Workshop Finale Progetto ReLUIS - DPC 2010-2013 Napoli, 8-9 Ottobre 2013 Area Tematica 2: Innovazioni normative e tecnologiche in ingegneria sismica Linea 3: Innovazione tecnologica in ingegneria sismica Task 3.1: SVILUPPO ED ANALISI DI NUOVI MATERIALI PER L ADEGUAMENTO SISMICO Coordinatori: Proff. Luigi Ascione e Andrea Prota UNITA DI RICERCA PARTECIPANTI (24): Università (16): Bergamo, Bologna, Brescia, Calabria, Cassino e Lazio Meridionale, Ferrara, Firenze, Milano (Politecnico), Napoli "Federico II", Parma, Perugia, Roma "La Sapienza", Roma "Tor Vergata", Salento, Salerno, Sannio.
LINEE DI RICERCA LINEA A LINEA B LINEA C LINEA D LINEA E LINEA F CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE MURARIE CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE DI C.A. MATERIALI COMPOSITI DI TIPO NON TRADIZIONALE PULTRUSI DI FRP PER LA MESSA IN OPERA DI STRUTTURE PROVVISIONALI DI PUNTELLAMENTO O REALIZZATE PER LO SVOLGIMENTO DI ATTIVITÀ ESSENZIALI LEGATE ALLA PROTEZIONE CIVILE NUOVI CALCESTRUZZI CRISTALLI STRUTTURALI
LINEA A: CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE MURARIE - Strutture piane soggette a sollecitazioni alternate 1 Politecnico di Milano (Poggi) 2 Università degli Studi di Napoli "Federico II" (Manfredi) 3 Università degli Studi di Perugia (Borri) 4 Università degli Studi del Sannio (Ceroni) 5 Università degli Studi di Bologna "Alma Mater Studiorum" (Savoia/Mazzotti) - Archi, volte e cupole 6 Università degli Studi di Napoli "Federico II" (Baratta) 7 Università degli Studi di Bologna "Alma Mater Studiorum" (Benedetti) 8 Università degli Studi di Firenze (Briccoli Bati) - Modelli di calcolo strutturale per interventi di adeguamento sismico 9 Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale (Luciano/Sacco) 10 Università degli Studi di Napoli "Federico II" (Rosati) 11 Università degli Studi di Salerno (Fraternali)
LINEA B: CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE DI C.A. - Zone di sovrapposizione; svergolamento di barre longitudinali; nodi 12 Università degli Studi di Napoli "Federico II" (Prota) - Impiego di lamine pretese 13 Università degli Studi di Roma "La Sapienza" (Monti) LINEA C: MATERIALI COMPOSITI DI TIPO NON TRADIZIONALE - Impiego di sistemi meccanici di ancoraggio 14 Università degli Studi di Salerno (Faella/Realfonzo) - Rinforzo con fibre e/o matrici non tradizionali 15 Università del Salento (Aiello) 16 Università della Calabria (Olivito/Spadea)
LINEA D: PULTRUSI DI FRP PER LA MESSA IN OPERA DI STRUTTURE PROVVISIONALI DI PUNTELLAMENTO O REALIZZATE PER LO SVOLGIMENTO DI ATTIVITÀ ESSENZIALI LEGATE ALLA PROTEZIONE CIVILE - Giunti bullonati e incollati - Metodi di calcolo 17 Università degli Studi di Salerno (Feo) 18 Università degli Studi di Roma "Tor Vergata" (Maceri/Vairo) 19 Università degli Studi di Ferrara (Laudiero) LINEA E: NUOVI CALCESTRUZZI 20 Politecnico di Milano (Di Prisco) 21 Università degli Studi di Brescia (Plizzari) 22 Università degli Studi di Roma "Tor Vergata" (Grimaldi) 23 Università degli Studi di Bergamo (Riva) LINEA F: CRISTALLI STRUTTURALI 24 Università degli Studi di Parma (Royer Carfagni)
LINEA A CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE MURARIE Strutture piane soggette a sollecitazioni alternate
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: PoliMi - Poggi) Utilizzo di materiali FRP e FRCM per rinforzo strutturale e consolidamento sismico di edifici in muratura; Caratterizzazione meccanica di sistemi FRCM e sviluppo di modelli analitici e numerici; Sviluppare linee guida ed elaborare prescrizioni progettuali su sistemi FRCM.
F.G. Carozzi, G. Milani, C. Poggi, Mechanical properties and numerical modelling of Fabric Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) system for strengthning of masonry structuers, Composite Structures, 2013, article in press L. Cantini, M. Cucchi, G. Fava, C. Poggi, Damage and Defect Detection Through Infrared Thermography of Fiber Composites Applications for Strengthening of Structural Elements, RILEM Bookseries, Nondestructive Testing of Materials and Structures, vol.6 Springer (2012) G. Cersosimo, G. Fava, N. Nisticò, C. Poggi, G. Polimanti, Caratterizzazione meccanica di laminati unidirezionali tipo C-FRP: correlazione tra direzione delle fibre e geometria del provino, 3 Convegno Assocompositi, 2013 RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: PoliMi - Poggi) Tematiche sviluppate: Utilizzo di connettori e fiocchi in FRP nel rinforzo di elementi in muratura; Caratterizzazione di compositi a matrice cementizia FRCM caratterizzazione dei componenti (rete e malta), trazione monotona e con cicli carico/scarico del materiale FRCM, prove di adesione del sistema applicato su substrato. I risultati hanno fornito un contributo per la definizione di Linee Guida ministeriali perla qualificazione e controllo dei materiali FRCM Pubblicazioni:
SVILUPPI FUTURI (LINEA A: PoliMi - Poggi) Prosecuzione della campagna sperimentale su elementi strutturali; Sviluppo di Linee Guida per la progettazione di elementi strutturali rinforzati con materiali FRCM; Sviluppo di modelli numerici e analitici per lo studio dei problemi legati all aderenza fra matrice e rete.
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: UNIPG A. BORRI): INDIVIDUARE E PROVARE NUOVE POSSIBILI TECNICHE DI INTERVENTO, SPERIMENTANDO SUL CAMPO E IN LABORATORIO LA LORO EFFICACIA, ANCHE IN CONFRONTO A QUELLA DELLE TECNICHE TRADIZIONALI In particolare sono state esaminate le tecniche: - RETICOLATUS - RETICOLATUS IBRIDO - DIATONOS (DIATONI SVASATI PRESOLLECITATI) - INTONACO ARMATO CON RETE IN GFRP (i.a. 2.0) - RINFORZO DI ARCHI MURARI IN FOLIO (TABICADA ARMATA) In collaborazione con Task 1.1.1b - CERCHIATURA NEI GIUNTI DI MALTA DI PILASTRI MURARI
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNIPG A. BORRI): EFFICACIA DEGLI INTERVENTI, VALUTATA MEDIANTE LE PROVE EFFETTUATE: 13 PROVE DI COMPRESSIONE DIAGONALE E TAGLIO-COMPRESSIONE SU PANNELLI RINFORZATI CON INTONACO E RETE IN GFRP (IN SITU: ABRUZZO E EMILIA); 6 PROVE FUORI DEL PIANO SU PANNELLI MURARI DIVERSAMENTE RINFORZATI IN UN EDIFICIO A L AQUILA (IN COLLAB. CON M. CANDELA e R. FONTI ) (IN SITU); 4 TEST DI RIBALTAMENTO SU PANNELLI MURARI RINFORZATI CON DIATONI DI DIVERSE TIPOLOGIE (IN SITU: 1 A RC E 3 A AQ. IN COLLAB. CON M. CANDELA A R. FONTI); 8 ARCHI MURARI IN FOLIO RINFORZATI CON LA TECNICA TABICADA ARMATA CON RETE IN GFRP (IN LABORATORIO); 19 PROVE DI COMPRESSIONE SU PILASTRI MURARI RINFORZATI CON TREFOLI INSERITI NEI GIUNTI (IN LABORATORIO); 1 PROVA DI SOSTITUZIONE DI CERCHIATURE METALLICHE ESTERNE CON TREFOLI INSERITI NEI GIUNTI (IN SITU: CHIOSTRO DI S. GIACOMO A SPELLO - PG).
PRIMA DOPO RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI SVILUPPI FUTURI (LINEA A : UNIPG A. BORRI) ULTERIORI SPERIMENTAZIONI DI TECNICHE INNOVATIVE: RINFORZO PILASTRI CON TREFOLI PRETESI INSERITI NEI GIUNTI INTONACO ARMATO 2.0 SOSTITUZIONE CERCHIATURE IN EDIFICI STORICI DIATONI A SVASO PRESOLLECITATI (DIATONOS)
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: Università del Sannio - Ceroni) Prove di aderenza su elementi in muratura; Studio di strutture in muratura soggette ad azioni orizzontali alternate. 1. Progettazione e realizzazione di prove di aderenza su elementi in muratura di tufo secondo lo schema push-pull al variare di lunghezza aderente, presenza di rasatura, fibra di vetro e di carbonio. 2. Modellazione FE delle prove di aderenza, analisi parametriche e calibrazione del legame di aderenza. 20 16 F [kn] F [kn] 16 12 TC_300_b_1 12 TC_300_b_2 ST150SP Lb = 150 mm 8 TG_300_b_1 ST200SP Lb = 200 mm 8 τ TG_300_b_2 ST250SP max = 1.5 MPa Lb = 300 mm s max = 0.2 mm 1D - Bilinear ST300SP Lb CNR = 350 mm 4 4 s u = 0.5 mm 1D - Bilinear ST400SP Lb = 400 mm 2D - Bilinear 0 2D - Non linear 0 0.0 0.4 0.8 s [mm] 1.2 1.6 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 s [mm] 1.0
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (Università del Sannio - Ceroni) Studio di strutture in muratura soggette ad azioni orizzontali alternate. 1. Prove sperimentali su pareti in muratura rinforzate con griglie di FRP sotto azioni cicliche. 2. Simulazioni numeriche non lineari con modelli FE dei pannelli sperimentati ed analisi parametriche per valutare l influenza di diversi parametri (energia di frattura dei legami costitutivi, geometria del pannello) sul comportamento del pannello. 3. Modellazione di un edificio reale con il metodo del telaio equivalente al fine di valutare l influenza del rinforzo sulla capacità sismica globale della struttura.
SVILUPPI FUTURI (LINEA A: Università del Sannio - Ceroni) 1. Prove sperimentali di aderenza su muretti di pietra (già in fase di realizzazione) e relative modellazioni FE; 2. Approfondimenti sulla modellazione numerica di pannelli rinforzati al variare di diversi parametri; 3. Definizione di curve di fragilità di edifici in muratura utilizzando rinforzi di FRP.
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: Univ. Bologna- Mazzotti/Savoia) Collaboratori: B. Ferracuti, A. Bellini Valutazione della capacità di aderenza tra gli elementi di muratura ed il rinforzo FRP - Studio dell aderenza tra pannelli in muratura e tessuti FRP incollati esternamente (tecnica EBR); - Studio dell effetto della preparazione superficiale e del tipo di mattone sulla resistenza per perdita di aderenza; - Modellazione del comportamento d interfaccia FRP-muratura. Attività sperimentale - studio dell aderenza tra mattone e FRP, con l obiettivo di individuare i principali parametri che governano il problema; - studio di pannelli in muratura rinforzati con FRP (per la valutazione dell effetto della presenza dei letti di malta). Attività numerica/analitica attraverso la quale i risultati delle indagini sperimentali sono stati utilizzati per la messa a punto/calibrazione di alcuni criteri di progetto semplificati (con particolare riferimento all aderenza) per il completamento della revisione delle Linee Guida CNR DT200.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UniBo-Mazzotti/Savoia): 1. Esecuzione prove di aderenza muretti-frp 2. Modellazione numerica 3. Criteri di progetto CNR DT 200 /R1 (2012) A B 5,0 C 8,0 7,0 6,0 D E F 0,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Elongation [mm] M. Guadagnini, A. Serbescu, A. Palmieri, S. Matthys, A. Bilotta, E. Nigro, C. Mazzotti, G. Sas, B. Taljsten, F. Ceroni, C. Czaderski, S. Olia, Z. Szabo, G. Balazs, J. Barros, I. Costa, V. Tamuzs (2012). Bond of FRP Strengthening Systems for Concrete Structures: A Round Robin Test. In: Bridge Maintenance, Safety, Management, Resilience and Sustainability. Stresa, Lago Maggiore, Italy, 8-12/07/2012, p. 1179-1186, LONDON: Biondini & Frangopol - Taylor & Francis Group, ISBN: 978-0-415-62124-3. C. Mazzotti (2012). Influence of the axial stiffness of the reinforcement on the FRP-concrete interface's fracture energy. In: Bridge Maintenance, Safety, Management, Resilience and Sustainability. Stresa, Lago Maggiore, Italy, 8-12/07/2012, p. 1215-1222, LONDON: Biondini & Frangopol - Taylor & Francis Group, ISBN: 978-0-415-62124-3. I. Iovinella, A. Prota, C. Mazzotti (2013). Influence of surface roughness on the bond of FRP laminates to concrete. Construction And Building Materials, vol. 40, pp. 533-542. C. Mazzotti (2013). The role of FRP axial stiffness on the concrete bond strength. In 11th International Symposium On Fiber Reinforced Polymers For Reinforced Concrete Structures - FRPRCS-11, Guimaraes, Portugal, 1-8 (su CD). C. Mazzotti, F. Murgo, F. Ceroni, M. Pecce (2013). Effect of test set-up on bond strength of concrete elements externally bonded with CFRP plates. In 11th International Symposium On - FRPRCS-11, Guimaraes, Portugal, 1-8 (su CD). Force [KN] 4,0 3,0 2,0 1,0
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A:UniBo - Mazzotti/Savoia) ) E. Sassoni, C. Mazzotti, The use of small diameter cores for assessing the compressive strength of clay brick masonries, Journal of Cultural Heritage, 14S (2013), pp.95-101. M. Bovo, C. Mazzotti, M. Savoia (2012). Analysis of structural behaviour of historical stone arches and vaults: experimental tests and numerical analyses. In: Proceedings of the International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions, SAHC 2012 15-17 October 2012, Wroclaw, Poland. vol. 1, p. 635-643. F. Ceroni, G. de Felice, E. Grande, M. Malena, C. Mazzotti, F. Murgo, E. Sacco, M.R. Valluzzi (2013). Analytical and numerical modeling of composite-to-brick bond. Materials and Structures, submitted. F. Ceroni, B. Ferracuti, M. Pecce, M. Savoia (2013). Assessment of a bond strength model for FRP reinforcement externally bonded over masonry blocks. Composites Part B, submitted. A. Palmieri, S. Matthys, A. Seberscu, M. Guadagnini, J. Barros, I. Costa, A. Bilotta, F. Ceroni, E. Nigro, C. Czaderski, S. Olia, Z. Szabo, G. Balazs, G. Sas, B. Taljsten, C. Mazzotti, N. Taranu, V. Munteanu, V. Tamuzs. (2011). Round Robin Testing Initiative for Fiber Reinforced Polymer (FRP) Reinforcement. fib Symposium PRAGUE 2011. Prague. (pp. 1129-1132). C. Carloni, K.V. Subramaniam, M. Savoia, C. Mazzotti. (2011). Durability of FRP-concrete interface under fatigue loading. CDCC 2011 4 th International Conference on durability and sustainability of frp composites for construction and rehabilitation. Quebec City, Quebec, Canada. 20-22/07/2011. (pp. 195-202). C. Mazzotti, M. Savoia. (2011). The effect of long-term loading on the CFRP-concrete bonding strength. CDCC 2011 4 th International Conference on durability and sustainability of frp composites for construction and rehabilitation. Quebec City, Quebec, Canada. 20-22/07/2011. (pp. 119-127). C. Mazzotti, B. Ferracuti, A. Bellini. (2012). Experimental bond tests on masonry panels strengthening by FRP. Proceedings of 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering - CICE 2012. Roma. 13-15 Giugno 2012. (pp. 1-8). C. Mazzotti, B. Ferracuti, A. Bilotta, F. Ceroni, E. Nigro, M. Pecce. (2012). Sensitivity of frp-concrete bond behavior to modification of the experimental set-up. Proceedings of 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering - CICE 2012. Roma. 13-15 Giugno 2012. (pp. 1-8). M. Guadagnini, A. Serbescu, A. Palmieri, S. Matthys, A. Bilotta, E. Nigro, F. Ceroni, C. Czaderski, S. Olia, Z. Szabo, G. Balazs and C. Mazzotti (2012). Round robin test on the bond behaviour of externally Bonded FRP systems to concrete. Proceedings of 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering - CICE 2012. Roma. 13-15 Giugno 2012. (pp. 1-8). Carloni C., Subramaniam K. V., Savoia M., Mazzotti C. (2012). Experimental determination of FRP concrete cohesive interface properties under fatigue loading. COMPOSITE STRUCTURES. vol. 94, pp. 1288 1296.
SVILUPPI FUTURI (LINEA A: UniBo - Mazzotti/Savoia) Studio dell efficacia dell impiego di barre di FRP all interno dei letti di malta; Studi sperimentali sui rinforzi strutturali in FRCM (Fabric Reinforced Cementitious Matrix) per elementi murari considerando diverse composizioni del FRCM, ad esempio diversi tipi di rete e diversi tipi di matrici (cementizie o a base di calce). Fra i tipi di test sperimentali da proporre: test di trazione dirette sul FRCM per caratterizzare il comportamento del composito e verificare la capacità di adesione delle fibre alla matrice; test di aderenza fra il rinforzo di FRCM ed i l supporto in muratura.
LINEA A CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE MURARIE Archi, volte e cupole
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: UNINA 1- BARATTA) Riformulazione della teoria NT (No-Tension) e sviluppo di metodi di analisi strutturale in presenza di rinforzi FRP. Formulazione di modelli NT per strutture murarie a volta e sviluppo di soluzioni in forma chiusa. Indagine degli effetti scala sulle costruzioni storiche e monumentali di muratura. Metodi di analisi per le strutture murarie a volta. Metodi di analisi per le strutture murarie a volta rinforzate con FRP. Elaborazione e formulazione di una trattazione unificata e completa della teoria NT.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNINA 1- BARATTA) P1. Metodi di analisi per strutture murarie a volta 1) Baratta A., Corbi O., "On the Statics of No-Tension Masonry-like Vaults and Shells", Ann. Solid Struct. Mech. (2011) 2:107 122, DOI 10.1007/s12356-011-0022-8 2) Baratta A., Corbi O. : The Static Behavior of Historical Vaults and Cupolas, Journal of Heritage Conservation, N. 32/2012, pp. 65-81, ISSN 0860-2395. 3) Baratta A.: Masonry domes: Equilibrium states and structural assessment, Recent Researches in Information Science and Applications, Eds: O. Corbi, J.C. Metrôlho, A.Lysko, R. Furferi, 2013, pp. 190-195 4) Baratta A., Corbi O.: The Monge-Ampère equation and the statics of masonry vaults, Recent Researches in Information Science and Applications, Eds: O. Corbi, J.C. Metrôlho, A.Lysko, R. Furferi, 2013, pp. 173-178 5) Baratta A., Corbi O., "A One-Dimensional Evolutionary Masonry Model with Low Tensile Strength",, Proc. CC2012, Dubrovnik, 4-7 September 2012, Paper n 126. 6) Baratta A., Corbi O., Stochastic Mechanics for the Assessment of the Ancient Masonry Constructions. In CST10, Paper 205. Valencia, Spain, 14-17 September 2010. P2. Metodi di analisi per strutture murarie in piano e a volta con o senza rinforzo FRP Girder F 7) Baratta A., Corbi I. (2010). "Analysis of masonry panels using the no-tension approach". CST10, Paper 347. Valencia, Spain, 14-17 September 2010. 8) Baratta A., Corbi O., "Displacement Approach in No-Tension Structures", Proc. CC2011, Chania, Crete, Greece, 6-9 Beam September 2011, Paper n. 229. 9) Corbi I., "FRP Composites for the Reinforcement of NT Plane Structures", in Recent Researches in Information Science and Applications, Eds: O. Corbi, J.C. Metrôlho, A.Lysko, R. Furferi, 2013, pp. 238-243 10)Baratta A., Corbi I., "Coupled Limit Analysis and Topological Optimization for Masonry Wall Reinforcement", Proc. CC2012, Dubrovnik, Croatia, 4-7 September 2012, Paper n 124. 11)Baratta A., Corbi O., "Placement of FRP Provision in No-Tension Vaults using the Vault Inequality System",, Proc. CC2012, Dubrovnik, Paper n 280. P3. Metodi di analisi per scale murarie a volta 12) Baratta A., Corbi I., "On the Statics of Masonry Helical Staircases, Proc. CC2011, Chania, Crete, Greece, 6-9 September 2011, Paper n 59 13) Baratta A., Corbi I.: Masonry Vaulted Staircases: Interpretation of Equilibrium Paths, Proc. CC2012, Dubrovnik, Croatia, 4-7 September 2012, Paper n 127. P4. Analisi statica di edifici sotto azione sismica 14) Corbi O., "An Unabridged Push-Over Approach: Beyond POR Analyses for Three-Dimensional Masonry Buildings",, Proc. CC2012, Dubrovnik, Croatia, 4-7 September 2012, Paper n 122. Tension Compression Tension Figure 3: Resistant mechanism after the reinforcement Compression F
SVILUPPI FUTURI (LINEA A: UNINA 1- BARATTA) Sviluppo di una teoria organica di archi e volte murarie mediante ulteriore approfondimento dell' approccio basato sull equazione di Monge-Ampere. Ulteriori applicazioni della tecniche di ottimizzazione topologica per la progettazione del rinforzo. Approfondimenti sulla influenza della dimensione delle costruzioni sulla vulnerabilità sismica.
RISULTATI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UniBo - BENEDETTI) Sono state analizzate numerose configurazioni di volte e archi presenti in edifici in muratura facenti parte del patrimonio storico dell Aquila. Per tali configurazioni sono stati proposti interventi di consolidamento basati sulla realizzazione di nervature o frenelli realizzati con muratura di nuova esecuzione e rinforzi FRP posti nei giunti di malta. Le nuove configurazioni sono state esaminate con riferimento alle azioni sisimiche per mezzo di analisi non lineari, assumendo come parametro di evoluzione il movimento delle pareti perimetrali ottenuto dall analisi sismica dell edificio in cui la volta è posta.
SEQUENZA ESECUTIVA DELLE NERVATURE DI RINFORZO (UniBo - Benedetti)
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: UNIFI-BRICCOLI BATI) Definizione dei tipi di rinforzo per strutture voltate più idonei in vista di interventi ottimali dal punto di vista dell innalzamento della capacità portante, della compatibilità, della riduzione della invasività e dell economia generale delle operazioni di rinforzo. Classificazione dei sistemi di rinforzo per archi, volte e cupole in muratura di mattoni e pietra. Sviluppo e predisposizione di modelli predittivi del comportamento di strutture voltate rinforzate con diversi materiali compositi.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNIFI-BRICCOLI BATI) prove statiche su modelli in scala di elementi archi, volte a botte, volte a crociera e pannelli in muratura di laterizi e pietra con diverse tipologie di rinforzo; St. John Hospital (Jerusalem) Modello di volta a crociera rinforzato non rinforzato
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNIFI-BRICCOLI BATI) prove statiche su modelli in scala di elementi archi, volte a botte, volte a crociera e pannelli in muratura di laterizi e pietra con diverse tipologie di rinforzo; 120 trasduttori 90 Carico [kg] 60 30 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Abbassamenti [µm]
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNIFI-BRICCOLI BATI) sviluppo e predisposizione di modelli predittivi del comportamento di strutture voltate rinforzate con diversi materiali compositi.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNIFI-BRICCOLI BATI) sviluppo e predisposizione di modelli predittivi del comportamento di strutture voltate rinforzate con diversi materiali compositi
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI PIÙ SIGNIFICATIVI (LINEA A: UNIFI-BRICCOLI BATI) S. Briccoli Bati, M. Fagone, T. Rotunno. Lower Bound Limit Analysis of Masonry Arches with CFRP Reinforcements: A Numerical Method. JOURNAL OF COMPOSITES FOR CONSTRUCTION. 17(4) 543-553. 2013. S. Briccoli Bati, M. Fagone, F. Loccarini, G. Ranocchiai. Analysis of rammed earth arches strengthened with natural fibers. CIVIL-COMP PROCEEDINGS. Cagliari 2013. S. Briccoli Bati, M. Fagone, G. Ranocchiai, T. Rotunno. Analisi sperimentale di un modello in scala, rinforzato e non, del sistema di volte a crociera dell'ospedale di St. John a Gerusalemme. WONDERmasonry Firenze 2011. S. Briccoli Bati, M. Fagone, T. Rotunno. The dome-behavior analysis of the groin vault in the St. John Hospital in the Old City of Jerusalem. Domes in the World, Florence 2012.
SVILUPPI FUTURI (LINEA A: UNIFI-BRICCOLI BATI) Sviluppo e predisposizione di modelli predittivi del comportamento di strutture voltate rinforzate con diversi materiali compositi. Espressioni per il dimensionamento degli interventi di rinforzo. Individuazione dei diversi comportamenti strutturali di sistemi voltati variamente rinforzati in funzione delle tecniche costruttive messe in atto. Selezione di casi più significativi. Prove su tavola vibrante di modelli di elementi strutturali rinforzati e non.
LINEA A CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE MURARIE Modelli di calcolo strutturale per interventi di adeguamento sismico
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: UNICAS Luciano/Sacco) Indagini sperimentali sul meccanismo locale di interazione tra rinforzi di materiale composito FRP e supporti murari: influenza sul meccanismo di distacco del rinforzo da supporti murari del: materiale di rinforzo (carbonio, vetro, basalto, acciaio); tipo di rinforzo (tessuti, laminati); tipo di matrice (resine e malte). Sviluppo di modelli numerici in grado di riprodurre il processo di decoesione di rinforzi di materiale composito FRP applicati su supporti in muratura: formulazioni innovative con accoppiamento del danno tra interfaccia e supporto; formule progettuali e formulazioni semplificate.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNICAS Luciano/Sacco) Confronti teorico-sperimentali F [N] 8000 7000 6000 5000 4000 Experimental data FRP on elastic support - 297 elements Uncoupled damage laws - 297 elements Coupled damage laws - 297 elements FRP on elastic support - 1144 elements Uncoupled damage laws - 1144 elements Coupled damage laws - 1144 elements 3000 Indagini sperimentali influenza dei parametri indagati sul meccanismo di distacco 2000 1000 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 u A [mm] Schematizzazione dello strato di interfaccia nel modello proposto S. Marfia, E. Sacco, J. Toti. A coupled interface-body nonlocal damage model for FRP strengthening detachment. Computational Mechanics, DOI 10.1007/s00466-011-0592-7 S. Marfia, E. Sacco. Multiscale damage contact-friction model for periodic masonry walls. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 205 208: 189-203, 2012. M.R. Valluzzi, et al. Round Robin Test For Composite-To-Brick Shear Bond Characterization. Materials and Structures - RILEM. 45(12): 1761-1791, 2012. E. Grande, M. Imbimbo, E. Sacco. Finite Element Analysis of Masonry Panels Strengthened with FRPs. Composites Part B: Engineering. 45( 1):1296-1309, 2013. E. Grande, M. Imbimbo, E. Sacco. Modeling and numerical analysis of the bond behavior of masonry elements strengthened with SRP/SRG. Composites Part B. 55:128-138, 2013.
SVILUPPI FUTURI (LINEA A: UNICAS Luciano/Sacco) Implementazione di ulteriori leggi di danno per tenere conto anche del danneggiamento della matrice nel caso di rinforzi applicati per il tramite di malte cementizie (SRG). Estensione del modello sviluppato per il caso di supporto omogeneo al caso di blocchi in muratura in presenza di giunti di malta. Validazione tramite confronti con la sperimentazione su pannelli in muratura.
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: UNINA - Rosati) Formulazione ed implementazione di tecniche fiber-free per l analisi di legami costitutivi elastoplastici e/o con softening e loro validazione mediante confronti con metodi a fibre; Formulazione ed implementazione di un elemento finito di tipo misto per l analisi non lineare di edifici in c.a. e validazione degli elementi finiti sviluppati mediante confronti con modelli a plasticità concentrata; Formulazione ed implementazione di un elemento guscio con drilling per l analisi non lineare di nuclei in c.a. e sua validazione con analisi di nuclei eseguite con elementi non lineari 3D.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNINA - Rosati) Applicazione delle tecniche fiber-free all analisi di strutture intelaiate e con setti F. Marmo, L. Rosati, The fiber-free approach in the evaluation of the tangent stiffness matrix for elastoplastic uniaxial constitutive laws. International Journal for Numerical Methods in Engineering 94:868-894, (2013). F. Marmo, L. Rosati, Analytical integration of elasto-plastic uniaxial constitutive laws over arbitrary sections International Journal for Numerical Methods in Engineering 91: 990-1022, (2012). F. Marmo, L. Rosati, An improved flexibility-based nonlinear frame element endowed with the fiber-free formulation. 6th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS), Vienna, Austria, September 10th-14th, (2012).
SVILUPPI FUTURI (LINEA A: UNINA - Rosati) Analisi delle condizioni di localizzazione della soluzione conseguente alla adozione di legami con softening quali quelli che caratterizzano il calcestruzzo. Negli elementi finiti con formulazione alle forze la localizzazione si verifica a livello di sezione sicché la cosiddetta lunghezza caratteristica che condiziona la oggettività della risposta strutturale coincide con il peso, da usare nella integrazione numerica delle quantità in gioco, associato alla sezione caratterizzata da softening. Il problema verrà inizialmente affrontato adattando alla formulazione fiber-free. Successivamente si adotterà un approccio integrale non locale indagando sull opportunità di adottare un approccio tangente accoppiato all arc-length o secante. Modellazione del comportamento ciclico a taglio degli elementi strutturali e che tenga conto dell'accoppiamento tra azioni normali e tangenziali. Il comportamento a taglio degli elementi strutturali, specie se tozzi, è responsabile delle più frequenti rotture di tipo fragile in presenza di sisma. Sebbene esistano in letteratura svariati modelli in grado di prevedere la risposta a taglio e di modellare l'interazione taglioflessione per effetto di carichi monotoni, ben pochi sono quelli in grado di dare risultati soddisfacenti quando si considerano azioni ciclicamente variabili.
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA A: UNISA Fraternali) I principali obiettivi della ricerca proposta hanno riguardato la progettazione ottimale di consolidamenti sismici con materiali composito di strutture di muratura e la formulazione di buone pratiche di rinforzo da utilizzare nelle applicazioni tecniche. L attività del primo anno è stata focalizzata sullo sviluppo di opportuni modelli meccanici della muratura non rinforzata [1-2]. Questa attività è stata estesa al caso delle strutture in muratura rinforzate con FRP durante il secondo anno, impiegando tecniche computazionali per la progettazione dei sistemi di avvolgimento in FRP [3]. Le attività del terzo anno sono state incentrate sull analisi dello stato tensionale di esempi reali di volte in muratura rinforzate con FRP.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA A: UNISA Fraternali) Le attività svolte durante il terzo anno hanno condotto alla predizione del campo di tensioni associato a modelli alle tensioni concentrate di strutture in muratura. Tali modelli sono stati associati a funzioni potenziali degli sforzi di tipo poliedrale definite su triangolazioni di domini bidimensionali. Sono stati determinati reticoli di tensioni concentrate e distribuzioni del campo di tensione in svariati esempi reali di volte in muratura, sia in assenza che in presenza di rinforzi di FRP. Fig. 1: Illustrazione dello stato di tensione membranale (destra) associato ad un modello alle tensioni concentrate (sinistra) di una volta ellittica [3].
SVILUPPI FUTURI (LINEA A: UNISA Fraternali) Gli sviluppi futuri della presente ricerca riguardano un raffinamento delle tecniche fin qui formulate per il rinforzo con FRP di strutture in muratura, che consista nell impiego di metodi di ottimizzazione per il progetto della posizione e dell estensione dei rinforzi. ELENCO DELLE PRINCIPALI PUBBLICAZIONI PRODOTTE [1] Fraternali. F. A Thrust Network Approach to the Equilibrium Problem of Unreinforced Masonry Vaults via Polyhedral Stress Functions. MECHANICS RESEARCH COMMUNICATIONS, 37, 198-204, 2010. [2] Fraternali. F. A Mixed Lumped Stress Displacement Approach to the Elastic Problem of Masonry Walls. MECHANICS RESEARCH COMMUNICATIONS, 38, 176 180, 2011. [3] Fraternali, F., Carpentieri, G. On the Cauchy stress associated with planar force networks, Proceedings of the International Workshop Multi-Scale Modeling and Characterization of Innovative Materials and Structures,Cetara, Salerno, May 1-5, 2013.
LINEA B CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE DI C.A. Zone di sovrapposizione; svergolamento di barre longitudinali; nodi
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA B: UNINA - Prota) Consolidamento di strutture di c.a.: efficacia del confinamento per insufficiente sovrapposizione e/o svergolamento di barre longitudinali, interventi locali su nodi non confinati. Studio del comportamento dei trave-pilastro non confinati. Valutazione numerico-sperimentale dell incremento di capacità indotto dall applicazione di tessuto quadriassiale nella zona di pannello nodale e di tessuto uniassiale alle estremità dei pilastri. L obiettivo principale è la valutazione critica dell uso di materiali compositi nella finalità di fronteggiare situazioni caratterizzate di giunzioni caratterizzate da lunghezza di sovrapposizione delle barre longitudinali insufficiente e/o dettagli di ancoraggio non conformi alle attuali prescrizioni sismiche. I dati sperimentali saranno confrontati con le previsioni della capacità rotazionale fornite dalle vigenti norme sismiche.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEAB: UNINA-Prota) Completamento campagna sperimentale su subassemblaggi trave-pilastro non confinati 3 Prove su nodi non rinforzati; 3 Prove su nodi rinforzati con FRP in diverse configurazioni. Analisi meccanismi di crisi nodi esistenti non rinforzati Validazione sperimentale efficacia del sistema di rinforzo Valutazione efficacia di diversi sistemi di ancoraggio del rinforzo in FRP
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA B: UNINA-Prota) Valutazione incremento di capacità sismica globale a seguito di interventi locali con FRP - Valutazione della sicurezza di 9 edifici scolastici di L Aquila; - Determinazione indicatore di rischio con riferimento a diversi meccanismi di crisi. Quantificazione benefici ottenuti mediante l adozione di interventi di rinforzo locale
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA B: UNINA- Prota) Valutazione della efficacia del confinamento per: - evitare il buckling delle armature longitudinali interne Y X b/2 α h/2 F - migliorare le giunzioni per sovrapposizione (lap-splices) Design Chart
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA B: UNINA- Prota) V. Giamundo, G.P. Lignola, A. Prota and G. Manfredi FRP wrapping influence on effective length in lap splices. The 4th fib Congress 2014. Mumbai, India Febbraio 2014. #131 V. Giamundo, G.P. Lignola, A. Prota and G. Manfredi Influence of steel behavior on longitudinal bars buckling in FRP wrapped RC columns. The 4th fib Congress 2014. Mumbai, India Febbraio 2014. #227 V. Giamundo, G.P. Lignola, A. Prota and G. Manfredi Effectiveness of FRP wrapping on internal reinforcement buckling for non-circular concrete members. In proceedings 11th International Symposium on Fiber Reinforced Polymer Reinforcement for Concrete Structures FRPRCS11 2013, Guimarães, Portugal, June 26-28, 2013. Paper#07_637:1-11. J. Barros & J. Sena-Cruz (eds) DPI Cromotipo, ISBN: 978-972-8692-84-1 V. Giamundo, G.P. Lignola, A. Prota and G. Manfredi Restraining bars buckling by means of FRP wrapping: an analytical approach. In CD-proceedings 15th World Conference on Earthquake Engineering. Lisbon, Portugal, 24-28 September, 2012. Paper #4320:1-10 V. Giamundo, G.P. Lignola, A. Prota and G. Manfredi Friction Increase of Spliced Bars due to FRP Wrapping. In CD-proceedings 6th International Conference on Fiber Reinforced Polymer (FRP) Composites in Civil Engineering (CICE 2012). Rome, Italy, June 13-15, 2012. #04_260:1-8 Frascadore, R., Di Ludovico M., Prota A., Verderame G.M., Manfredi G., Dolce M., Cosenza E., "Local strengthening of RC structures as a strategy for seismic risk mitigation at regional scale", Earthquake Spectra, in press. Balsamo A., Del Vecchio C., Di Ludovico M., Prota A., Manfredi G., Dolce M., Rinforzo con FRP di nodi travepilastro esistenti: Analisi Sperimentale e Modello di capacità, Atti del 19 Congresso C.T.E., Bologna 8-9 Novembre 2012, pp. 339-349, ISBN n. 978-88-903647-9-2. Di Ludovico M., Balsamo A., Prota A., Verderame G.M., Dolce M., G. Manfredi (2012). Preliminary Results of an Experimental Investigation on RC beam-column joints. In: 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering - CICE, Roma, 13-15 June 2012, p. 02-511-1-02-511-9
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO ( LINEA B: UNINA- Prota) Di Ludovico M., Frascadore R., Prota A., Dolce M., and Manfredi G., Effects of Local Strengthening Interventions on the Global Seismic Performance of Existing RC Structures International Workshop Role of Research Infrastructures in Seismic Rehabilitation - SERIES, Istanbul, Turkey, February 8-9, 2012, paper ID SS2-4, pp. 18-20. (http://web.itu.edu.tr/series). Di Ludovico M., Balsamo A., Prota A., Verderame G.M., Dolce M., and Manfredi G., Experimental Behavior of non-conforming full scale RC Beam-Column Joints Retrofitted with FRP International Workshop Role of Research Infrastructures in Seismic Rehabilitation - SERIES, Istanbul, TUrkey, February 8-9, 2012, paper ID SS2-5, pp. 21-22. (http://web.itu.edu.tr/series). Del Vecchio C., Di Ludovico M., Balsamo A., Prota A., Manfredi G., Dolce M., "Experimental investigation on exterior RC beam-column joints retrofitted with FRP systems", ASCE- Journal of Composites for Construction, submitted.
SVILUPPI FUTURI ( LINEA B: UNINA- Prota) Definizione di semplici formulazioni di progetto per il dimensionamento di rinforzi di FRP su pannelli nodali. Comparazione dell efficacia di diverse tecniche di rinforzo locale e studio benefici costi. Validazione delle modellazioni proposte per il confinamento al fine di migliorare il comportamento delle barre longitudinali al buckling e nel lapsplice mediante prove sperimentali su elementi in scala reale.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA B: Roma La Sapienza Monti) Sviluppo di una formula analitica, ottenuta su base meccanica, del comportamento di elementi NSM in FRP. Messa a punto di una procedura alla Monte Carlo per l individuazione dei parametri con minore sensitività sulla risposta ai fini della loro successiva eliminazione dalle formule di progetto. Produzione di una formula semplificata per la progettazione di elementi NSM in FRP per il rinforzo a taglio delle strutture esistenti. Calibrazione dei coefficienti parziali di sicurezza mediante un estensione della procedura Design by Testing al caso di un ridotto numero di prove sperimentali.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA B: Roma La Sapienza Monti) Input Parameters h ; b ; α; f ; s ; β; f ; E ; a ; b ; τ ; δ ; θ w w cm f fu f f f l ( ; θ; β; );,int 0 1 Evaluation of the average available resisting bond length and the minimum integer number of FRP strips effectively crossing the CDC L = f h s N Rfi w f f Evaluation of various constants L ; A ; V ; V ; J ; λ; C tr bd p c f f1 1 3 Evaluation of the average available resisting bond length reduction factor and the equivalent average resisting bond length ( ) η s ; b ; f ; L ; L eq f w ctm Rfi Rfi Evaluation of the value of imp. end slip for which the peak force transferable through bond is attained, also accounting for the possibility of strip rupture δ Lu Beam flange Z ξ CDC plane b w L d O θ β 2 x fi web intrados CDC plane web extrados FRP strip a) L fi δ ( t ) Li concrete fracture surface θ n α α γ ( t n ) s f β s f FRP strip B A A X E h w l X i α B θ L fi l Oi β δ Li L tr, fi c) d) s t τ τ 0 s f softening friction 0.0 b) free slipping view AA - FRP strip b w CDC plane 2 δ 1 α view BB - δ Evaluation of the maximum effective capacity attainable max V fi, eff Evaluation of the NSM FRP strips shear strength contribution 1 V = 2 N V sin β max l max fd f,int fi, eff γ Rd Debonding Strip tensile rupture Concrete semipyramidal fracture e) Mixed shallowsemi-pyramid-plusdebonding Diagramma di flusso della procedura di progetto e modello fisico.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA B: Roma La Sapienza Monti) PRODOTTI OTTENUTI Bianco, V., Barros, J.A.O., Monti, G., (2011). Influence of mechanical and geometrical parameters on the NSM FRP strips shear strength contribution to a RC beam, FRPRCS-10, April 2-4 Tampa, Florida, USA. Bianco, V., Monti, G., Barros, J.A.O., (2011). NSM FRP strips shear strength contribution to a RC beam: a design procedure, FRPRCS-10, April 2-4 Tampa, Florida, USA. Bianco, V., Monti, G., Barros, J.A.O., (2012). Mechanical model to simulate the NSM FRP strips shear strength contribution to a RC beam: influence of each parameter on the force transferred by a single strip to a prims of plain concrete, Bond In Concrete - BIC2012, Fourth International Symposium, Brescia, 17-20 June 2012. Bianco, V., Barros, J.A.O., Monti, G., (2012). Three dimensional mechanical model to simulate the NSM FRP strips shear strength contribution to a RC beam: parametric studies, Engineering Structures 37(2012), 50-62. Bianco, V., Monti, G., Barros, J.A.O., (2013). Design formula to evaluate the NSM FRP strips shear strength contribution to a RC beam, Composites Part B.
LINEA C MATERIALI COMPOSITI DI TIPO NON TRADIZIONALE Impiego di sistemi meccanici di ancoraggio
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA C: UNISA Realfonzo) Messa a punto di un programma sperimentale di direct shear tests atto a valutare l efficacia della connessione lamina in FRP calcestruzzo effettuata adoperando tasselli metallici ( Mechanically Fastened laminates MF-FRP). Identificazione del legame costitutivo della connessione MF-FRP, ossia del legame tra la tensione di rifollamento e lo scorrimento all interfaccia FRPcalcestruzzo. Realizzazione di una procedura numerica finalizzata all identificazione di legami forza-spostamento che descrivano il comportamento degli ancoraggi meccanici. Analisi dei risultati sperimentali delle prove di direct shear e confronto con i dati ottenuti dalle analisi numeriche. Raccolta in un data base dei risultati di prove sperimentali relative a travi rinforzate con MF-FRP. Messa a punto di un modello FEM per la simulazione del comportamento a flessione di travi rinforzate con sistemi MF-FRP e confronto tra le simulazioni numeriche ed i dati sperimentali.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEAC: UNISA Realfonzo) Analisi dei risultati sperimentali delle prove di direct shear e confronto con i dati ottenuti dalle analisi numeriche. Messa a punto di un modello FEM per la simulazione del comportamento a flessione di travi rinforzate con sistemi MF-FRP e confronto tra le simulazioni numeriche ed i dati sperimentali. Pubblicazioni Martinelli, E, Napoli, A, Nunziata, B, Realfonzo, R. 2012. Inverse identification of a bearing-stressinterface-slip relationship in mechanically fastened FRP laminates. Composite Structures, 94(8): 2548-2560 Realfonzo, R, Martinelli, E, Napoli, A, Nunziata B. 2013. Experimental investigation of the mechanical connection between FRP laminates and concrete. Composites Part B: Engineering, 45(1): 341-355 Napoli, A, Bank, LC, Brown, VL, Martinelli, E., Matta, F., Realfonzo, R. 2013. Analysis and design of RC structures strengthened with mechanically fastened FRP laminates: A review. Composites Part B: Engineering, 55: 386-399 Martinelli, E, Napoli, A, Nunziata, B, Realfonzo, R. 2014. A 1D finite element model for the flexural behaviour of RC beams strengthened with MF-FRP strips. Composite Structures, 107: 190-204
RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA C: UNISA Realfonzo) Lvdt 2 15 DST-1(a) DST-1(b) DST-1(c) DST-1(d) 12 DST-1w(a) DST-1w(b) DST-1w(c) DST-1w(d) 9 6 3 Axial Load, H [kn] Axial load, H [kn] Lvdt 1 FRP laminate Legame d interfaccia MF-FRP calcestruzzo Risultati Sperimentali Direct shear tests 15 best-fit models 12 9 w/ washer 6 w/o washer 3 Laser 1 Laser 2 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Load cell Free-end slip, sf 40 0 [mm] 5 10 15 70 2 n i 5 10 15 20 25 30 35 40 Free-end slip, sf [mm] Simulazioni numeriche Modello FEM per la simulazione delle travi rinforzate con MF-FRP 1 0 20 25 30 35 40 Free-end slip, sf [mm] exp. results num. simulation: Trilinear model num. simulation: Elsayed model 60 Legami costitutivi dei materiali cls ec acciaio 0 0.00 Legame della connessione σf ss es Model 1 Model 2a Model 2b Model 3 700 FRP 0 εf Bearing stress, σ [MPa] sc screw w/washer 630 40 30 20 560 490 420 screw w/washer 10 350 screw w/o washer 280 210 0 140 shot w/washer 70 0 0 0 Force [kn] 50 5 10 15 20 25 30 Slip, s [mm] 35 0 20 40 60 Displacement [mm] 80 100
SVILUPPI FUTURI (LINEA C: UNISA Realfonzo) Analisi ulteriore dell influenza dei parametri che caratterizzano la connessione (es.: lunghezza e diametro del connettore; dimensione della rondella; valore della coppia di serraggio, etc.) sulla risposta strutturale degli elementi rinforzati con MF-FRP. Sviluppo di una procedura di progetto per il rinforzo a flessione di travi in c.a. con sistemi MF-FRP che tenga conto degli scorrimenti ("slip") all interfaccia tra laminato e calcestruzzo.
LINEA C MATERIALI COMPOSITI DI TIPO NON TRADIZIONALE Rinforzo con fibre e/o matrici non tradizionali
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA C: Università del Salento - Aiello) Impiego di materiali compositi fibrosi a matrice polimerica e cementizia per il miglioramento della risposta strutturale di elementi murari dell edilizia storica e residenziale. Progetto e realizzazione di prove sperimentali per l analisi della risposta strutturale di elementi murari soggetti a compressione (colonne) e a sforzo di taglio (pannelli murari) rinforzati con materiali innovativi non convenzionali. In particolare, le prove sperimentali hanno come obiettivo la valutazione dell influenza del rinforzo considerando sia diverse tipologie di fibre (fibre di basalto, metalliche, GFRP attivati mediante leghe a memoria di forma, ecc.) e di matrice (cementizia, cementizia fibrorinforzata ecc.) sia diverse configurazioni (rinforzo continuo, discontinuo, griglia ortogonale, strisce diagonali ecc.) dello stesso. I risultati sperimentali, confrontati con quelli derivanti da prove simili su provini non rinforzati o rinforzati con FRP (Fiber Reinforced Polymer) permetteranno di analizzare l efficacia del sistema di rinforzo. Messa a punto di una prova «single lap shear test» per la misura dell aderenza tra substrato lapideo e materiali compositi non convenzionali. Valutazione sperimentale dell aderenza tra muratura e rinforzi non convenzionali considerando fibre di basalto e metalliche e matrice cementizie fibrorinforzate e non. Nella fattispecie, i risultati ottenuti confrontati con quelli derivanti da prove di aderenza tra muratura ed FRP si pongono l obiettivo di perfezionare le modalità di caratterizzazione del legame di aderenza individuando un adeguata procedura sperimentale.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA C: Università del Salento - Aiello) Muratura Il confinamento mediante diverse tecniche GFRP e SFRC ha mostrato anche per colonne murarie in scala reale la sua efficacia strutturale in termini di incremento di carico ultimo e deformazione assiale a rottura Blocco I campioni realizzati in muratura risultano essere più deformabili rispetto a quelli con i blocchi. Il comportamento potrebbe essere dovuto alle basse proprietà meccaniche della muratura rispetto al blocco. unconfined confined
SVILUPPI FUTURI (LINEA C: Università del Salento - Aiello) Ampliare la campagna sperimentale sull aderenza tra muratura e rinforzi di FRP con particolare riferimento ai substrati costituiti da blocchi assemblati con malta. Analisi successive dei dati ottenuti con riferimento al confronto tra la lunghezza di trasferimento nel caso di substrati costituti in pietra e in muratura. Validazioni delle relazioni di progetto disponibili in letteratura. Sviluppo di nuove tecnologie e validazione strutturale mediante test su scala reale per l impiego di leghe a memoria di forma nel confinamento attivo di colonne murarie mediante FRP. Modellazione analitica della muratura confinata (in progress) e validazione dei risultati da calibrare mediante analisi numeriche non lineari (FEA).
OBIETTIVI COMPLESSIVI (LINEA C: Unical Olivito/Spadea) Gli edifici storici in muratura mostrano difficoltà specifiche se confrontati con le costruzioni comuni in materia di problemi di conservazione, a causa del loro valore culturale e della bassa resistenza del substrato. Di conseguenza è estremamente importante e complesso scegliere appropriate tecniche di rinforzo. L'attenzione deve essere focalizzata sulla limitazione degli interventi, evitando rinforzi inutili. Questo obiettivo è chiaramente in accordo con i principi dello sviluppo sostenibile e di questa attività di ricerca. L obiettivo principale della ricerca è rappresentato dalla valutazione dell efficacia ed affidabilità del rinforzo di strutture murarie quando sono impiegati materiali compositi innovativi in fibre naturali come rinforzo strutturale. Il progetto è stato organizzato in diverse fasi: la produzione di compositi a base di resina e a base di malta, le prove di caratterizzazione meccanica delle matrici e dei singoli compositi e le prove su microelementi in muratura rinforzati con compositi in fibre naturali. I materiali naturali utilizzati principalmente sono il lino, la canapa, la juta e il sisal.
OBIETTIVI RAGGIUNTI NEL TERZO ANNO (LINEA C: Unical Olivito/Spadea) Dall'attività di ricerca svolta sono stati ottenuti diversi risultati: riguardo le prove di trazione sui tessuti e sui compositi a base di fibre naturali, i risultati ottenuti dalle prove sono elencati nella Tabella 1. È possibile notare che il lino è il materiale con proprietà meccaniche superiori rispetto le fibre di juta e sisal. I tessuti impregnati di resina epossidica (NFRP) presentano una maggiore resistenza alla trazione rispetto alla resina poliestere, di conseguenza la resina epossidica risulta più adatta matrice dal punto di vista meccanico. Concernente i tessuti con la matrice cementizia, sono ancora necessari ulteriori studi, soprattutto per quanto riguarda lo spessore della malta da applicare ai provini e il rapporto tra acqua e fibre. Riguardo i risultati ottenuti dalle prove di flessione su tre punti (figura 3), queste dimostrano che i mattoni rinforzati sono caratterizzati da un incremento della resistenza a flessione, rispetto al mattone non rinforzato (f f =800kPa) di quasi il 38% con il lino (f f =1050kPa) e 32% con la canapa (f f =980kPa). Nel caso delle prove di pull-out la tensione di aderenza è praticamente indipendente dalla fibra, infatti si osserva lo stesso valore di resistenza alla trazione (f t =1200kPa).Infine dalle prove di delaminazione svolte è stato possibile distinguere 4 tipologie di rottura, la più diffusa è quella di tipo coesiva nella malta, con una percentuale del 61%, tenendo conto che per ogni tipo di materiale sono stati testati un numero di 6 provini ciascuno. Tensile Strength [MPa] 140 120 100 80 60 40 Natural State Epoxy Resin Polyester Resin Mortar 20 0 JUTE7 JUTE12 JUTEsisal SISALyellow SISAL/COIR HEMP FLAX Figure 1: Tensile strength - Materials diagram Figure 2: Study of durability on natural fibers-based composites with mortar matrix Figure 3: Experimental envelope of unreinforced brick, hemp-ffrp and Flax-FFRP strengthened bricks Riguardo le prove di durabilità sono state utilizzate due tipologie di matrici cementizie: una base di calce idraulica naturale (NLM) con basso contenuto di acqua, l'altra a base di calce idraulica naturale (NLG) con l'aggiunta di pozzolana naturale e filler carbonatico. La fibra impregnata di malta è stata bagnata e lasciata asciugare in un ambiente a temperatura costante allo scopo di valutare gli effetti di durabilitàdelle due diverse tipologia di malta; quindi sono state effettuate prove di trazione con un intervallo di tempo costante pari ad un mese. Come si può notare dal grafico la resistenza della fibra impregnata di malta NLM dopo tre mesi è notevolmente più bassa rispetto alla fibra impregnata con malta NLG, la quale mantiene, nonostante il tempo, le caratteristiche meccaniche iniziali riducendo, inoltre, il processo di carbonatazione.