Materiali ed Approcci Innovativi per il rogetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture Università degli Studi di Salerno Consorzio ReLUIS, 1213 Febbraio 7 Low Strength Tcross section RC beams shearstrengthened by NSM technique S.J.E. Dias 1, V. Bianco 2, J.A.O. Barros 3, G. Monti 4 1 hd Student, Dept. of Civil Engrg. University of Minho, ortugal 2 hd Student, Dept. of Structural Engrg. and Geotechnics, Sapienza University of Rome 3 Associate rof., Dept. of Civil Engrg. University of Minho, ortugal 4 Full rof., Dept. of Structural Engrg. and Geotechnics, Sapienza University of Rome
rogramma Sperimentale in University of Minho su travi di c.a. rinforzate a taglio mediante NSM 1 a serie di travi in c.a. con sezione rettangolare (condotta nel 45 da Barros & Dias) 2 a serie di travi in c.a. con sezione a T in assenza di staffe di acciaio preesistenti (condotta nel 5 da Barros & Dias) 3 a serie di travi in c.a. con sezione a T con staffe di acciaio preesistenti e calcestruzzo con f cm 26. Ma (condotta nel 5 da Dias & Barros) 4 a serie di travi in c.a. con sezione a T e calcestruzzo con f cm di 15.9 Ma (condotta nel 6 da Dias, Bianco, Barros & Monti)
4 a Serie di travi: obiettivi Valutare l efficacia della tecnica NSM per il rinforzo a taglio delle travi in c.a. con sezione a T con calcestruzzi di bassa resistenza (f cm = 15.9 Ma) Influenza della percentuale e della inclinazione dei Laminati di CFR sull incremento della resistenza a taglio delle travi Interazione del sistema di rinforzo mediante NSM e le staffe di acciaio preesistenti Modi di rottura Adeguatezza di formule preesistenti per la previsione del contributo a taglio prodotto dal sistema NSM
test setup e caratteristiche meccaniche dei materiali impiegati 11 15 1 Travi in c.a. con sezione a T A I laminati sono stati distribuiti lungo la linea AB B 45 A A L l = 9 L r = 13 Cls Acciaio Laminati di CFR f sym a) f sum b) f cm = 15.9 Ma (a 28 giorni) Resistenza (Ma) (Ma) Resistenza a trazione (Ma) f fum c) = 2952 Ф 6 539 595 Resistenza a Compressione Ф 12 453 581 Modulo di Young (Ga) E fm c) = 166.6 f cm = 18.6 Ma (data di esecuzione dei test: 51 gg.) Ф 16 429 563 Deformazione ultima ε fum c) = 17.7 Ф 32 734 885 Spessore 1.4 x 1 mm 2 6 12 4 6/75 in 1 3 L r d = 36 2 32+1 16 18 total concrete cover 22 22 is 22 mm Section AA L r /d = 2.5 a) Valore medio della Resistenza a snervamento ; b) Valore medio della resistenza ultima; c) Valori caratteristici forniti dal roduttore.
prototipi delle travi di riferimento e rinforzo a taglio 6//65 (staffe orizzontali) iastra di acciaio CR 12// (staffe verticali) 2SR A Travi di riferimento 45 B L l = 9 L r = 13 12// (staffe verticali) 6//65 (staffe orizzontali) piastra d'acciaio Trave CR 2SR 4SR 2S7LV 2S4LI45 2S7LI45 Inclinazione e quantità di laminati per le travi testate Sistema di rinforzo a taglio nella campata più piccola (L I ) Materiale Staffe d acciaio Laminati di CFR Quantità 2φ6 a) 4φ6 a) 2x7 laminati b) 2x5 laminati b) 2x7 laminati b) asso (mm) 3 18 114 275 157 Angolo (º) 9 9 9 45 45 2S4LI6 2x4 laminati b) 243 6 2S6LI6 2x6 laminati b) 162 6 3x3 13 4SR 4S7LV 4S4LI45 Laminati di CFR 2x7 laminati b) 2x4 laminati b) 114 275 9 45 4S7LI45 2x7 laminati b) 157 45 4S4LI6 2x4 laminati b) 243 6 5x18 13 4S6LI6 2x6 laminati b) 162 6 a) Le staffe sono a due bracci; b) i laminati sono tutti di sezione 1.4 x 1. mm 2
prototipi delle travi rimo gruppo di travi con 2 staffe Ф6@3 mm (la cui etichetta inizia con 2S) 2S7LV 2S4LI45 2S7LI45 2S4LI6 58 6x114 158 18x75 5x18 13 2S6LI6 138 2x275 212 18x75 5x18 13 79 5x157 36 18x75 5x18 13 122 243 243 243 18x75 81 5x162 18x75 5x18 13 5x18 13 Secondo gruppo di travi con 4 staffe Ф6@18 mm (la cui etichetta inizia con 4S) 4S7LV 4S4LI45 4S7LI45 58 6x114 158 18x75 138 2x275 212 18x75 79 5x157 36 18x75 5x18 13 5x18 13 5x18 13 4S4LI6 4S6LI6 122 243 243 243 18x75 81 5x162 18x75 5x18 13 5x18 13
tecnologia di rinforzo Near Surface Mounted (NSM) Fasi esecutive del rinforzo Esecuzione intagli mediante sega metallica Finitura intagli mediante scalpello ulitura intagli mediante getto di aria compressa reparazione dei laminati ulitura dei laminati mediante acetone Riempimento intagli con adesivo epossidico Spalmatura dell adesivo sui laminati Inserzione dei laminati Rimozione adesivo in eccesso
risultati travi di riferimento 3 Diagramma Forzaspostamento F max = 33.81 kn Modo di Rottura A rottura era evidente un unica fessura a taglio 3 CR 2 F max = 226.47 kn Forza [kn] _ 1 1 F max = 146.99 kn 2SR 2SR A rottura era evidente un unica fessura a taglio CR 4SR A rottura era evidente un unica fessura a taglio 2 4 6 8 Spostamento [mm] 4SR
risultati travi rinforzate con due staffe (gruppo 2S) e minor percentuale di rinforzo con NSM Diagramma Modo di Rottura 3 3 2 Forzaspostamento F max = 281.61 kn F max = 283.4 kn 2S4LI45 Cedimento dei due laminati centrali per rottura del calcestruzzo Forza [kn] _ 1 1 fessura a taglio critica per uno spostamento di 1.29 mm F max = 226.47 kn 2SR 2S4LI45 2S4LI6 2 4 6 2S4LI6 Cedimento dei due laminati centrali per rottura del calcestruzzo Spostamento [mm]
risultati travi rinforzate con due staffe (gruppo 2S) e con maggiore percentuale di laminati Diagramma Modo di Rottura 3 3 Forzaspostamento F max = 297.73 kn F max = 36.46 kn F max = 273.74 kn 2S7LI45 In corrispondenza dei laminati che intersecano la fessura critica a taglio, si ha la separazione del copriferro dall anima 2 Forza [kn] _ 1 F max = 226.47 kn 2S6LI6 Evidente separazione del copriferro contenente i laminati che intersecano la fessura critica 1 2SR 2S7LV 2S7LI45 2S6LI6 2S7LV Separazione del copriferro contenente i laminati che intersecano la fessura critica 2 4 6 Spostamento [mm]
risultati travi rinforzate con quattro staffe (gruppo 4S) e con minor percentuale di laminati 4 3 3 Diagramma Forzaspostamento F max = 347.18 kn F max = 345.62 kn 4S4LI45 Modo di Rottura In corrispondenza dei laminati che intersecano la fessura critica a taglio, si ha la rottura del calcestruzzo Forza [kn] _ 2 1 1 fessura a taglio critica per uno spostamento di 1.26 mm F max = 33.81 kn 4SR 4S4LI45 4S4LI6 4S4LI6 Separazione del copriferro contenente i laminati che intersecano la fessura critica 2 4 6 8 1 Spostamento [mm]
risultati travi rinforzate con quattro staffe (gruppo 4S) e con maggior percentuale di laminati Forza [kn] _ 4 3 3 2 1 Diagramma Forzaspostamento F max = 356.4 kn F max = 362.31 kn F max = 315.23 kn F max = 33.81 kn Modo di Rottura 4S7LI45 4S6LI6 In corrispondenza dei laminati che intersecano la fessura critica a taglio, si ha la separazione del copriferro dall anima Separazione del copriferro contenente i laminati che intersecano la fessura critica 1 4SR 4S7LI45 4S6LI6 4S7LV 2 4 6 8 1 4S7LV Separazione del copriferro contenente i laminati che intersecano la fessura critica Spostamento [mm]
dettagli del modo di rottura osservato Trave 2S4LI45 In questo caso è chiaramente visibile la rottura a trazione del calcestruzzo occorsa lungo la lunghezza efficace del laminato Trave 2S7LI45 Trave 4S7LI45 La fessura a taglio critica non è visibile sulla faccia esterna dell anima poiché il copriferro contenente i laminati si separa dall anima Anche in questo caso, la separazione del copriferro è evidente
risultati principali 3 Significato simboli utilizzati Etichetta trave (ΔF/F ref ) max (%) u(δf/f ref ) max (mm) F max (kn) ΔF max /F ref max (% ) u(f max ) (mm ) 3 u(f max ) F max = 281.61 kn CR 2SR 146.99 226.47.39 5.28 Forza [kn] _ 2 1 1 u(δf/ F ref ) ΔF F ref F max = 226.47 kn (F ref ) max 28.85% 4SR 2S7LV 2S4LI45 2S7LI45 2S4LI6 2S6LI6 26.7 22.3 38.45 27.4 3.32 4.46 4.93 4. 4.45 4.6 33.81 273.74 283.4 36.46 281.61 297.73 2.87 24.98 35.32 24.35 31.46 7.21 4.54 5.8 4.8 5.54 5.84 27.4% 2SR 2S4LI6 2 4 6 Spostamento [mm] 18.6% 4S7LV 4S4LI45 4S7LI45 4S4LI6 4S6LI6 6.9 12.17 19.37 19.67 21.3 6.38 6.38 6.38 6.38 6.38 315.23 347.18 356.4 345.62 362.31 3.76 14.27 17.31 13.76 19.25 5.98 9.28 7.83 7.67 8.36 16.15% (ΔF/F ref ) max u(δf/f ref ) max ΔF max /F ref max F max u (F max ) Massimo valore del rapporto tra l incremento di forza e la forza della trave di riferimento Valore dello spostamento in corrispondenza del massimo del rapporto di cui sopra Rapporto tra la differenza di forza resistente e la forza resistente della trave di riferimento Forza resistente della trave rinforzata Spostamento corrispondente alla forza resistente della trave rinforzata I dati riguardanti la trave 4S7LV sono ritenuti affetti da qualche disturbo: la ispezione posttest, correntemente in fase di esecuzione, dovrebbe chiarirne la natura.
4 a Serie di Travi : contributo alla resistenza a taglio fornita dal sistema NSM Il contributo offerto alla resistenza a taglio dal sistema di laminati NSM è stato calcolato assumendo la diretta sommabilità dei vari contributi: Etichetta trave CR 2SR 4SR 2S7LV Rinforzo a taglio Due staffe d accaio Quattro staffe d acciaio 2 staffe + 7 laminati verticali V r (kn) 88.2 135.9 33.81 164.22 V c (kn) 88.2 88.2 88.2 88.2 V s (kn) 47.7 94.8 47.7 V f (kn) 28.32 V f /V r ref (%) 2.84 V r =.6 F max = V c + V s +V f 2S7LI45 2 staffe + 7 laminati a 45 183.9 88.2 47.7 48. 35.32 2S4LI45 2 staffe + 4 laminati a 45 169.8 88.2 47.7 33.9 24.94 2S4LI6 2 staffe + 4 laminati a 6º 168.96 88.2 47.7 33.6 24.33 2S6LI6 2 staffe + 6 laminati a 6º 178.62 88.2 47.7 42.72 31.43 4S7LV 4 staffe + 7 laminati verticali 189.18 88.2 94.8 6.9 3.79 4S4LI45 4 staffe + 4 laminati a 45º 28.32 88.2 94.8 26.4 14.29 4S7LI45 4 staffe + 7 laminati a 45º 213.84 88.2 94.8 31.56 17.31 4S4LI6 4 staffe + 4 laminati a 6º 27.36 88.2 94.8 25.8 13.76 4S6LI6 4 staffe + 6 laminati a 6º 217.38 88.2 94.8 35.1 19.26 I dati riguardanti la trave 4S7LV sono ritenuti affetti da qualche disturbo: la ispezione posttest, correntemente in fase di esecuzione, dovrebbe chiarirne la natura.
influenza inclinazione e percentuale di laminati NSM 6 4 a serie f cm = 15.9 Ma; 2 staffe Ф6/75 mm 6 3 a serie f cm = 26 Ma; 2 staffe Ф6/75 mm 4 4 V f [kn] _ 3 V f [kn] _ 3 2 2 1 laminati a 6 laminati a 45.5.1.15 ercentuale [%] 1 laminati a 6 laminati a 45 Laminati Verticali..5.1.15.2 ercentuale [%] E evidente che, per i casi esaminati, il contributo alla resistenza a taglio fornito dal sistema NSM aumenta all aumentare della percentuale, ma ci si aspetta che, oltre una certa percentuale, l addizione di ulteriori laminati non produca incremento ulteriore a causa dell effetto gruppo; Le sistemazioni dei laminati a 6 e 45 risultano essere le più efficaci in termini di incremento di resistenza a taglio. La 3 a serie di travi è caratterizzata da: L l /d=2.5; Stesso quantitativo di staffe sia in L l (Ф6/3mm) che in L r (Ф6/75mmФ); f cm = 26 Ma a 28 gg.
influenza delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo 6 β = 6 6 β = 45 4 4 V f [kn] _ 3 2 Cls fcm 26. Ma ΔF(fcm 26. Ma) ΔF(fcm 15.9 Ma) V f [kn] _ 3 2 Cls fcm 26. Ma 1 Cls fcm 15.9 Ma Formula di Nanni et al. (4)..5.1.15 ercentuale [%] Il passaggio della classe del calcestruzzo da fcm 26. Ma a 15.9 Ma, determina una riduzione del contributo alla resistenza a taglio fornita dal sistema NSM; Si ritiene di dover sottolineare che, una formula analitica che assuma come unico meccanismo di rottura il debonding, trascurando la rottura del calcestruzzo, possa portare ad una riduzione del margine di sicurezza al diminuire delle caratteristiche meccaniche del cls. 1 Cls fcm 15.9 Ma Formula di Nanni et al. (4)..5.1.15.2 ercentuale [%]
influenza della quantità di staffe preesistenti 6 f cm =15.9 Ma; β = 45 6 f cm =15.9 Ma; β = 6 4 4 V f [kn] _ 3 V f [kn] _ 3 2 2 1 Due staffe Quattro staffe 1 Due staffe Quattro staffe..75.1.125.1..75.1.125.1 ercentuale [%] ercentuale [%] E evidente che esista e sia tutt altro che trascurabile, il fenomeno dell interazione con le staffe. Infatti, raddoppiando li numero delle staffe, il contributo alla resistenza a taglio si riduce in media, di 4.68 kn, per il caso di laminati a 45 e di 7.8 kn per i laminati a 6.
Conclusioni Il meccanismo di collasso è costituito dalla rottura a trazione del calcestruzzo e, per alte percentuali di laminati, è costituito dalla separazione del copriferro dall anima della trave a causa dell interazione tra i laminati; Nonostante la bassa resistenza del calcestruzzo (f cm = 15.9 Ma), l incremento di resistenza medio è considerevole; L interazione con il quantitativo di staffe preesistenti è significativo, infatti raddoppiando il quantitativo di staffe, l incremento di resistenza percentuale si dimezza; Le soluzioni più efficaci, in termini di incremento di resistenza a taglio, risultano quelle con laminati disposti a 45 e 6 ; Al diminuire delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo, l incremento di resistenza, a parità di altri parametri, si riduce. In quest ottica, sembra palese che una formulazione analitica non possa prescindere dalle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo.
Ringraziamenti Casais; FCT, Research project OCTI/ECM/5933/4; S&; Degussa Chemicals ortugal; SECIL Companhia geral de cal e cimento; FiberSensing; Università Sapienza di Roma.
Sviluppi attesi roporre un nuovo modello predittivo ed una nuova formula per il progetto di un intervento di rinforzo a taglio mediante un sistema di laminati NSM; Chiarire e quantificare l interazione staffelaminati; Chiarire l influenza delle caratteristiche meccaniche dell adesivo epossidico (modulo elastico) utilizzato e/o esplorare la possibilità di utilizzare altre resine organiche a base di vinile o poliestere od inorganiche a base cementizia.