RINFORZO DI STRUTTURE IN C.A. CON CALCESTRUZZI FIBRORINFORZATI AD ELEVATE PRESTAZIONI

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Sabina Poletti
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1 RINFORZO DI STRUTTURE IN C.A. CON CALCESTRUZZI FIBRORINFORZATI AD ELEVATE PRESTAZIONI Zila Rinaldi Università di Roma Tor Vergata

2 Applicazioni di FRC Pavimentazioni Calcestruzzo proiettato Tunnel Prefabbricazione 2

3 Comportamento a trazione σ f Ftu f Ft hardening HPFRCC softening f Ftu ε Linee-Guida su FRC CNR-DT

4 Prime applicazioni SHAWNESSY LRT STATION CANADA RIABILITAZIONE DEL PONTE SUL FIUME LA MORGE SVIZZERA 4

5 Prime applicazioni Seonyu footbridge Corea Mirai Bridge Giappone 5

6 Possibili applicazioni Possibilità di utilizzo di calcestruzzi fibro-rinforzati ad alte prestazioni (HPFRC) per il rinforzo esterno di travi e pilastri in c.a. Prove sperimentali su travi in scala reale Valutazione dell efficacia della tecnica allo stato limite ultimo e di esercizio. Simulazioni teoriche Applicazioni normative 6

7 Tipologie di rinforzo Beton plaquè FRP R/C jacket External prestressing 7

8 HPFRCC per il rinforzo HPFRCC 8

9 Riferimenti Normativi DM 14 gennaio Materiali Gli interventi sulle strutture esistenti devono essere effettuati con i materiali previsti dalle presenti norme; possono altresì essere utilizzati materiali non tradizionali purché nel rispetto di normative e documenti di comprovata validità, ovvero quelli elencati al cap.12 CNR DT Istruzioni per la Progettazione, l Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato 9

10 Il materiale 10

11 Proprietà del materiale HPFRCC - Matrice: > leganti idraulici > max. dimensione aggregati: 2.7 mm -Fibre in acciaio: > 195 kg/m 3,V f =2.5% > rapporto d aspetto= 84 (l f =15 mm; d f =0.18 mm) - Reologia: > auto-livellante - Resistenza a compressione f c, CUBE = 177MPa 11

12 Caratterizzazione del materiale Prove di trazione (CNR-DT ) 15 Stress [MPa] 12 L tot = 330 mm Strain [ ]

13 Caratterizzazione del materiale Prove di flessione su provini non intagliati 100x100x400 mm P P

14 Prove di adesione Travette 150x150x600 mm Sabbiatura della superficie Applicazione 40 mm di rinforzo Prove a flessione su 4 punti Perfetta aderenza tra i materiali 14

15 Applicazione del rinforzo Sabbiatura per ottenere rugosità di 1-2mm 15

16 Applicazione del rinforzo Miscelazione del materiale fibrorinforzato con mescolatori asse verticale Getto del materiale fresco sulle travi ACR e BCR disposte in cassaforma Maturazione del rinforzo per 28 gg in ambiente naturale 16

17 Rinforzo di travi 17

18 Tipologia di rinforzo con HPFRCC Calcestruzzo classe C20/ σ [MPa] HPFRCC ε

19 Programma sperimentale SONO STATE REALIZZATE TRE TRAVI: ASR, BCR, ACR (300x500x4550 mm) ASR: trave in c.a. con armatura tesa pari a 2Φ16 (ρ = 0.3%) BCR: trave in calcestruzzo senza barre di armatura + strato di rinforzo in HPFRCC ACR: trave in calcestruzzo armata con 2Φ16 (ρ = 0.3%) + strato di rinforzo 19

20 Set-up di prova P P/2 P/2 Prove a flessione su 4 punti mm Luce = 4.35 m Sistema di trasmissione del carico 20

21 Discussione dei risultati: SLU 500 Load [kn] Displacement [mm] 21

22 Discussione dei risultati: SLE 300 Load [kn] SLS Displacement [mm] 22

23 Risultati Applicazione di uno strato di rinforzo di 40 mm di HPFRCC Incremento carico massimo (100%) Incremento rigidezza Semplice sabbiatura garantisce perfetta aderenza tra i materiali Superficie esterna liscia (no fibre in superficie) Aumento della durabilità 23

24 Calcolo secondo CNR-DT

25 Calcolo secondo CNR-DT 204/2006 σ Fftu F ftu = F fts w w u i2 ( f f ) eq1 eq2 F fts = f eq1 εu, wu ε, w 15 Stress [MPa] f eq1 f eq2 = 11 MPa 3 F ftu = 11 MPa 0 Strain [ ]

26 Calcolo secondo CNR-DT204 cls compressione HPFRCC compressione HPFRCC trazione acciaio Valore caratteristico f ck =20 MPa f cfk = 70 MPa F ftu = 11 MPa f yk = 450 MPa Valore di progetto f cd =0.85f ck /1.5 f cd =11.3 MPa f cfd = 0.85f cfk /1.5 f cfd = 39.7 MPa F ftud = F ftuk /1.5 F ftud = 7.33 MPa f yd = f yk /1.15 f yd = 391 MPa 26

27 Calcolo secondo CNR-DT 204/2006 b = 300mm 2 φ 10 p = 20mm εc εsc calcestruzzo fy f c 0.8x HFRCC f cf h = 500mm 2 φ 16 εst fy b = 300mm Fu in assenza di coefficienti di sicurezza = 426 kn si = 40mm sl = 40mm εfrc x = 80 mm Mu = 185 knm Fu = 339 kn Fftu Fu sper = 410 kn Fu in assenza di rinforzo = 130 kn 27

28 Calcolo secondo CNR204 x = 80 mm Mu = 185 knm Fu = 339 kn [kn] Carico-Freccia 50 0 [mm]

29 Riparazione 29

30 Riparazione 30

31 Risultati 31

32 Rinforzo di pilastri 32

33 Tecniche di ripristino Incamiciatura con nuove armature Rinforzo con profilati d acciaio FRP Camicia in HPFRC 33

34 Rinforzo di pilastri 3φ mm st. φ8/30'' HPFRCC 180MPa 300 mm f c =15MPa 3φ16 34

35 Indagine su edifici in Toscana >15MPa <15MPa Ferrini et al

36 Rinforzo di pilastri 500 M [knm] HPFRC un-reinf N[kN]

37 Rinforzo con camicia tradizionale 3φ16 3φ16 60 mm 300 mm 300 mm 3φ M [knm] 250 R/C C30/ un-reinf N[kN]

38 Rinforzo con FRP 150 M [knm] FRP_LT un-reinf 25 0 N[kN] FRP_L 38

39 Confronti M [knm] R/C HPFRCC 180MPa HPFRC un-reinf N[kN] FRP_LT 39

40 Confronti con limiti di normativa 300 M [knm] HPFRCC 70MPa HPFRC R/C un-reinf N[kN]

41 Reale applicazione 41

42 Scuola elementare a Zagarolo (RM) 42

43 Rinforzo dei pilastri 40 mm HPFRCC 130MPa 43

44 Prova su pilastro 44

45 Risultati Load [kn] δ [mm] Drift [%] Horizontal Load [kn] Displacement [mm] 45

46 46

47 47

48 48

49 Applicazioni 49

50 Comportamento al fuoco 50

51 Riparazione dopo incendio HPFRCC 51

52 Resistenza al fuoco della trave riparata 52

53 Resistenza al fuoco della trave riparata 53

54 Pilastri M[kNm] reinf_after90' T_env 90' reinf-after90'-90' N[kN]

55 CONCLUSIONI 55

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