Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali

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1 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali Università di Brescia Shah s 5 days Concrete Technology Course L Aquila, Facoltà di Ingegneria - 16 Dicembre 2008 Calcestruzzo Fibrorinforzato (CNR DT 204) Il calcestruzzo fibrorinforzato è un materiale composito caratterizzato da una matrice cementizia e da fibre discrete (discontinue). La matrice è costituita da calcestruzzi o da malte, normali o ad alte prestazioni. Le fibre possono essere di acciaio, di materiale polimerico, di carbonio, di vetro o di materiale naturale. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 1

2 Main FRC uses Many structural and non structural elements are designed and reinforced with FRC, as PARTIAL or TOTAL substitution of conventional reinforcement: Factory pavements, highways, parking areas Heavy prefabrication structural elements Light prefabrication elements Tunnel linings Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Principali vantaggi del FRC CONSTRUCTIVES: AVOID CONVENTIONAL REINFORCEMENT (WELDED MESH) LABOR REDUCTION REDUCTION OF CHECKING TIME REINFORCEMENT CORRECTLY PLACED STRUCTURALS: SMALLER CRACK WIDTH OPENINGS LONGER DURABILITY BETTER IMPACT AND ABRASION STRENGTH BETTER FATIGUE STRENGTH Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 2

3 Fibers for concrete Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Fibre per il calcestruzzo Elemento di rinforzo caratterizzato geometricamente da una dimensione prevalente rispetto alle altre, avente superficie liscia o ruvida, di forma rettilinea o sagomata, in grado di essere disperso omogeneamente nell impasto. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 3

4 Effetti delle fibre nel calcestruzzo Fibers activate after cracking of the concrete matrix. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Rottura o sfilamento delle fibre Fibre sintetiche Fibre di acciaio Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 4

5 Effetti delle fibre nel calcestruzzo Fibre content V f 1% σ res (w) plain Fibre effects durability (cracking control) minimum reinforcements (N, M,V) anchorage lengths fatigue deformability (tension stiffening) shrinkage stress limits in P/C elements D regions (spalling, bursting, splitting) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Fibre per calcestruzzo Si differenziano in base al tipo di forma e di materiale di cui sono costituite Fibre di Acciaio Fibre di Alluminio Fibre di Vetro Fibre di Carbonio Fibre di Polipropilene Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 5

6 Caratteristiche di alcune tipologie di fibra Lunghezza [mm] medio [μm] f t [MPa] E [MPa] Acciaio Polipropilene x Carbonio > Vetro Polipropilene Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Tipi di fibre per il calcestruzzo Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 6

7 Fibre di acciaio Le fibre d acciaio costituiscono un elemento resistente AD ELEVATO MODULO ELASTICO, diffuso CAPILLARMENTE ed OMOGENEAMENTE nel calcestruzzo Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Alcuni tipi di fibre in acciaio Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo 5 Tipo 6 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 7

8 Tipi di fibre di acciaio Uncinate Ondulate Incollate Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Caratteristiche geometriche delle fibre di acciaio Lunghezza L: distanza tra le due estremità della fibra Diametro (o diametro equivalente) D e : diametro del filo, per fibre da filo, oppure il diametro del cerchio di area uguale a quella della sezione trasversale della fibra Rapporto d aspetto L/D e : rapporto tra la lunghezza L ed il diametro (o diametro equivalente) Resistenza a trazione: si può riferire al semilavorato di partenza (filo) o al prodotto finito (fibra) Forma: la fibra può essere sagomata, in senso trasversale o longitudinale, o rettilinea L L/d >> 1 d d L L/d = 1 UNI 11037: Fibre di acciaio da impiegare nel confezionamento di conglomerato cementizio rinforzato Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 8

9 Tipi di sagomatura alle estremità Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Produzione delle fibre di acciaio filo di acciaio trafilato a freddo ottenuto da vergella nastro laminato a freddo di acciaio non legato o legato Fibre fresate Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 9

10 Effetti della deformazione alle estremità La sagomatura delle fibre è fondamentale per la dissipazione di energia nella fase di sfilamento della fibra Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Fibre sintetiche Controllo della Fessurazione da Ritiro Micro-fibre Bassi dosaggi Miglioramento della resistenza al fuoco Micro-fibre Bassi dosaggi Impieghi strutturali Macro fibre Dosaggi maggiori Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 10

11 Fibre sintetiche per impieghi strutturali Lunghezza = mm Rapporto d Aspetto = Resistenza trazione 700 MPa Modulo Elastico 9.5 GPa Dosaggi consigliati: 0.32 % 0.85 % (3 kg/m 3 ) (8 kg/m 3 ) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Macro fibre in polipropilene Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 11

12 Macro fibre in polipropilene monofilamento Lunghezza mm Rapporto d Aspetto = Resistenza trazione = MPa Modulo Elastico 9.5 GPa Peso Specifico kg/dm 3 Dosaggi consigliati: 0.05 % 0.5 % (0.5 kg/m 3 ) (4.55 kg/m 3 ) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 SFRC Mix Design Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 12

13 Calcestruzzo a prestazioni (EN 206) Il calcestruzzo strutturale deve essere richiesto con riferimento a parametri prestazionali che possono essere facilmente misurati Quali sono le prestazioni richieste al calcestruzzo? resistenza; lavorabilità pompabilità tenacità resistenza alla fessurazione da ritiro resistenza alle brevi stagionature resistenza agli urti resistenza alla fatica Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Scelta della tipologia di fibra Polipropilene (modesta aderenza e modulo elastico) PVA (buona aderenza e buon modulo elastico) Acciaio (rettilinee) (modesta aderenza ee elevato modulo elastico) Acciaio (sagomate) (buona aderenza e elevato modulo elastico) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 13

14 Considerazioni generali Le regole generali che guidano il mix design del calcestruzzo non cambiano Possono in alcuni casi essere necessari alcuni accorgimenti volti a: garantire il requisito di omogeneità della dispersione delle fibre; compensare l evenetuale riduzione di lavorabilità collegata all aggiunta di fibre Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Mix design Il problema si pone per calcestruzzi a prestazione garantita che deve essere specficato secondo la UNI: classe di resistenza a compressione così come indicato nella UNI EN 206; classe di consistenza così come indicato nella UNI EN 206; classe di esposizione così come indicato nella UNI EN 206 prospetto III; dimensione massima nominale dell aggregato; classe di resistenza di prima fessurazione; classe di duttilità. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 14

15 Mix design In sintesi i requisiti prestazionali possono essere specificati come segue: consistenza (S3 / S4 / S5 SCC) Allo stato fresco resistenza alla fessurazione da ritiro in fase plastica resistenza a compressione Allo stato indurito resistenza di prima fessurazione tenacità Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Consistenza del SFRC Per ogni tipologia di fibra esiste una soglia critica di dosaggio oltre la quale la consistenza dell impasto è ridotta anche sensibilmente. Per le fibre polimeriche normalmente sono accettati dosaggi fino a kg/m³; Per le fibre metalliche, anche al dosaggio minimo di norma di 25 kg/m³ generalmente si assiste ad una riduzione di almeno una classe di consistenza. S4 S3 S2 Calcestruzzo di base 0 Dosaggio fibre[kg/m³] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 15

16 Esempio di Mix Design S4 Calcestruzzo di base Rck = 35 MPa CEM = 330 kg/m³ a/c 0.55 Additivo = 0 % S3 Calcestruzzo fibrorinf. Rck = 35 MPa CEM = 330 kg/m³ a/c 0.55 Additivo = 0 % S Dosaggio [kg/m³] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Come migliorare la lavorabilità Favorsice la dispersione delle fibre Di più agevole impiego e talvolta più efficace Coadiuvante S4 Incremento della pasta Aumento dosaggio CEM a/c costante Additivo = 0% Impiego additivo Aumento dosaggio add. Scelta classe superiore add. Aggregato Modificare la natura degli aggregati, il loro fuso granulometrico e il Ømax S3 Calcestruzzo fibrorinf. Rck = 35 MPa CEM = 330 kg/m³ a/c 0.55 Additivo = 0 % S2 Dosaggio [kg/m³] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 16

17 Tecnologia di produzione Per ottenere una dispersione uniforme delle fibre è opportuno ricordare che Le fibre tendono a formare grovigli prima e durante la miscelazione. La tendenza alla formazione di grovigli aumenta con il rapporto d aspetto. Le fibre vanno generalmente aggiunte nel mixer (max 45 Kg/min) dopo che gli altri costituenti sono già stati miscelati; durante l aggiunta il mixer deve ruotare alla massima velocità possibile, terminata l aggiunta l impasto deve essere ancora miscelato per almeno 50 giri del mixer. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Vincoli geometrici Dimensione max degli aggregati Φ max 0,5 L Fibra Spessore minimo elemento strutturale S min 1,5 L Fibra Dimensione max degli aggregati Φ max 1/3 S min Dosaggio minimo consigliato d min 25 Kg/m 3 L impiego del conglomerato cementizio rinforzato con fibre metalliche Raccomandazioni Tecniche AICAP Strutture prefabbricate in calcestruzzo CNR 10025/98 Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali in cls rinforzato con fibre di acciaio Progetto di norma UNI U Calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio UNI Parte I: Definizioni, classificazione e designazione Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 17

18 FRC properties Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Caratteristiche meccaniche del FRC Resistenza a compressione Resistenza a trazione Modulo elastico Tenacità Resistenza a fatica Resistenza all usura Problemi di impatto Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 18

19 Fiber effects in concrete Compr. Stress [MPa] Strain [x10-3 ] High Fiber Content Low Fiber Content Plain Concrete Fibres: activate after concrete cracking by linking the crack face provide an increased residual tensile strength better control of cracking process Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 A cosa serve il fibrorinforzo? AD AUMENTARE LA TENACITA (impatto e fatica) AD AUMENTARE LA RESISTENZA AL FUOCO A LIMITARE LE FESSURAZIONI DA RITIRO Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 19

20 Altre proprietà fisiche e meccaniche L aggiunta di fibre metalliche generalmente migliora anche: la resistenza all usura (pavimentazioni in calcestruzzo); la resistenza all urto la resistenza alla cavitazione (opere idrauliche). Il comportamento ai cicli di gelo/disgelo non è significativamente influenzato dall aggiunta di fibre La conduttività termica può aumentare Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Tenacità È la resistenza opposta dal materiale all avanzamento del processo di frattura (statico, dinamico o per urto) per effetto della sua capacità di dissipare energia di deformazione. E una proprietà intrinseca del materiale A livello strutturale si manifesta con una risposta più o meno duttile della struttura dopo la fessurazione della matrice. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 20

21 Fattori che controllano la tenacità Caratteristiche meccaniche della fibra Dosaggio di fibre Lunghezza delle fibre (rapporto di aspetto) Geometria delle fibre Composizione della matrice Aderenza matrice-fibra Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Influenza della matrice di calcestruzzo NSC HSC 5 NORMAL STRENGTH CONCRETE COMPARISON 6 HIGH STRENGTH CONCRETE COMPARISON 4 5 Stress σw [MPa] NSC NSC-SFR Stress σw [MPa] HSC HSC-CFR HSC-SFR Crack Opening Displacement [μm] Crack Opening Displacement [μm] w 40 μm w 10 μm Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 21

22 Risposta del materiale e della struttura average tension σ t (MPa) zoom w = 0.20 mm TRA0 med TRA4 med TRA8 med displacement w (mm) statically determined S.L.S. performance increase 0.8% 0.4% plain load P (KN) % 0.4% plain zoom w = 5.00 mm FLE0 med FLE4 med FLE8 med deflection f (mm) statically undetermined stress redistribution { S.L.S. performance increase + S.L.U. mechanical contribution?σ exp (w) σ d (w or ε) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Prove di estrazione su una singola fibra La sagomatura delle fibre è fondamentale per la dissipazione di energia nella fase di sfilamento della fibra Fibra diritta Fibra sagomata Carichi (kn) Carichi (kn) Spostamenti (mm) Spostamenti (mm) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 22

23 Rottura o sfilamento della fibra E importante affinché vi sia sfilamento e non rottura. Essa è tanto più importante quanto maggiore è l Aderenza tra acciaio e cls, cioè quanto più alta è la classe di resistenza del cls (f ck,cyl / f ck,cube ) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 UNI Standard for SFRC Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 23

24 UNI Parte I: Designazione di un SFRC La designazione di un SFRC avviene secondo i seguenti parametri: Classe di resistenza meccanica a compressione C cyl/cube (UNI EN 206-1) Classe di consistenza S i (UNI EN 206-1) Diametro massimo dell aggregato (UNI EN 12620) Classe di esposizione (UNI EN 206-1) Classe di resistenza di prima fessurazione f If Indice di duttilità D 0 Indice di duttilità D 1 Esempio di designazione: SFRC UNI C 30/37 S 4 20 XC2 F 3.0 D P D S2 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 UNI Parte I: Classificazione di un SFRC Resistenze di prima fessurazione f If (Mpa) Indici di duttilità D 0 e D 1 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 24

25 Italian Standard (UNI 11039, 2003) 150 mm A A 450 mm 600 mm 150 mm 150 mm Sect. A-A CTOD GAUGE CMOD GAUGE (Feed-Back Quantity) CTOD Gauge notch depth a 0 = 45 mm CTOD or CMOD) Gauge CMOD Gauge Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Specimen geometry SHAPE AND DIMENSIONS OF SPECIMENS ACCORDING TO pren h a 0 h h h l=3h L 3,5h b=h CTOD a 0 =0,3h CMOD Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 25

26 Test Setup Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 First Cracking Stress- Direct Method TEST ON REFERENCE CONCRETE (ALMOST THREE SPECIMENS ARE SUGGESTED) TEST ON FIBRE REINFORCED CONCRETE P max First Crack Load P If LOAD LOAD CTOD CTOD 0 CTOD CTOD 0 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 26

27 First Cracking Stress -Direct Method ONLY FIBER REINFORCED CONCRETE IS TESTES First Crack Load P I f LOAD CTOD 0 = 25 μm CTOD Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Experimental support for CTOD0 evaluation CTOD 0 [μm] (Xm+1.56σ) Xm + σ Xm Xm - σ (Xm-1.56σ) 12 Confid. Limit: 95% Flexural Strength [MPa] IN ABSENCE OF THE REFERENCE CONCRETE THE CTOD 0 VALUE IS CONVENTIONALLY ASSUMED EQUAL TO 25 μm. THIS VALUE ARISE FROM A STATISTICAL ANALYSIS CARRIED OUT ON SEVERAL SPECIMENS OF REFERENCE CONCRETE HAVING DIFFERENT MECHANICAL PROPERTIES (Compressive Strength from 20 MPa to 90 MPa) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 27

28 Ductility index Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Equivalent post-cracking strength (UNI 11039) LOAD P If EQUIVALENT STRENGTHS ARE CALCULATED IN CTOD INTERVALS WHICH TAKE INTO ACCOUNT THE CEB MODEL CODE LIMITS FOR CRACK WIDTH U 1 U 2 CTOD 0 CTOD 0 +0,6mm CTOD 0 +3 mm f L 1 = eq,(0 0,6) b = eq,(0,6 3) b U 2 ( h a ) 0,6 L 0 U 2 f 2 ( h a ) 2,4 0 ( ) ( ) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 U1 P CTODd CTOD = 0,6 0 = 3 CTOD 0,6 ( ) ( ) U1 P CTODd CTOD 28

29 Ductility Indexex (UNI 11039) f If STRESS U 1 U 2 D D 0 1 = = f eq, ( 0 0,6 ) f f f I eq eq f, ( 0, 6, ( 0 3 ) 0, 6 ) CTOD 0 0,3 0,6 1,8 3 CTOD [mm] >1 HARDENING D 0, D 1 =1 PLASTIC <1 SOFTENING Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Effetti delle fibre in una prova UNI ,0 6,0 Hooked steel fibers-c30/37 plain concrete 30 kg/m3 50 Kg/m3 Nominal Stress N [MPa] 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 CTOD m [mm] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 29

30 I parametri vanno determinati sul composito 9,0 50 Kg/m 3 8,0 7,0 C30/37 C40/50 Nominal Stress N [MPa] 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 CTOD m [mm] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Typical values of f If, D 0, D Kg/m 3 60 Kg/m 3 Plain Concrete Kg/m 3 60 Kg/m 3 f If [MPa] 6 5 f If [MPa] ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 D ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 D1 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 30

31 EN Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Hybrid Systems of Fibres (HyFRC) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 31

32 Hybrid Fiber Reinforced Concrete COMBINATIONS OF DIFFERENT FIBERS IN A CONCRETE TO OPTIMIZE PHYSIC AND MECHANICAL PROPERTIES FOR SPECIFIC APPLICATION (HPFRC): Different Geometry Improved processing (HyFR-SCC) Improved mechanical performance (ductility/toughness) Improved durability (permeability) Reduced cost L L/d >> 1 d d L L/d = 1 Different material Steel - Plastic - Carbon - Glass Fibers Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Why Hybrid? Steel Polymeric + + Carbon Hybrid FRC Synergistic Performances: TOUGHNESS FATIGUE RESISTANCE IMPACT RESISTANCE PERMEABILITY& DURABILITY JOINT INTEGRITY PLASTIC SHRINKAGE CRACK CONTROL GREATER ABRASION RESISTANCE THERMAL EXPANSION & ELECTRICAL CONDUCTIVITY Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 32

33 Normativa di riferimento Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Normativa di riferimento UNI UNI Fibre di acciaio da impiegare nel confezionamento di conglomerato cementizio rinforzato Calcestruzzo rinforzato con fibre d acciaio UNI UNI Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali in calcestruzzo rinforzato con fibre d acciaio UNI UNI UNI EN 1916 UNI EN 1917 Calcestruzzo proiettato Pavimenti di calcestruzzo ad uso industriale Tubi e raccordi di calcestruzzo non armato, rinforzato con fibre di acciaio e con armature tradizionali Pozzetti e camere di ispezione di calcestruzzo non armato, rinforzato con fibre di acciaio e con armature tradizionali CNR DT 204 Istruzioni per la Progettazione, l Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato fib MC 2008 Will include a Chapter on FRC (work is in progress) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 33

34 Contesto Europeo EN Fibres for concrete Part.1 Steel fibres EN Test methods for fibres in concrete Part.1 Reference concretes; Part. 2 Effect on strength EN Precast concrete products - Test method for metallic fibre concrete - Measuring the flexural tensile strength EN Sprayed concrete - Part.1 Definitions, specifications and conformity EN Testing sprayed concrete Part.1 Sampling fresh and hardened concrete; Part. 2 Compressive strength of young sprayed concrete; Part. 3 Flexural strengths (first peak, ultimate and residual) of fibre reinforced beam specimens; Part. 4 Bond strength of cores by direct tension; Part. 5 Determination of energy absorption capacity of fibre reinforced slab specimens; Part. 6 Thickness of concrete on a Substrate; Part. 7 Fibre content of fibre reinforced concrete Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Quando una fibra può definirsi Strutturale? Perchè abbia un senso pratico, la domanda andrebbe così formulata: Quali sono i requisiti meccanici minimi di un calcestruzzo rinforzato con una certa percentuale in volume di un determinato tipo di fibra, affinché tale materiale possa avere un qualche impiego strutturale? Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 34

35 Fibre come rinforzo strutturale Il requisito meccanico minimo dipende dalla situazione statica. In ogni caso, anche in presenza di una situazione strutturale iperstatica che fornisca un controllo alle deformazioni delle sezioni critiche nell ipotesi di una loro fessurazione precoce, con possibilità di ridistribuzione degli sforzi, il REQUISITO MINIMO INDEROGABILE per tener conto della resistenza a trazione del calcestruzzo fibrorinforzato vale (New fib Model Code): f R1k 0,4 f Lk Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 CNR DT 204 Requisiti prestazionali minimi L utilizzo per scopi strutturali del FRC con σ comportamento degradante è consentito se: f Ftsk /f ctk >0.2. In tutte le strutture di FRC occorre garantire che sia soddisfatta la seguente relazione: α u 1.2 α 1, α u P massimo - α 1 P di prima fessurazione In alternativa, è consentito di rispettare la limitazione (meno restrittiva): α u > α 1, se il rapporto tra lo spostamento massimo e quello di prima fessurazione sia almeno pari a 5. f Ft =f ct f Fts f Ftu ε Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 35

36 Fracture Mechanics of Concrete Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Structural analysis: RC vs. FRC RC FRC In RC structures the response can be accepted as linear up to yielding of the reinforcement In FRC structures the response is markedly non linear Performing analyses based on Non Linear Fracture Mechanics Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 36

37 Conventional design methods Based on Elastic analysis: Westergaard (1926) FE method Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Non Linear Fracture Mechanics σ-w law: Linear, Bilinear, Exponential A good approximation is provided by the bilinear law Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 37

38 Crack development in a SFRC slab on grade Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Tests on Full-Scale Slabs (Falkner et al.; 1995) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 38

39 From material to structure Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Fibers Steel Fibers Polypropylene Fibers Volume Fraction Material FF1 [%] vol. MC1 [%] vol. F12 [%] vol. V f,tot [%] vol. - - F FF1-MC FF1-F FF MC FF1-MC1-F Same fiber content: 0,38% by volume Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 39

40 Results from fracture tests Nominal Stress sn [MPa] C40/50 - Comparison NSCs CTOD m [mm] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Material Parameter Identification Nomial Stress [MPa] Poly-linear laws MC1 FF1 FF1-MC1-F F12 FF1-MC1 fct σ1 w1 σ2 w2 wcr [MPa] [MPa] [mm] [MPa] [mm] [mm] Plain F FF1-MC1 (*) FF1-F12 (*) FF MC FF1-MC1-F12 (*) FF1-F12 + Plain Crack opening [mm] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 40

41 Structural behavior: Slab Geometry L s a k [mm] [mm] [mm] [N/mm 3 ] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 NLFM: Discrete Crack Approach Mesh Crack surfaces (discrete crack) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 41

42 Numerical Analyses: slab collapse B A Load crack opening curve in A Crack reaches point B Max crack opening Conv. Slab collapse Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Structural behavior: Numerical results Comparison Slabs on Grade MC1 FF1-MC1 + Load [kn] Crack Onset F12 Plain FF Displacement [mm] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 42

43 Normativa di riferimento Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Normativa per la progettazione UNI 11146, progettazione, l'esecuzione ed il collaudo dei pavimenti di calcestruzzo ad uso industriale UNI 11188, 2006: Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali in calcestruzzo rinforzato con fibre d acciaio. CNR DT 204, Istruzioni per la Progettazione, l Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato M LL. PP. Normativa tecnica per le costruzioni Fib New Model Code (in preparazione) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 43

44 Normativa di riferimento EN , Fibres for concrete Part 1: Steel fibres Definition, specifications and conformity EN , Fibres for concrete Part 2: Polymer fibres Definition, specifications and conformity UNI 11039: Calcestruzzo rinforzato con fibre d acciaio; (1a) Parte I: Definizioni, classificazione e designazione; (1b) Parte II: Metodi di prova. CEN EN Test method for metallic fibre concrete Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual). EN 14721, Precast concrete products - Test method for metallic fibre concrete - Measuring the fibre content in fresh and hardened concrete. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Verifica della distribuzione delle fibre Le fibre devono presentare una distribuzione omogenea all interno dell impasto. Il raggiungimento di tale condizione può essere ostacolato dalla formazione di accumuli di fibre, comunemente indicati con i termini di grumi, ciuffi o grovigli. In particolare, la loro presenza, seppur limitata, può provocare occlusioni tali da rendere difficoltose le operazioni di pompaggio. La distribuzione uniforme delle fibre nell impasto può essere verificata con la EN Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 44

45 Normativa di riferimento EN , Test methods for fibres in concrete - Part 1: Reference concretes EN , Test methods for fibres for concrete Part 2 Effect on concrete. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 CNR DT 204 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 45

46 CNR DT 204 CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE COMMISSIONE INCARICATA DI FORMULARE PARERI IN MATERIA DI NORMATIVA TECNICA RELATIVA ALLE COSTRUZIONI Istruzioni per la Progettazione, l Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 CNR-DT Indice 1. Premessa 2. Materiali 3. Concetti basilari del progetto e problemi speciali 4. Verifica di resistenza allo Stato Limite Ultimo 5. Stato Limite di Esercizio 6. Esecuzione 7. Resistenza al fuoco 8. Collaudo e controlli di produzione Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 46

47 CNR-DT Appendici 1. Sulla resistenza a trazione: identificazione dei parametri costitutivi 2. Sul controllo e sui criteri di conformità 3. Sulle prove di caratterizzazione meccanica per materiali incrudenti 4. Sulla resistenza dei materiali: calcolo dei valori caratteristici per la progettazione delle strutture 5. Sulla determinazione sperimentale dei coefficienti di degrado Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Materiali Fibre Calcestruzzo Fibrorinforzato Matrice FIBRE DI ACCIAIO FIBRE POLIMERICHE FIBRE DI MATERIALE INORGANICO (Carbonio, vetro) FIBRE DI MATERIALE NATURALE Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 47

48 Comportamento a compressione Le fibre generalmente riducono la fragilità della matrice La resistenza a compressione non è significativamente influenzata dalla presenza delle fibre e può essere, nella pratica, assunta coincidente con quella della matrice. A meno di opportune sperimentazioni, il legame costitutivo del calcestruzzo fibrorinforzato a compressione può essere assunto pari a quello indicato per la matrice dalle norme di riferimento. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Comportamento a trazione Comportamento degradante (bassa percentuale di fibre) Curva carico-spostamento Comportamento incrudente (alta percentuale di fibre) P P P P P P δ δ Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 48

49 Comportamento a trazione σ f Ftu f Ft incrudente V f 2% V f < 2% degradante f Ftu ε f FT resistenza a trazione uniassiale di prima fessurazione f FTu resistenza a trazione uniassiale residua ultima Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Determinazione sperim. del comportam. trazione Per la definizione del legame costitutivo si suggerisce un approccio di tipo prestazionale basato su opportune prove su campione Prova a flessione secondo UNI su provino intagliato P P h+a=l a h l l l L=3.5 l Risultato di tipo incrudente: ripetere la prova su provino non intagliato Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 49

50 Determinazione sperim. del comportam. trazione Risultato: Legame P-CTOD Legame σ N -CTOD σ N = tensione nominale = 6 P l/b h 2 CTOD = valore nominale di apertura di fessura: variazione di distanza di due punti a cavallo dell intaglio σ incrudente f Ftu σ f Ft =f ct f Fts f Fts degradante f Ftu f Ftu Legame semplificato σ -w σ f Ftu w u rigido-plastico w f Ftu ε w u Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 w Applicazione della procedura di identificazione dei parametri del legame costitutivo a trazione Definizione del legame costitutivo lineare post-fessurazione: condizioni di equilibrio della sezione centrale in presenza dei carichi che producono le tensioni nominali f eq1 ed f eq2 Distribuzioni di tensione: σ N f If f eq1 f eq2 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, 2008 CTOD w CTOD 100/144 i1 CTOD 1 w i2 CTOD

51 3. Concetti basilari del progetto e problemi speciali L utilizzo per scopi strutturali del FRC con σ comportamento degradante è consentito se: f Ftsk /f ctk >0.2. In tutte le strutture di FRC occorre garantire che sia soddisfatta la seguente relazione: α u 1.2 α 1, α u P massimo - α 1 P di prima fessurazione In alternativa, è consentito di rispettare la limitazione (meno restrittiva): α u > α 1, se il rapporto tra lo spostamento massimo e quello di prima fessurazione sia almeno pari a 5. f Ft =f ct f Fts f Ftu ε Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, / Coefficienti parziali dei materiali Materiale Applicazioni di tipo A (1) Applicazioni di tipo B (2) calcestruzzo fibrorinforzato in compressione calcestruzzo fibrorinforzato in trazione non fessurato calcestruzzo fibrorinforzato in trazione fessurato (resistenze residue) acciaio come prescritto dalla Normativa vigente (in assenza di fibre) come prescritto dalla Normativa vigente (in assenza di fibre) come prescritto dalla Normativa vigente (in assenza di fibre) come prescritto dalla Normativa vigente (in assenza di fibre) γ F = 1.5 γ F = 1.3 come prescritto dalla Normativa vigente come prescritto dalla Normativa vigente Applicazioni di Tipo A: Controllo di qualità ordinario sul materiale; resistenze ottenute con prove standard nominali. Applicazioni di Tipo B: Elevato controllo di qualità sul materiale e su elementi strutturali; resistenze ottenute con prove strutturali specifiche. I valori dei coefficienti parziali del calcestruzzo fibrorinforzato a trazione, γ F, risultano inferiori di quelli relativi al calcestruzzo in compressione, γ c, poiché non sono applicati al valore di picco, ma ad un valore di resistenza residuo. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 51

52 4 Verifica di resistenza allo stato limite ultimo M-N La rottura per flessione si manifesti quando si verifica una delle seguenti condizioni: v v v raggiungimento della massima deformazione di compressione, ε cu, nel FRC; raggiungimento della massima deformazione di trazione, ε su, nell acciaio d armatura; raggiungimento della massima deformazione di trazione, ε Fu, nel FRC. ε cu f cd η f cd x λ x A sl ε su y f Fts /γ F M N Sd Rd ε Fu incrudente degradante f Ftu /γ F Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, / Fibre come Armatura a taglio 400 Normal Strength Concrete, f' c = 24.8 MPa Load [kn] kg/m 3, 30/0.6 V δ 30 kg/m 3, 30/ kg/m 3, 12/0.18 V NSC1-PC NSC1-FRC1 NSC1-FRC Displacement [mm] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 52

53 4.1.3 Resistenza a taglio delle travi Travi senza armatura d anima Travi con armatura d anima A p VRd = VRd,s + VRd,F ( ) sw VRd,s = z fywd cot + cot sin ψ θ ψ Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, / Armatura minima a taglio E consentito di non prevedere la presenza di armature trasversali convenzionali (staffe) qualora sia rispettata la seguente limitazione: f Ftuk f 20 ck σ f Ft =f ct f Fts f Ftu ε Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 53

54 Taglio nelle travi: Esempio applicativo p = 35 kn/m 200 d 2Ø24 Bars 6 m 500 mm 500 2Ø24 Deformed Bars p = 35 kn / m( ULS) u h= 500 mm; d = 460 mm f = 30 MPa; f = 500 MPa ck yk γ = 1.5; γ = 1.15 c s fcd = = 20 MPa; f yk = = 435 MPa f = 2 MPa ( EC2) ctk M max = pl = = knm Vmax = p l = 35 6 = 105 kn As 904 mm ρl = = = 0.98% b d 200 mm 460 mm M u w = 161 kn m Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Taglio nelle travi: Esempio applicativo VRd, ct = k (100 ρ1 fck ) σcp b d = 49 kn W γ c Minimum Shear Reinforcement meters requiring design shear reinforcement; 2.8 meters requiring minimum shear reinforcement. Minimum Shear Reinforcement: Design Shear Reinforcement: s 0.75 d = 345 mm Asw VRds, = z fyd = VRd VRdct, = 56 kn f s ck ρw,min = 0.08 = f s 321 mm yk 2Φ6@300mm 2Φ8@300mm Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 54

55 Taglio nelle travi: Esempio applicativo Assume 30 kg/m 3 of steel fibers having l/φ =67 and fftk,u=0.90 MPa (tested at the University of Brescia) V V Rd, F Rd, F 0.18 f Ftk, u = k (100 ρ ( ) fck ) σ CP bw c f 1 γ ctk Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 d = + + = Minimum shear reinforcement f ck f Ftuk = = 027. MPa Design Shear Reinforcement 1 1 ( (1 7.5 ) 20) OK Asw VRds, = z fyd = VRd VRdct, = 24 kn s 2 Φ 6@300mm s 420 mm 0.7 kn Minimum Shear Reinforcement 2.3 Taglio nelle travi: Esempio applicativo 2Ø8@300mm 2Ø6@300mm Plain concrete 2Ø6@300mm FRC Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 55

56 Elementi con fibre e armatura convenzionale La verifica di elementi di calcestruzzo fibrorinforzato con armatura convenzionale può essere eseguita con i metodi tradizionalmente adottati per il calcestruzzo armato; il contributo delle fibre può essere considerato adottando metodi di analisi non lineare (analisi limite, analisi non lineare evolutiva). Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 5 Stati Limite di Esercizio 1. Verifica delle tensioni 2. Apertura delle fessure 3. Armatura minima per il controllo della fessurazione Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 56

57 Progettazione di pavimenti Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 I pavimenti sono strutture? I pavimenti sono piastre su un appoggio continuo che spesso viene modellato come suolo elastico alla Winkler I pavimenti sono governati più dagli Stati Limite di Esercizio (controllo della fessurazione e della fessurazione) che dagli Stati Limite Ultimi Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 57

58 Il pavimento è una struttura!! Il pavimento industriale, alla stregua di ogni altra struttura destinata a resistere a carichi statici e dinamici e all azione di degrado causata dall operatività e dall ambiente, richiede la definizione e l esecuzione di un progetto nel quale siano stati definiti i parametri relativi a tutti gli elementi, dal sottofondo allo strato di usura, comprese le prescrizioni per le materie prime e i prodotti, la messa in opera, la stagionatura e i tempi di messa in esercizio. Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Metodi di calcolo per i pavimenti NON Fessurati (Analisi elastica - Westergaard) Fessurati Pavimenti con armatura convenzionale (Analisi elastica o yield lines) Pavimenti in FRC con armatura convenzionale (Yield lines o NLFM) Pavimenti in FRC (Yield lines o NLFM) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 58

59 Sforzi nei pavimenti σ c < σ c.max σ ct < σ ct.max 1 1 x t m x m xy m yx m y y q x q y Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Experiments on full-scale slabs Kw=7.85 dan/cm 3 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 59

60 Experimental results F u =265.0 F u = F u =238.6 P2a Load [kn] F u =177 P1 P2b 100 P Top Central Deflection [mm] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Design Abaci Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 60

61 FRC precast panels Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Pannelli di tamponamento prefabbricati Elementi che trasferiscono alla struttura principale le sollecitazioni derivanti da: PESO PROPRIO SPINTA DEL VENTO Classificazione geometrica: Pannelli ad asse orizzontale Pannelli ad asse verticale Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 61

62 Ottimizzazione dei pannelli SOSTITUZIONE DELL ARMATURA TRADIZIONALE (rete elettrosaldata) CON FIBRE INDUSTRIALIZZAZIONE DEL PROCESSO PRODUTTIVO RIDUZIONE DEGLI SPESSORI STRUTTURALI ALLEGGERIMENTO MANUFATTI MINORI COSTI DI TRASPORTO MIGLIORAMENTO CARATTERISTICHE DI ISOLAMENTO TERMICO Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Programma sperimentale SOLUZIONE RC SFRC ( cm) Strato alleggerimento ( cm) Finitura + SFRC (5 cm) F5/20/25 F5/20/25 SOLUZIONE SFRC RC SFRC Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 62

63 Modalità di prova 1/2 q x = q vento Martinetto elettromeccanico + q y = q pp y y x x Applicazione del carico trasversale Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Modalità di prova 2/2 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 63

64 Strumentazione Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Risultati sperimentali 1/2 Moment [knm] PT1 PT PANNELLI M es TRADIZIONALI Displacement [mm] Mid-Span Section - SFRC Panels (V f =0.45%) PT1 PF PF2 60 PF M es 30 PF1 PF PANNELLI FIBRORINFORZATI (V f =0.45%) Ø5/20/25 Moment [knm] Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Ø5/20/25 Displacement [mm] 64

65 Risultati sperimentali 2/ Moment vs. Displacement Mid-Span Section - SFRC Panels (V f =0.38%) Riduzione Peso Proprio ~20% PT1 PF8 L/400 Moment [knm] M es PF6 PF Displacement [mm] LA SOLUZIONE CON GEOMETRIA OTTIMIZZATA HA MOSTRATO UNA CONVERGENZA DEI RISULTATI Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 FRC precast slabs Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 65

66 Specimen geometry cm The behavior of precast slabs simply supported on the four edges was experimentally studied on fullscale specimens Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 RC vs. SFRC 135 kg of rebars 26 kg of fibers + 88 kg of rebars Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 66

67 FRC tunnel linings Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Vantaggi con i SFRC nei rivestimenti di tunnels L SFRC è un materiale tenace, aspetto di notevole importanza in relazione all effettiva efficacia di alcune scelte progettuali Permette di limitare l ampiezza delle fessure L SFRC ha un elevata resistenza agli urti, che si possono verificare durante i processi di trasporto e assemblaggio dei conci Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 67

68 Vantaggi con i SFRC nei rivestimenti di tunnels Consente un miglior controllo dei distacchi in galleria di porzioni di rivestimento Consente un miglior controllo e meccanizzazione del processo produttivo dei conci Eliminazione spazi di stoccaggio delle gabbie di armatura tradizionale posate nei conci Garantisce un contributo resistente anche in zone degli elementi strutturali in cui l armatura tradizionale risulta di difficile posa Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Tipologie di rivestimenti di tunnels Rivestimenti tradizionali gettati in situ: Rivestimento di prima fase Rivestimenti in conci prefabbricati: Rivestimento finale Scudo Anelli di conci prefabbricati Martinetti di spinta Testa fresante Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 68

69 Research in progress in Precast tunnel segments Precast tunnel segments: Line 9 Metro of Barcelona Metro of Valencia (Venezuela) Railway Line Malpensa-Saronno Thrust jack phase Thrust jack phase Service Condition (finale state, ground pressure) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Armatura ottimizzata La soluzione proposta risulta dato dalla combinazione: - rinforzo fibroso - barre di armatura tradizionale concentrata in due cordoli Soluzione proposta Soluzione progettisti Cordoli con barre di armatura tradizionale 31 kg/m 3 Barre di armatura tradizionale e SFRC 30 kg/m 3, progetto adottato a Barcellona SFRC con dosaggio di 35 kg/m 3 Rinforzo totale: 66 kg/m 3 Rinforzo totale: 132 kg/m 3 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 69

70 Rivestimento tradizionale Galleria La Turina Rivestimenti finali tradizionali gettati in situ: Galleria La Turina Condizione di esercizio (stato finale, pressione del terreno) Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Galleria La Turina Principali caratteristiche Si è considerata la sezione di tipo 2 Copertura di tipo K2, poco profonda D < H < 2,5 B Gruppo Geo-meccanico G4 Amm. Roccioso alterato e mat. detritico Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 70

71 Galleria La Turina: Armatura ottimizzata Rinforzo combinato: armatura + fibre = RCO + F30 Fibre 30 kg/m 3 42 kg/m 3 - Combinazione 48 M,N kg/mfavorevoli; 3 - Efficaci in situaz. di sforzo diffusivo. RCO 12 kg/m 3 - Efficaci in situaz. di sfor. localizzati; - Posizionate nella zona discontinuità Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Normativa Tecnica per le Costruzioni Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 71

72 Riferimenti bibliografici Sugli FRC sono stati pubblicati numerosi articoli sulle principali riveste del settore da più di 30 anni. Ottimi punti di partenza sono i proceedings della conferenza Framcos 6 (Catania, Giugno 2007) e della conferenza BEFIB 2004 (Varenna (LC), Settembre 2004 Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 Grazie per la vostra attenzione!! Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali L Aquila, 16 Dicembre, /144 72