Prova di pull-out per barre con diametro 8mm. pag. 36 di 43

37 forza [N] colata C614 rotolo 8 φ=8mm provino 1 provino spostamento LVDT [mm] Figura 8. Prova di pull-out per barre con diametro 8mm. Figura 9. Prova di pull-out per barre con diametro 8mm. pag. 37 di 43

38 6.2) Diametro 12mm Le prove di pull-out sulle barre ribobinate con diametro nominale 12mm hanno fornito i risultati riportati in Tabella 25. Il carico massimo per ogni provino è stato dedotto dalle curve carico-spostamento LVDT in Figura 10. Colata Rotolo Diam. Nomin. f cm f c F max τ dm n o n o [mm] [MPa] [MPa] [N] [MPa] C C Tabella 25. Prova di pull-out per barre con diametro 12mm forza [N] colata C377 rotolo 52 φ=12mm provino 1 provino spostamento LVDT [mm] Figura 10. Prova di pull-out per barre con diametro 12mm. pag. 38 di 43

39 Figura 11. Prova di pull-out per barre con diametro 12mm. pag. 39 di 43

40 6.3) Diametro 16mm Le prove di pull-out sulle barre ribobinate con diametro nominale 16mm hanno fornito i risultati riportati in Tabella 26. Il carico massimo per ogni provino è stato dedotto dalle curve carico-spostamento LVDT in Figura 12. Colata Rotolo Diam. Nomin. f cm f c F max τ dm n o n o [mm] [MPa] [MPa] [N] [MPa] C C Tabella 26. Prova di pull-out per barre con diametro 16mm forza [N] colata C564 rotolo 2 φ=16mm provino 1 provino spostamento LVDT [mm] Figura 12. Prova di pull-out per barre con diametro 16mm. pag. 40 di 43

41 Figura 13. Prova di pull-out per barre con diametro 16mm. pag. 41 di 43

42 7) Considerazioni conclusive Le indagini sperimentali svolte per la caratterizzazione delle proprietà meccaniche e di aderenza delle barre in rotolo ribobinate per cemento armato nella qualità B450C, hanno evidenziato i seguenti aspetti. 7.1) Prove di trazione Le prove di trazione su barra in cui era presente la giunzione saldata hanno fornito sempre valori dello sforzo di snervamento e di rottura superiori ai limiti imposti dal D.M. 14/09/2005. I valori statistici ricavati sono risultati conformi ai limiti imposti dal D.M. 14/09/2005. La rottura delle barre non ha coinvolto la saldatura in circa il 97% delle barre analizzate (5 barre su un totale di 170 barre hanno riportata rottura nella saldatura). Tali risultati dimostrano che da punto di vista meccanico la qualità delle barre rimane inalterata anche in presenza della saldatura che ne garantisce una perfetta continuità. 7.2) Prove di aderenza beam-test Le prove di aderenza (barra-conglomerato cementizio) svolte tramite beam-test hanno fornito valori della tensione di aderenza conformi alle prescrizione del D.M. 14/09/2005, nonostante gli indici di aderenza I R misurati siano inferiori ai valori minimi imposti da tale D.M. pag. 42 di 43

43 7.3) Prove di aderenza pull-out Le prove di aderenza svolte tramite pull-out hanno fornito valori medi della tensione di aderenza massima inferiori rispetto ai valori ottenuti con beam-test. La differenza è del 9% circa per il diametro 12mm e del 7% circa per il diametro 16mm (vedi Figura 14). La discordanze risulta più accentuata (circa 44%) per il diametro 8mm, per il quale si suggerisce un approfondimento dell indagine. 20 beam-test pull-out 15 τ max [MPa] diametro nominale [mm] Figura 14: Confronto tra i valori medi della tensione di aderenza massima ottenuti con la prova di beam-test e pull-out pag. 43 di 43

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