Prove di aderenza su elementi in c.a. rinforzati con CFRP

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1 Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture Università degli Studi di Salerno & Consorzio ReLUIS Salerno Febbraio 2007 Prove di aderenza su elementi in c.a. rinorzati con CFRP Marisa Pecce Francesca Ceroni Dipartimento di Ingegneria Università degli Studi del Sannio, Benevento

2 Il enomeno dell aderenza tra EBR e C.A. MECCANISMI DI ROTTURA PER DELAMINAZIONE DELAMINAZIONE DI ESTREMITA DELAMINAZIONE INTERMEDIA CAUSATA DA FESSURE FLESSIONALI DELAMINAZIONE CAUSATA DA FESSURE A TAGLIO

3 Il enomeno dell aderenza tra EBR e C.A. VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA ALLA DELAMINAZIONE E DEL LEGAME DI ADERENZA La massima orza di delaminazione va valutata attraverso prove di aderenza Il legame di aderenza è schematizzato come bilineare La calibrazione dei parametri richiede prove di aderenza

4 Prove di aderenza Non esistono procedure di prova standard per prove di aderenza un rierimento è importante per avere risultati comparabili e non ortemente inluenzati dalla modalità di prova Varie tipologie di prova sono state realizzate da diversi ricercatori Prova di trazione simmetrica, Prova di trazione asimmetrica Prova di pull-out simmetrica Prova di pull-out asimmetrica beam test YAO et al., 2005

5 Bronsens e Van Gemert, 1997 Prove di aderenza prove di trazione (DOUBLE-SHEAR PULL TESTS) Horiguchi e Saeki 1997 Maeda et al, 1997 Ceroni e Pecce, 2002 Blontrock et al., 2002

6 Prove di aderenza pull-out (SINGLE /DOUBLE-SHEAR PUSH TESTS) YAO et al., 2005 Ceroni e Pecce, 2004 Ancoraggio meccanico cerniera Barra Diwidag McSweeney e Lopez, 2005 FAELLA et al., 2002

7 Prove di aderenza BEAM TESTS De Lorenzis et al., 2003 Steelhinge F/2 L3 L3 F/2 Block A Block B D a Lb,rp LVDT2 d LVDT1 LVDT3 Strain Gauge L1 L L2 L L1 Pecce et al., 2003

8 Risultati prove di trazione tessuti di spessore 0.165mm e 0.130mm, modulo elastico pari a 230GPa la resistenza media cubica a compressione del calcestruzzo 25MPa i provini che avevano lunghezze aderenti di 5cm hanno tutti mostrato una crisi per delaminazione supericiale, con distacco di cunei di calcestruzzo o mista aumentando la lunghezza di incollaggio da 5cm a 10cm, il carico di rottura mediamente cresce e in alcuni casi si è veriicato un accoppiamento tra rottura a trazione del calcestruzzo e delaminazione

9 Risultati prove di beam test tessuti di spessore 0.165mm e 0.130mm, modulo elastico pari a 230GPa la resistenza media cubica a compressione del calcestruzzo 29MPa /33 Mpa nel caso di blocchi piccoli la rottura è sempre avvenuta per taglio nel calcestruzzo si è veriicato un incremento del carico di rottura di circa il 25% per un incremento della lunghezza aderente del 50% (da 100mm a 150mm) nel caso di blocchi di dimensioni più grandi la rottura si è veriicata per eettiva delaminazione del rinorzo con distacco di un ben deinito cuneo di calcestruzzo si è veriicato un incremento del carico di rottura all aumentare della lunghezza aderente, rispettivamente del 24% e del 40% per incrementi di lunghezza del 50% (da 100mm a 150mm) e del 30% (da 150mm a 200cm)

10 PROVE DI PULL OUT IN CORSO Prove di aderenza su elementi in calcestruzzo rinorzati con ibre in CFRP secondo lo schema di pull-out E lo schema meno soggetto ad imperezioni del sistema di prova e può dare risultati più attendibili ed omogenei Parametri esaminati: - Larghezza rinorzo (50-100mm) - Numero strati (1-2) - Lunghezza aderente ( mm) - Tipologia di ancoraggi (barra CFRP, striscia in CFRP, ventaglio in CFRP) - Trattamenti termici Calcestruzzo in compressione

11 PROVE DI ADERENZA IN CORSO Tre tipologie di rottura: - delaminazione supericiale (DB) caratterizzata dal distacco di uno strato molto sottile di calcestruzzo - distacco di volumi più grandi di calcestruzzo per i provini dotati di dispositivi di ancoraggio - rottura a trazione delle ibre (pochi casi) con tensione nelle ibre ineriore alla resistenza a trazione: eetto di imperezioni (disallineamenti delle ibre, asimmetrie nell applicazione del carico)

12 PROVE DI ADERENZA IN CORSO Per lunghezza aderente da 150mm a 100mm: riduzione media di circa il 19% Per la riduzione della larghezza della lamina a parità di area (2 strati di 50mm di larghezza piuttosto che 1 strato da 100mm): riduzione di circa il 37%. In presenza di dispositivi di ancoraggio per i provini con lunghezza 150mm, l incremento del carico di rottura è stato di circa l 8%, il 25% ed il 12%, per striscia in CFRP, ventaglio in CFRP, barra in CFRP il ventaglio di ibre è il più eicace perché riesce a coinvolgere un maggiore volume di calcestruzzo nel traserimento degli sorzi di aderenza. Per provini con minore lunghezza aderente (100mm) c è una migliore eicienza dei sistemi di ancoraggio: incremento di circa il 24% nel caso della striscia in CFRP e del 48% nel caso della barra in CFRP. Per i provini con due strati di ibre e larghezza di 50mm, non si è riscontrato nessun eetto dell ancoraggio (striscia in CFRP). Per i provini sottoposti a trattamento termico a 90 il carico di rottura si è ridotto mediamente del 21%, mentre nel caso di temperatura più bassa, 60, la riduzione è stata circa il 9%.

13 il carico di delaminazione si rapporta ad un grandezza che sintetizza le caratteristiche geometriche e meccaniche delle ibre e la resistenza a compressione del calcestruzzo che inluenzano l energia di rattura: b, E, t sono larghezza, modulo elastico e spessore delle ibre c resistenza a compressione del calcestruzzo 1.2 b 0.8 N E exp t Conronto tra i vari tipi di prove c b E t c L b 50mm 100mm 150mm 200mm 250mm Beam test Trazione Pull-out a parità di lunghezza aderente il carico maggiore è dato dalla prova tipo beam test Per lunghezze di incollaggio molto elevate (250mm) si riduce l eetto delle imperezioni nelle prove di trazione che quindi orniscono anche esse valori alti

14 Conronto tra i vari tipi di prove 0.9 b N E exp t c Beam test Trazione Pull out L b [mm] A parità dei attori principali individuati, il valore maggiore della resistenza è ottenuto con il beam test, seguito poi dalle prove di trazione ed inine dallo schema di pull-out, che sembra più conservativo All aumentare della lunghezza di incollaggio i risultati delle prove di trazione e beam test mostrano la tendenza ad avere risultati analoghi

15 Conclusioni sulle prove di aderenza FRP-calcestruzzo I risultati ottenuti dai vari tipi di prova non sono sempre paragonabili perché lo stato tensionale del materiale di supporto inluenza il materiale coinvolto a rottura Le maggiori diicoltà operative si veriicano nel caso di prove di trazione con risultati maggiormente sensibili alle imperezioni soprattutto nei provini con applicazione simmetrica La geometria dei provini (dimensioni dei blocchi di materiale di supporto, larghezza e lunghezza della lamina) inluenza i risultati e la loro signiicatività I risultati delle prove di beam test appaiono i meno conservativi per lunghezze di incollaggio contenute, prossime cioè alla lunghezza eicace di traserimento. La conigurazione di pull-out sembrerebbe comunque in grado di garantire la maggiore semplicità di esecuzione, la minore dispersione dei risultati ed i valori più conservativi dei carichi di rottura. L analisi sarà estesa ad un database più ampio con risultati anche di altri autori

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