WORKSHOP. Pilastri in c.a. confinati con FRP: risultati sperimentali. Ciro FAELLA, ANNALISA NAPOLI, Roberto REALFONZO, Gianvittorio RIZZANO

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Gabriele Alfieri
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1 WORKSHOP Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture Salerno 1-13 Febbraio 007 Pilastri in c.a. confinati con FRP: risultati sperimentali Ciro FAELLA, ANNALISA NAPOLI, Roberto REALFONZO, Gianvittorio RIZZANO UNIVERSITÀ DI SALERNO Dipartimento di Ingegneria Civile

2 Obiettivi In questo lavoro si esamina il comportamento sotto azioni orizzontali, monotone e cicliche, di pilastri in c.a. rinforzati adoperando sia sistemi confinanti in FRP che angolari metallici pressopiegati. N F A tal fine, un ampia campagna di prove su pilastri in c.a. in scala reale è tuttora in corso presso il Laboratorio di Strutture dell Università di Salerno. Le prove sono state effettuate sia su colonne non rinforzate che su colonne rinforzate adoperando due diverse procedure: rinforzo mediante confinamento esterno con tessuti in fibre di vetro (GFRP) o di carbonio (CFRP) rinforzo mediante uso combinato di confinamento con FRP e dispositivi metallici.

3 Il Programma sperimentale Il programma sperimentale comprende n. 33 prove e risulta così articolato: n 4 prove su pilastri aventi sezione quadrata (300x300 mm) ed altezza.0 m; n 9 prove su pilastri aventi sezione rettangolare (300x700 mm) ed altezza.50 m. Le prove sono state eseguite in controllo di spostamento ed in condizioni di sforzo normale costante Le prove sono state interrotte al raggiungimento di un collasso convenzionale, ossia in corrispondenza di un degrado di resistenza pari al 10% (degrado valutato sul ramo softening dell inviluppo monotono).

4 Parametri esaminati geometria dell elemento sezione quadrata 30x30 cm sezione rettangolare 30x70 cm punto di applicazione della forza H = 1.70 m (30x30) 1.90 m (30x70) tipo di armature barre lisce barre ad aderenza migliorata Influenza sulla risposta dell elemento tipo di calcestruzzo (f cm 8 MPa)

5 Tipologia degli elementi testati Tipo di barre f y (MPa) ε y (%) f u (MPa) ε u (%) Lisce Aderenza migliorata

6 Tipologie di rinforzo Tutti i sistemi di rinforzo adottati sono stati messi in opera dalla ditta INTERBAU Srl di Milano.

7 I pilastri di prova Proprietà FRP Fiber t j [mm] E FRP [GPa] f u,frp [MPa] ε u,frp [%] CFRP* GFRP** *commercialized by SIKA; ** commercialized by MAPEI

8 TEST bxh Tipo di prova fibre N. strati ν M5-S monotona C1-S-G ciclica vetro C-S-A1 ciclica carbonio 0.14 C3-S ciclica C4-S-G ciclica vetro 0.14 C6-S-A ciclica carbonio 0.14 C10-S-C ciclica carbonio 0.14 C11-S-A1 ciclica carbonio 0.1 C1-S-A1 ciclica carbonio 0.14 C13-S-C ciclica carbonio 0.14 C17-S-C ciclica carbonio 0.60 C-S ciclica x30 C3-S-A1 ciclica carbonio 0.60 C9-S-C ciclica carbonio C30-S-A1 ciclica carbonio 0.60 C7-D-C ciclica carbonio 0.14 C8-D-C ciclica carbonio 0.14 C9-D ciclica C14-D-C ciclica carbonio 0.1 C15-D-C ciclica carbonio C16-D-C ciclica carbonio 0.60 C4-D ciclica C5-D-A1 ciclica carbonio 0.14 C31-D-A1 ciclica carbonio 0.60 C19-S-C ciclica carbonio C0-S-C ciclica carbonio 0.5 C6-S ciclica C7-S-A1 ciclica carbonio x70 C18-D-C ciclica carbonio C1-D-C ciclica carbonio 0.5 C3-D ciclica C8-D-A1 ciclica carbonio C33-D-C ciclica carbonio Dettagli dei pilastri e set-up di prova ( 0. ) A c f cm N = ν m Displacement [mm] Prove di laboratorio per la valutazione delle proprietà meccaniche Cycle number

Riparazione dei pilastri Alcuni pilastri sono stati sottoposti due volte ai tests di laboratorio.

gli angolari metallici che il sistema cerchiante in FRP.

9 Riparazione dei pilastri Alcuni pilastri sono stati sottoposti due volte ai tests di laboratorio. La prima prova è stata condotta sull elemento non rinforzato, fino all attingimento della soglia di collasso convenzionale. Il secondo test, invece, è stato eseguito dopo aver riparato l elemento danneggiato, adoperando sia gli angolari metallici che il sistema cerchiante in FRP. Tipo R La mensola di ancoraggio degli angolari è stata poggiata sul plinto di base; tale sistema è stato proposto come alternativa al tipo A1. Con questo sistema è infatti possibile ritardare la rottura delle fibre in carbonio.

10 Prove su pilastri non confinati nel caso di barre lisce 00 mm 600 mm quando le barre sono ad a.m.

11 nel caso di barre lisce Prove su pilastri confinati con FRP 600 mm 600 mm ccc quando le barre sono ad a. m...

12 Prove su pilastri rinforzati con FRP+angolari metallici Soluzione 1 Rottura mensola 1 Rottura fibre Rottura mensola 1 ba 1 Rottura fibre Soluzione Soluzione alternativa Rottura mensola cb

13 Prove su pilastri rinforzati con FRP+angolari metallici

14 Prove su pilastri rinforzati con FRP+angolari metallici PROVA C1-S/R

15 Risultati sperimentali Le prove sono state interrotte al raggiungimento di un collasso convenzionale, ossia in corrispondenza di un degrado di resistenza pari al 10% (degrado valutato sul ramo softening dell inviluppo monotono). TEST Tipo barre fibre N. strati ν f cm (MPa) N (KN) F+ max (kn) F - max (kn) δ max (%) M5-S C1-S-G vetro C-S-A1 carbonio C3-S C4-S-G lisce vetro C6-S-A carbonio C10-S-C carbonio C11-S-A1 carbonio C13-S-C carbonio C7-D-C carbonio C8-D-C C9-D aderenza migliorata carbonio C14-D-C carbonio

16 Cicli isteretici forza-spostamento Pilastri rinforzati con barre lisce C3-S C13-S-C C6-S-A C11-S-A C3-S 0 pinching C9-D Lateral Force [kn] Displacement [mm] ciclo 51 ciclo 59.5 mm Displacement [mm]

17 Cicli isteretici forza-spostamento Pilastri rinforzati con barre ad aderenza migliorata C9-D C7-D-C Lateral Force [N] Displacement [mm]

C9-D/R 10000 80000 40000 0-00 -160-10 -80-40 0

18 Cicli isteretici forza-spostmento Pilastri riparati Lateral Force [N] C1-S-G C1-S/R C9-D C9-D/R Displacement [mm]

19 Inviluppi forza-spostamento Pilastri riparati Lateral Force [N] spostamento al collasso convenzionale Displacement [mm] C9-D/R C9-D C3-S/R C3-S C1-S/R C1-S-G TEST Tipo barre Tipo fibre N strati f cm (MPa) N (kn) F + max (kn) F - max (kn) d max (mm) δ max (%) C3-S C3-S/R C1-S-G Lisce carbonio vetro C1-S/R carbonio C9-D C9-D/R Aderenza migliorata - carbonio * 365*

20 Conclusioni I risultati sperimentali hanno messo in luce l entità del miglioramento - in particolare in termini di duttilità - dei pilastri confinati con FRP ed evidenziato le differenze tra la risposta di colonne armate con barre lisce e quelle armate con barre ad aderenza migliorata. Significativi incrementi di resistenza sono stati ottenuti solo in quei casi che prevedono, oltre al confinamento con FRP, anche la disposizione di angolari metallici ancorati al plinto di base. In tal caso, l analisi complessiva dei dati sperimentali ovvero considerando sia il caso di pilastri rinforzati con angolari ancorati al plinto di base che i pilastri riparati - ha mostrato che il comportamento dei pilastri, in termini di resistenza e di duttilità, è fortemente condizionato dal dettaglio costruttivo del sistema di ancoraggio dell armatura integrativa. L esame dei risultati fin qui ottenuti ha fornito utili indicazioni per il miglioramento delle tecniche di rinforzo investigate che verranno adoperate per le future prove in programma.

21 Grazie per la cortese attenzione

22 Ringraziamenti Questo studio è stato in parte finanziato con fondi relativi al Progetto sviluppato in collaborazione tra il Dipartimento di Protezione Civile (DPC) ed la Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (Consorzio ReLUIS).

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