RINFORZO DI STRUTTURE IN C.A. CON CALCESTRUZZI FIBRORINFORZATI AD ELEVATE PRESTAZIONI Zila Rinaldi Università di Roma Tor Vergata
Applicazioni di FRC Pavimentazioni Calcestruzzo proiettato Tunnel Prefabbricazione 2
Comportamento a trazione σ f Ftu f Ft hardening HPFRCC softening f Ftu ε Linee-Guida su FRC CNR-DT 204-2006 3
Prime applicazioni SHAWNESSY LRT STATION CANADA RIABILITAZIONE DEL PONTE SUL FIUME LA MORGE SVIZZERA 4
Prime applicazioni Seonyu footbridge Corea Mirai Bridge Giappone 5
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
Tipologie di rinforzo Beton plaquè FRP R/C jacket External prestressing 7
HPFRCC per il rinforzo HPFRCC 8
Riferimenti Normativi DM 14 gennaio 2008 8.6 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 DT204 2006 Istruzioni per la Progettazione, l Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato 9
Il materiale 10
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
Caratterizzazione del materiale Prove di trazione (CNR-DT 204-2006) 15 Stress [MPa] 12 L tot = 330 mm 9 6 3 0 Strain [ ] 0 1 2 3 4 5 12
Caratterizzazione del materiale Prove di flessione su provini non intagliati 100x100x400 mm P P 100 300 13
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
Applicazione del rinforzo Sabbiatura per ottenere rugosità di 1-2mm 15
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
Rinforzo di travi 17
Tipologia di rinforzo con HPFRCC Calcestruzzo classe C20/25 800 σ [MPa] 600 400 HPFRCC 200 0 ε 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 18
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
Set-up di prova P P/2 P/2 Prove a flessione su 4 punti 100 1090 2170 mm 1090 100 Luce = 4.35 m Sistema di trasmissione del carico 20
Discussione dei risultati: SLU 500 Load [kn] 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 Displacement [mm] 21
Discussione dei risultati: SLE 300 Load [kn] 200 100 SLS 0 0 4 8 12 16 20 Displacement [mm] 22
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
Calcolo secondo CNR-DT 204 24
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] 12 9 6 f eq1 f eq2 = 11 MPa 3 F ftu = 11 MPa 0 Strain [ ] 0 1 2 3 4 5 25
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
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
Calcolo secondo CNR204 x = 80 mm Mu = 185 knm Fu = 339 kn 450 400 350 300 250 200 150 100 [kn] Carico-Freccia 50 0 [mm] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 28
Riparazione 29
Riparazione 30
Risultati 31
Rinforzo di pilastri 32
Tecniche di ripristino Incamiciatura con nuove armature Rinforzo con profilati d acciaio FRP Camicia in HPFRC 33
Rinforzo di pilastri 3φ16 300 mm st. φ8/30'' HPFRCC 180MPa 300 mm f c =15MPa 3φ16 34
Indagine su edifici in Toscana >15MPa <15MPa Ferrini et al. 2008 35
Rinforzo di pilastri 500 M [knm] 400 300 HPFRC 200 100 0 un-reinf N[kN] -1000-100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000-200 -300-400 -500 36
Rinforzo con camicia tradizionale 3φ16 3φ16 60 mm 300 mm 300 mm 3φ16 450 350 M [knm] 250 R/C C30/37 150 50 un-reinf N[kN] -1500-500 -50 500 1500 2500 3500 4500 5500-150 -250-350 -450 37
Rinforzo con FRP 150 M [knm] 125 100 FRP_LT 75 50 un-reinf 25 0 N[kN] -1000-500 -25 0 500 1000 1500 2000 2500-50 -75-100 -125-150 FRP_L 38
Confronti 500 400 300 200 M [knm] R/C HPFRCC 180MPa HPFRC 100 0-1500 -500 500 1500 2500 3500 4500 5500 6500 7500 8500-100 -200-300 -400-500 un-reinf N[kN] FRP_LT 39
Confronti con limiti di normativa 300 M [knm] 250 200 150 HPFRCC 70MPa HPFRC R/C 100 50 0 un-reinf N[kN] -1500-500 -50 500 1500 2500 3500 4500-100 -150-200 -250-300 40
Reale applicazione 41
Scuola elementare a Zagarolo (RM) 42
Rinforzo dei pilastri 40 mm HPFRCC 130MPa 43
Prova su pilastro 44
Risultati Load [kn] 80 60 40 20 δ [mm] 0-5 -3-1 1 3 5-20 -40-60 -80 Drift [%] -7-6 -5-4 -3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 200 150 100 Horizontal Load [kn] 50 0-50 -100-150 -200-140 -120-100 -80-60 -40-20 0 20 40 60 80 100 120 140 Displacement [mm] 45
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Applicazioni 49
Comportamento al fuoco 50
Riparazione dopo incendio HPFRCC 51
Resistenza al fuoco della trave riparata 52
Resistenza al fuoco della trave riparata 53
Pilastri 1400 1200 1000 M[kNm] reinf_after90' 800 600 400 200 0 T_env 90' reinf-after90'-90' N[kN] -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000-200 54
CONCLUSIONI 55
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