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Giovanni [email protected]
Università di Brescia
Il Il calcestruzzocalcestruzzo fibrorinforzatofibrorinforzatoper le per le applicazioniapplicazioni strutturalistrutturali
L’Aquila, Facoltà di Ingegneria - 16 Dicembre 2008
Shah’s 5 daysConcrete Technology Course
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Calcestruzzo Fibrorinforzato (CNR DT 204)
“Il calcestruzzo fibrorinforzato è un materiale composito caratterizzato da una matrice cementizia e da fibre discrete (discontinue). La matrice ècostituita da calcestruzzi o da malte, normali o ad alte prestazioni. Le fibre possono essere di acciaio, di materiale polimerico, di carbonio, di vetro o di materiale naturale.”
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Many structural and non structural elements are designed and reinforced with FRC, as PARTIAL or TOTAL substitution of conventional reinforcement:
• Factory pavements, highways, parking areas• Heavy prefabrication structural elements• Light prefabrication elements• Tunnel linings
Main FRC uses
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Principali vantaggi del FRC
• AVOID CONVENTIONAL REINFORCEMENT (WELDED MESH)• LABOR REDUCTION• REDUCTION OF CHECKING TIME• REINFORCEMENT CORRECTLY PLACED
CONSTRUCTIVES:
STRUCTURALS:
• SMALLER CRACK WIDTH OPENINGS• LONGER DURABILITY• BETTER IMPACT AND ABRASION STRENGTH• BETTER FATIGUE STRENGTH
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Fibers for concrete
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Fibre per il calcestruzzo
Elemento di rinforzo caratterizzato geometricamente da una dimensione prevalente rispetto alle altre,
avente superficie liscia o ruvida, di forma rettilinea o sagomata, in grado di essere disperso
omogeneamente nell’impasto.
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Effetti delle fibre nel calcestruzzo
Fibers activate after cracking of the concrete matrix.
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Rottura o sfilamento delle fibre
Fibre sintetiche Fibre di acciaio
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Effetti delle fibre nel calcestruzzo
Fibre content
Vf ≤ 1%
Fibre effects• durability (cracking control)
• anchorage lengths
• deformability (tension stiffening)
• stress limits in P/C elements
• minimum reinforcements (N, M,V)
• fatigue
• shrinkage
•D regions (spalling, bursting, splitting)
σres(w)plain
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•• Fibre di AcciaioFibre di Acciaio •• Fibre di AlluminioFibre di Alluminio
•• Fibre di CarbonioFibre di Carbonio
•• Fibre di VetroFibre di Vetro
•• Fibre di PolipropileneFibre di Polipropilene
Si differenziano in base al tipo di forma e di materiale di cui sono costituite
Fibre per calcestruzzo
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Lunghezza[mm]
∅medio[μm]
ft [MPa]
E [MPa]
Acciaio 30 ÷ 60 500 ≥ 1100 210 000
Polipropilene 6 ÷ 24 35x400 340 ÷ 500
8 500 ÷ 12 500
Carbonio 10 ÷ 20 8 ÷10 > 2000 180 000 ÷ 240 000
Vetro ≅ 12 14 72 000
Caratteristiche di alcune tipologie di fibra
Polipropilene
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Tipi di fibre per il calcestruzzo
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Fibre di acciaio
Le fibre d’acciaio costituiscono un elemento resistente AD ELEVATO MODULO ELASTICO, diffuso CAPILLARMENTE ed OMOGENEAMENTE nel calcestruzzo
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Alcuni tipi di fibre in acciaio
Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Tipo 4 Tipo 5 Tipo 6
Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3
Tipo 4 Tipo 5 Tipo 6
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Tipi di fibre di acciaio
Ondulate
Incollate
Uncinate
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Caratteristiche geometriche delle fibre di acciaio
► Lunghezza L: distanza tra le due estremità della fibra ► Diametro (o diametro equivalente) De: diametro del filo, per fibre da filo, oppure il diametro del cerchio di area uguale a quella della sezione trasversale della fibra ► Rapporto d’aspetto L/De: rapporto tra la lunghezza L ed il diametro (o diametro equivalente) ► Resistenza a trazione: si può riferire al semilavorato di partenza (filo) o al prodotto finito (fibra) ► Forma: la fibra può essere sagomata, in senso trasversale o longitudinale, o rettilinea
UNI 11037: Fibre di acciaio da impiegare nel confezionamento di conglomerato cementizio rinforzato
L d
L/d >> 1L
d
L/d = 1
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Tipi di sagomatura alle estremità
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Produzione delle fibre di acciaio
filo di acciaio trafilato a freddo
ottenuto da vergella
nastro laminato a freddo di acciaio
non legato o legato
Fibre fresate
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La sagomatura delle fibre è fondamentale per la dissipazione di energia nella fase di sfilamento della fibra
Effetti della deformazione alle estremità
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Fibre sintetiche
• Controllo della Fessurazione da Ritiro♦Micro-fibre♦Bassi dosaggi
• Miglioramento della resistenza al fuoco♦Micro-fibre♦Bassi dosaggi
• Impieghi strutturali♦Macro fibre♦Dosaggi maggiori
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Fibre sintetiche per impieghi strutturali
♦Lunghezza = 10 ÷ 60 mm♦Rapporto d’Aspetto =100 ÷ 850♦Resistenza trazione ≈ 700 MPa♦Modulo Elastico ≈ 9.5 GPa
Dosaggi consigliati:♦ 0.32 % ÷ 0.85 %♦(3 kg/m3) ÷ (8 kg/m3)
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Macro fibre in polipropilene
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Macro fibre in polipropilene monofilamento
♦ Lunghezza ≈ 50-60 mm♦ Rapporto d’Aspetto = 700-800♦ Resistenza trazione = 620-758 MPa♦ Modulo Elastico ≈ 9.5 GPa♦ Peso Specifico ≈ 0.9-1.0 kg/dm3
Dosaggi consigliati:♦ 0.05 % ÷ 0.5 %♦ (0.5 kg/m3) ÷ (4.55 kg/m3)
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SFRC Mix Design
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Calcestruzzo a prestazioni (EN 206)
• Il calcestruzzo strutturale deve essere richiesto con riferimento a parametri prestazionali che possono esserefacilmente misurati
• Quali sono le prestazioni richieste al calcestruzzo?
• resistenza;• lavorabilità• pompabilità• tenacità• resistenza alla fessurazione da ritiro• resistenza alle brevi stagionature• resistenza agli urti• resistenza alla fatica
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Scelta della tipologia di fibra
• Polipropilene (modesta aderenza e modulo elastico)
• PVA (buona aderenza e buon modulo elastico)
• Acciaio (rettilinee)(modesta aderenza ee elevato modulo elastico)
• Acciaio (sagomate)(buona aderenza e elevato modulo elastico)
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Considerazioni generali
• Le regole generali che guidano il mix design del calcestruzzo non cambiano
• Possono in alcuni casi essere necessari alcuniaccorgimenti volti a:
• garantire il requisito di omogeneità della dispersionedelle fibre;
• compensare l’evenetuale riduzione di lavorabilitàcollegata all’aggiunta di fibre
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Mix design
Il problema si pone per calcestruzzi a prestazione garantitache deve essere specficato secondo la UNI:
• classe di resistenza a compressione così come indicatonella UNI EN 206;• classe di consistenza così come indicato nella UNI EN 206;• classe di esposizione così come indicato nella UNI EN 206 – prospetto III;• dimensione massima nominale dell’aggregato;• classe di resistenza di prima fessurazione;• classe di duttilità.
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Mix design
In sintesi i requisiti prestazionali possono essere specificaticome segue:
Allo stato fresco
Allo stato indurito
consistenza (S3 / S4 / S5 … SCC)
resistenza alla fessurazione da ritiro in fase plastica
resistenza a compressione
resistenza di prima fessurazione
tenacità
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Consistenza del SFRC
•Per ogni tipologia di fibra esiste una soglia critica di dosaggiooltre la quale la consistenza dell’impasto è ridotta anchesensibilmente.
•Per le fibre polimerichenormalmente sono accettatidosaggi fino a 0.8 – 1 kg/m³;
•Per le fibre metalliche, anche al dosaggio minimo di norma di 25 kg/m³ generalmente si assiste ad una riduzione di almeno unaclasse di consistenza.
S3
S2
S4
Dosaggio fibre[kg/m³]0
Cal
cest
ruzz
odi
base
16
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S2
S3
S4Calcestruzzo di baseRck = 35 MPaCEM = 330 kg/m³a/c ≈ 0.55Additivo = 0 %
0 Dosaggio[kg/m³]30 - 50
Calcestruzzo fibrorinf.Rck = 35 MPaCEM = 330 kg/m³a/c ≈ 0.55Additivo = 0 %
Esempio di Mix Design
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S2
S3
S4
Dosaggio [kg/m³]
Incremento della pasta
Aumento dosaggio CEMa/c costanteAdditivo = 0%
Impiego additivo
Aumento dosaggio add.Scelta classe superiore add.
AggregatoModificare la natura degli aggregati, il loro fuso granulometrico e il Ømax
30 - 50
Calcestruzzo fibrorinf.Rck = 35 MPaCEM = 330 kg/m³a/c ≈ 0.55Additivo = 0 %
Favorsice la dispersione delle fibre
Favorsice la dispersione delle fibre
Di più agevole impiegoe talvolta più efficace
Di più agevole impiegoe talvolta più efficace CoadiuvanteCoadiuvante
Come migliorare la lavorabilità
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Per ottenere una dispersione uniforme delle fibre è opportuno ricordare che
⇒ Le fibre tendono a formare grovigli prima e durante la miscelazione.
⇒ La tendenza alla formazione di grovigli aumenta con il rapporto d’aspetto.
⇒ Le fibre vanno generalmente aggiunte nel mixer (max 45 Kg/min) dopo che gli altri costituenti sono già stati miscelati; durante l’aggiunta il mixer deve ruotare alla massima velocità possibile, terminata l’aggiunta l’impasto deve essere ancora miscelato per almeno 50 giri del mixer.
Tecnologia di produzione
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•• Dimensione max degli aggregatiDimensione max degli aggregati Φmax ≤ 0,5 LFibra
•• Spessore minimoSpessore minimo elemento strutturaleelemento strutturale Smin ≥ 1,5 LFibra
•• Dosaggio minimo consigliatoDosaggio minimo consigliato dmin ≥ 25 Kg/m3
•• Dimensione max degli aggregatiDimensione max degli aggregati Φmax ≤ 1/3 Smin
• L’impiego del conglomerato cementizio rinforzato con fibre metalliche – Raccomandazioni Tecniche AICAP• Strutture prefabbricate in calcestruzzo – CNR 10025/98• Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali in cls rinforzato con fibre di acciaio –Progetto di norma UNI U73041440• Calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio – UNI 11039. Parte I: Definizioni, classificazione e designazione
Vincoli geometrici
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FRC properties
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Caratteristiche meccaniche del FRC
• Resistenza a compressione• Resistenza a trazione• Modulo elastico• Tenacità• Resistenza a fatica• Resistenza all’usura• Problemi di impatto
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Fiber effects in concrete
High Fiber Content
Low Fiber Content
Plain Concrete
High Fiber Content
Low Fiber Content
Plain Concrete
Fibres:Fibres:
activate after concrete cracking by linking the crack face activate after concrete cracking by linking the crack face
provide an increased residual tensile strength provide an increased residual tensile strength
better control of cracking processbetter control of cracking process
Strain [x10-3]
Com
pr. S
tres
s [M
Pa]
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AD AUMENTARELA TENACITA’(impatto e fatica)
A LIMITARE LEFESSURAZIONI DA RITIRO
AD AUMENTARELA RESISTENZA AL FUOCO
A cosa serve il fibrorinforzo?
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L’aggiunta di fibre metalliche generalmente migliora anche:
⇒la resistenza all’usura (pavimentazioni in calcestruzzo);
⇒la resistenza all’urto
⇒la resistenza alla cavitazione (opere idrauliche).
Il comportamento ai cicli di gelo/disgelo non è significativamente influenzato dall’aggiunta di fibre
La conduttività termica può aumentare
Altre proprietà fisiche e meccaniche
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È la resistenza opposta dal materiale all’avanzamento del processo di frattura (statico, dinamico o per urto) per effetto della sua capacità
di dissipare energia di deformazione. E’ una proprietà intrinseca del materiale
A livello strutturale si manifesta con una risposta più o meno duttile della struttura
dopo la fessurazione della matrice.
Tenacità
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– Dosaggio di fibre
– Lunghezza delle fibre (rapporto di aspetto)
– Geometria delle fibre
– Composizione della matrice
– Aderenza matrice-fibra
Fattori che controllano la tenacità
– Caratteristiche meccaniche della fibra
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Influenza della matrice di calcestruzzo
0
1
2
3
4
5
0 200 400 600 800
NORMAL STRENGTH CONCRETE COMPARISON
Stre
ss σ
w [
MPa
]
Crack Opening Displacement [μm]
NSC-SFRNSC
0
1
2
3
4
5
6
0 100 200 300
Stre
ss σ
w [
MPa
]
Crack Opening Displacement [μm]
HIGH STRENGTH CONCRETE COMPARISON
HSC
HSC-CFRHSC-SFR
NSC HSC
w≈40 μm w≈10 μm
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Risposta del materiale e della struttura
0.00 0.10 0.20displacement w (mm)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
aver
age
tens
ion
σt
(MP
a)
zoom w = 0.20 mm
TRA0 med
TRA4 med
TRA8 med
statically determined
S.L.S. performance increase
plain0.4%0.8%
statically undetermined
stress redistribution
S.L.S. performance increase
?σexp(w) σd(w or ε)
+S.L.U. mechanical contribution{
0.00 2.50 5.00deflection f (mm)
0.0
4.0
8.0
12.0
load
P (K
N)
zoom w = 5.00 mm
FLE0 med
FLE4 med
FLE8 med
plain
0.4%
0.8%
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Fibra dirittaFibra diritta Fibra sagomataFibra sagomata
Car
ichi
(kN
)
Spostamenti (mm)
Car
ichi
(kN
)
Spostamenti (mm)
Prove di estrazione su una singola fibra
La sagomatura delle fibre è fondamentale per la dissipazione di energia nella fase di sfilamento della fibra
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Rottura o sfilamento della fibra
E’ importante affinché vi sia sfilamento e non rottura.Essa è tanto più importante quanto maggiore è l’AderenzaAderenza tra acciaio e cls, cioè quanto più alta è la classe di resistenza del cls (ffck,cyl ck,cyl / f/ fck,cubeck,cube)
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UNI Standard for SFRC
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La designazione di un SFRC avviene secondo i seguenti parametri:La designazione di un SFRC avviene secondo i seguenti parametri:
• Classe di resistenza meccanica a compressione Ccyl/cube (UNI EN 206-1)• Classe di consistenza Si (UNI EN 206-1)• Diametro massimo dell’aggregato (UNI EN 12620)• Classe di esposizione (UNI EN 206-1)•• Classe di resistenza di prima fessurazione fClasse di resistenza di prima fessurazione fIfIf
•• Indice di duttilitIndice di duttilitàà DD00
•• Indice di duttilitIndice di duttilitàà DD11
Esempio di designazione:Esempio di designazione:SFRC UNI 11039 SFRC UNI 11039 –– CC30/3730/37 –– SS44 –– 20 20 –– XC2 XC2 –– FF3.03.0 –– DDPP –– DDS2S2
UNI 11039 - Parte I: Designazione di un SFRC
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UNI 11039 - Parte I: Classificazione di un SFRC
Resistenze di prima fessurazione fResistenze di prima fessurazione fIfIf (Mpa)(Mpa)
Indici di duttilitIndici di duttilitàà DD00 e De D11
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Italian Standard (UNI 11039, 2003)
notch deptha0 = 45 mm
150
mm
450 mm600 mm
A
A’
CTODGAUGE
CMOD GAUGE(Feed-Back Quantity)
150
mm
150 mm
Sect. A-A’
CTODGauge
CMODGauge
CTOD or CMOD)Gauge
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SHAPE AND DIMENSIONS OF SPECIMENSACCORDING TO prEN 12390-5
SHAPE AND DIMENSIONS OF SPECIMENSACCORDING TO prEN 12390-5
Specimen geometry
h
l=3hh h h
L≥3,5h
b=h
a0
CMOD
CTOD
a0=0,3h
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Test Setup
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First Cracking Stress- Direct Method
TEST ON REFERENCE CONCRETE (ALMOST THREE SPECIMENS ARE SUGGESTED)
LO
AD
CTOD
LOA
D
TEST ON FIBRE REINFORCED CONCRETE
PIf
First Crack Load
CTOD0CTOD0
Pmax
CTOD
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First Cracking Stress -Direct Method
ONLY FIBER REINFORCED CONCRETE IS TESTES
LOA
D
CTOD
First Crack Load PI
f
CTOD0 = 25 μm
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Experimental support for CTOD0 evaluation
IN ABSENCE OF THE REFERENCE CONCRETE THE CTOD0 VALUE IS CONVENTIONALLY ASSUMED EQUAL TO 25 μm. THIS VALUE ARISE FROM A STATISTICAL ANALYSIS CARRIED OUT ON SEVERAL SPECIMENS OF REFERENCE CONCRETE HAVING DIFFERENT MECHANICAL PROPERTIES (Compressive Strength from 20 MPa to 90 MPa)
Flexural Strength [MPa]2 3 4 5 6 7 8
CTO
D0
[μm
]
8
12
16
20
24
28
32
36
40
(Xm+1.56σ)Xm + σ
Xm - σ
(Xm-1.56σ)
Xm
Confid. Limit: 95%
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Ductility index
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Equivalent post-cracking strength (UNI 11039)
( ) 0,6U
2ahb
L0,6)(0eq,f 1
0
⋅−
=−
( ) 2,4U
2ahb
L3)(0,6eq,f 2
0
⋅−
=−
( ) ( )∫=0,6
01 CTODdCTODPU
( ) ( )∫=3
0,61 CTODdCTODPU
EQUIVALENT STRENGTHS ARE CALCULATED IN CTOD INTERVALS WHICH TAKE INTO ACCOUNT THE CEB MODEL CODE LIMITS FOR CRACK WIDTH
LO
AD
CTOD0
PIf
CTOD0 +0,6mm CTOD0+3 mm
CTOD
U2U1
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Ductility Indexex (UNI 11039)
CTOD [mm]
D0, D1
>1 HARDENING
=1 PLASTIC
<1 SOFTENING
CTOD0
U2U1
0,6 3
fIf
1,80,3
STR
ESS
)6,00(,
)36,0(,1
−
−=
eq
eq
f
fD
fI
eq
f
fD )6,00(,
0−=
Giovanni Plizzari
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Effetti delle fibre in una prova UNI 11039
Hooked steel fibers-C30/37
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0CTODm [mm]
Nom
inal
Stre
ss
N [M
Pa]
plain concrete30 kg/m350 Kg/m3
30
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Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 59/144
I parametri vanno determinati sul composito
50 Kg/m3
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0CTODm [mm]
Nom
inal
Stre
ss
N [M
Pa]
C30/37
C40/50
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Typical values of fIf, D0, D1
D10,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
f If [M
Pa]
2
3
4
5
6
7
8
930 Kg/m3
60 Kg/m3
D00,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
f If [
MPa
]
2
3
4
5
6
7
8
930 Kg/m3
60 Kg/m3Plain Concrete
31
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EN 14651
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Hybrid Systems of Fibres (HyFRC)
32
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Hybrid Fiber Reinforced Concrete
COMBINATIONS OF DIFFERENT FIBERS IN A CONCRETE TO OPTIMIZE PHYSIC ANDMECHANICAL PROPERTIES FOR SPECIFIC APPLICATION (HPFRC):
DifferentDifferent materialmaterial
Steel Steel -- Plastic Plastic -- CarbonCarbon -- GlassGlass FibersFibers
L d
L/d >> 1L
d
L/d = 1
DifferentDifferent GeometryGeometry
Improved processing (HyFR-SCC)Improved mechanical performance (ductility/toughness)Improved durability (permeability)Reduced cost
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Why Hybrid?
•• TOUGHNESSTOUGHNESS
•• FATIGUE RESISTANCEFATIGUE RESISTANCE
•• IMPACT RESISTANCEIMPACT RESISTANCE
•• PERMEABILITY& DURABILITYPERMEABILITY& DURABILITY
•• JOINT INTEGRITYJOINT INTEGRITY
•• PLASTIC SHRINKAGE CRACK CONTROLPLASTIC SHRINKAGE CRACK CONTROL
•• GREATER ABRASION RESISTANCEGREATER ABRASION RESISTANCE
•• THERMAL EXPANSION THERMAL EXPANSION
& ELECTRICAL CONDUCTIVITY& ELECTRICAL CONDUCTIVITY
Synergistic Performances:Synergistic Performances:
Steel PolymericPolymeric Carbon
+ +Hybrid FRC
33
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Normativa di riferimento
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•• UNI 11037UNI 11037 Fibre di acciaio da impiegare nel confezionamento di conglomerato cementizio rinforzato
•• UNI 11039UNI 11039 Calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio•• UNI UNI UNIUNI 1118811188 Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi
strutturali in calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio•• UNI 10834UNI 10834 Calcestruzzo proiettato•• UNI 11146UNI 11146 Pavimenti di calcestruzzo ad uso industriale•• UNI EN 1916UNI EN 1916 Tubi e raccordi di calcestruzzo non armato, rinforzato
con fibre di acciaio e con armature tradizionali•• UNI EN 1917UNI EN 1917 Pozzetti e camere di ispezione di calcestruzzo non
armato, rinforzato con fibre di acciaio e con armaturetradizionali
•• CNR DT 204CNR DT 204 Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato
•• fibfib MC 2008MC 2008 Will include a Chapter on FRC (work is in progress)
Normativa di riferimento
34
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•• EN 14889EN 14889--11 FibresFibres forfor concreteconcrete – Part.1 Steel fibres•• EN 14845EN 14845--11……22 Test Test methodsmethods forfor fibresfibres in concretein concrete – Part. 1
Reference concretes; Part. 2 Effect on strength•• EN 14651EN 14651 Precast concrete productsPrecast concrete products - Test method for metallic
fibre concrete - Measuring the flexural tensile strength•• EN 14487EN 14487--11 Sprayed concreteSprayed concrete - Part.1 Definitions, specifications
and conformity•• EN 14488EN 14488--11……77 Testing sprayed concreteTesting sprayed concrete – Part.1 Sampling fresh and
hardened concrete; Part. 2 Compressive strength of young sprayed concrete; Part. 3 Flexural strengths (first peak, ultimate and residual) of fibre reinforced beam specimens; Part. 4 Bond strength of cores by direct tension; Part. 5 Determination of energy absorption capacity of fibre reinforced slab specimens; Part. 6 Thickness of concrete on a Substrate; Part. 7 Fibre content of fibre reinforced concrete
Contesto Europeo
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Perchè abbia un senso pratico, la domanda andrebbe cosìformulata:
Quali sono i requisiti meccanici minimi di un Quali sono i requisiti meccanici minimi di un calcestruzzo rinforzato con una certa percentuale in calcestruzzo rinforzato con una certa percentuale in volume di un determinato tipo di fibra, affinchvolume di un determinato tipo di fibra, affinchéé tale tale materiale possa avere un qualche impiego strutturale?materiale possa avere un qualche impiego strutturale?
Quando una fibra può definirsi “Strutturale”?
35
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ffR1kR1k ≥≥ 0,4 0,4 ffLkLk
Il requisito meccanico minimo dipende dalla situazione statica. In ogni caso, anche in presenza di una situazione strutturale anche in presenza di una situazione strutturale iperstaticaiperstatica che fornisca un controllo alle deformazioni delle sezioni critiche nell’ipotesi di una loro fessurazione precoce, con possibilitàdi ridistribuzione degli sforzi, il REQUISITO MINIMO INDEROGABILEREQUISITO MINIMO INDEROGABILEper tener conto della resistenza a trazione del calcestruzzo fibrorinforzato vale (New fib Model Code):
Fibre come rinforzo strutturale
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CNR – DT 204 Requisiti prestazionali minimi
L’utilizzo per scopi strutturali del FRC con comportamento degradante è consentito se:
fFtsk/fctk > 0.2.
In tutte le strutture di FRC occorre garantire che sia soddisfatta la seguente relazione:
αu ≥ 1.2·α1,
αu P massimo - α1 P di prima fessurazione
In alternativa, è consentito di rispettare la limitazione (meno restrittiva):
αu > α1,
se il rapporto tra lo spostamento massimo e quello di prima fessurazione sia almeno pari a 5.
σ
ε
fFts
fFtu
fFt=fct
36
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Fracture Mechanics of Concrete
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In RC structures the response can be accepted as linear up to yielding of the reinforcement
In FRC structures the response is markedly non linear
RC FRC
Structural analysis: RC vs. FRC
Performing analyses based on Non Linear Fracture Mechanics
37
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Conventional design methods
Based on Elastic analysis:
Westergaard (1926)
FE method
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Non Linear Fracture Mechanics
Linear, Bilinear, Exponentialσ-w law:A good approximation is provided
by the bilinear law
38
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Crack development in a SFRC slab on grade
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Tests on Full-Scale Slabs (Falkner et al.; 1995)
39
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From material to structure
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Fibers
0.380.130.130.13FF1-MC1-F12
0.38-0.38-MC1
0.38--0.38FF1
0.380.19-0.19FF1-F12
0.38-0.190.19FF1-MC1
0.380.38--F12
--
Vf,tot[%]vol.
F12[%]vol.
MC1[%]vol.
FF1[%]vol.
Volume FractionPolypropylene FibersSteel Fibers
Material
Same fiber content: 0,38% by volume
40
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C40/50 - Comparison NSCs
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4CTODm [mm]
Nom
inal
Str
ess
sN [M
Pa]
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4CTODm [mm]
Nom
inal
Str
ess
sN [M
Pa]
+
Results from fracture tests
++
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4CTODm [mm]
Nom
inal
Str
ess
sN [M
Pa]
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Material Parameter Identification
fct σ1 w1 σ2 w2 wcr [MPa] [MPa] [mm] [MPa] [mm] [mm]
Plain 3.7 0.953 0.028 - - 0.227 F12 3.7 0.982 0.0277 - - 0.282
FF1-MC1(*) 3.7 1.934 0.018 1.050 0.180 1.280 FF1-F12(*) 3.7 1.542 0.022 0.850 0.190 1.270
FF1 3.7 1.149 0.026 - - 1.280 MC1 3.7 2.719 0.010 - - 0.317
FF1-MC1-F12(*) 3.7 1.738 0.020 0.780 0.150 1.270
Poly-linear laws
0
1
2
3
4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Crack opening [mm]
Nom
ial S
tres
s [M
Pa]
FF1-F12FF1-MC1
FF1
MC1
F12
Plain
FF1-MC1-F12
+
+
+ +
41
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Structural behavior: Slab Geometry
0.123801504000
[N/mm3][mm][mm][mm]
kasL
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Mesh
Crack surfaces
(discrete crack)
NLFM: Discrete Crack Approach
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Numerical Analyses: slab collapse
Load – crack opening curve in ACrack reaches point B
A
B
Conv. Slab collapseMax crack opening
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Comparison Slabs on Grade
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Displacement [mm]
Load
[kN
]
PlainF12FF1
MC1
Cra
ckO
nset
Structural behavior: Numerical results
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Displacement [mm]
Load
[kN
]
PlainF12FF1
MC1FF1-MC1
Cra
ck O
nset
+Comparison Slabs on Grade
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Displacement [mm]
Load
[kN
]
PlainF12FF1
MC1FF1-MC1
Cra
ck O
nset
+
+
+
43
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Normativa di riferimento
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Normativa per la progettazione
UNI 11146, progettazione, l'esecuzione ed il collaudo dei pavimenti di calcestruzzo ad uso industriale
UNI 11188, 2006: Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali in calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio.
CNR DT 204, Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato
M LL. PP. Normativa tecnica per le costruzioniFib New Model Code (in preparazione)
UNI 11146, progettazione, l'esecuzione ed il collaudo dei pavimenti di calcestruzzo ad uso industriale
UNI 11188, 2006: Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali in calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio.
CNR DT 204, Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato
M LL. PP. Normativa tecnica per le costruzioniFib New Model Code (in preparazione)
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Normativa di riferimento
EN 14889-1, Fibres for concrete — Part 1: Steel fibres —Definition, specifications and conformity
EN 14889-2, Fibres for concrete — Part 2: Polymer fibres —Definition, specifications and conformity
UNI 11039: Calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio; (1a) Parte I: Definizioni, classificazione e designazione; (1b) Parte II: Metodi di prova.
CEN EN 14651 Test method for metallic fibre concrete –Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual).
EN 14721, Precast concrete products - Test method for metallic fibre concrete - Measuring the fibre content in fresh and hardened concrete.
EN 14889-1, Fibres for concrete — Part 1: Steel fibres —Definition, specifications and conformity
EN 14889-2, Fibres for concrete — Part 2: Polymer fibres —Definition, specifications and conformity
UNI 11039: Calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio; (1a) Parte I: Definizioni, classificazione e designazione; (1b) Parte II: Metodi di prova.
CEN EN 14651 Test method for metallic fibre concrete –Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual).
EN 14721, Precast concrete products - Test method for metallic fibre concrete - Measuring the fibre content in fresh and hardened concrete.
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Verifica della distribuzione delle fibre
Le fibre devono presentare una distribuzione omogenea all’interno dell’impasto. Il raggiungimento di tale condizione può essere ostacolato dalla formazione di accumuli di fibre, comunemente indicati con i termini di “grumi”, “ciuffi” o “grovigli”. In particolare, la loro presenza, seppur limitata, può provocare occlusioni tali da rendere difficoltose le operazioni di pompaggio.
La distribuzione uniforme delle fibre nell’impasto può essere verificata con la EN 14721
Le fibre devono presentare una distribuzione omogenea all’interno dell’impasto. Il raggiungimento di tale condizione può essere ostacolato dalla formazione di accumuli di fibre, comunemente indicati con i termini di “grumi”, “ciuffi” o “grovigli”. In particolare, la loro presenza, seppur limitata, può provocare occlusioni tali da rendere difficoltose le operazioni di pompaggio.
La distribuzione uniforme delle fibre nell’impasto può essere verificata con la EN 14721
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Normativa di riferimento
EN 14845-1, Test methods for fibres in concrete - Part 1: Reference concretes
EN 14845-2, Test methods for fibres for concrete — Part 2 —Effect on concrete.
EN 14845-1, Test methods for fibres in concrete - Part 1: Reference concretes
EN 14845-2, Test methods for fibres for concrete — Part 2 —Effect on concrete.
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CNR DT 204
46
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CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE
COMMISSIONE INCARICATA DI FORMULARE PARERI IN MATERIA DI NORMATIVA TECNICA RELATIVA ALLE COSTRUZIONI
Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo
di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato
CNR – DT 204
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CNR-DT 204 - Indice
1. Premessa
2. Materiali
3. Concetti basilari del progetto e problemi speciali
4. Verifica di resistenza allo Stato Limite Ultimo
5. Stato Limite di Esercizio
6. Esecuzione
7. Resistenza al fuoco
8. Collaudo e controlli di produzione
47
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CNR-DT 204 - Appendici
1. Sulla resistenza a trazione: identificazione dei parametri costitutivi
2. Sul controllo e sui criteri di conformità
3. Sulle prove di caratterizzazione meccanica per materiali incrudenti
4. Sulla resistenza dei materiali: calcolo dei valori caratteristici per la progettazione delle strutture
5. Sulla determinazione sperimentale dei coefficienti di degrado
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Materiali
Fibre
Matrice
Calcestruzzo Fibrorinforzato
FIBRE DI ACCIAIO
FIBRE POLIMERICHE
FIBRE DI MATERIALE INORGANICO (Carbonio, vetro)
FIBRE DI MATERIALE NATURALE
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Comportamento a compressione
Le fibre generalmente riducono la fragilitriducono la fragilitàà della matrice
La resistenza a compressioneLa resistenza a compressione non è significativamente influenzata dalla presenza delle fibre e può essere, nella pratica, assunta coincidente con quella della matrice.
A meno di opportune sperimentazioni, il legame costitutivolegame costitutivo del calcestruzzo fibrorinforzato a compressione può essere assunto pari a quello indicato per la matrice dalle norme di riferimento.
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Comportamento degradante(bassa percentuale di fibre)
Comportamento incrudente (alta percentuale di fibre)
Curva carico-spostamento
P P
P P P P
δ δ
Comportamento a trazione
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degradante
incrudente fFtu
fFtu
fFt
σ
ε
fFT resistenza a trazione uniassiale di prima fessurazione
fFTu resistenza a trazione uniassiale residua ultima
Vf ≥ 2%
Vf < 2%
Comportamento a trazione
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Per la definizione del legame costitutivo si suggerisce un approccio di tipo prestazionaletipo prestazionale basato su opportune prove su campione
Determinazione sperim. del comportam. trazione
Prova a flessione secondo UNI 11039 su provino intagliato
Risultato di tipo incrudente: ripetere la prova su provino non intagliato
P P
l l l
L=3.5 l
h+a=
l
ah
50
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σ
ε
fFts
fFtu
fFt=fct
Risultato: Legame P-CTOD
σN= tensione nominale = 6⋅P⋅l/b⋅h2
CTOD = valore nominale di apertura di fessura: variazione di distanza di due punti a cavallo dell’intaglio
Legame σN -CTOD
Legame semplificato σ - w
wu
σincrudente
degradante
w
fFts
fFtu
fFtu
σ
w
rigido-plasticofFtu
fFtu
wu
Determinazione sperim. del comportam. trazione
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Applicazione della procedura di identificazione dei parametri del legame costitutivo a trazione
Definizione del legame costitutivo lineare post-fessurazione: condizioni di equilibrio della sezione centrale in presenza dei carichi che producono le tensioni nominali feq1 ed feq2
Distribuzioni di tensione:
feq1feq2
σN
CTOD
fIf
wi1CTOD1 CTOD2wi2CTOD0
51
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3. Concetti basilari del progetto e problemi speciali
L’utilizzo per scopi strutturali del FRC con comportamento degradante è consentito se:
fFtsk/fctk > 0.2.
In tutte le strutture di FRC occorre garantire che sia soddisfatta la seguente relazione:
αu ≥ 1.2·α1,
αu P massimo - α1 P di prima fessurazione
In alternativa, è consentito di rispettare la limitazione (meno restrittiva):
αu > α1,
se il rapporto tra lo spostamento massimo e quello di prima fessurazione sia almeno pari a 5.
σ
ε
fFts
fFtu
fFt=fct
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3.6.1 Coefficienti parziali dei materiali
Materiale Applicazioni di tipo A(1) Applicazioni di tipo B(2) calcestruzzo fibrorinforzato in compressione
come prescritto dalla Normativa vigente (in assenza di fibre)
come prescritto dalla Normativa vigente (in assenza di fibre)
calcestruzzo fibrorinforzato in trazione non fessurato
come prescritto dalla Normativa vigente (in assenza di fibre)
come prescritto dalla Normativa vigente (in assenza di fibre)
calcestruzzo fibrorinforzato in trazione fessurato (resistenze residue)
γF = 1.5 γF = 1.3
acciaio come prescritto dalla Normativa vigente
come prescritto dalla Normativa vigente
Applicazioni di Tipo A: Controllo di qualità ordinario sul materiale; resistenze ottenute con prove standard nominali.
Applicazioni di Tipo B: Elevato controllo di qualità sul materiale e su elementi strutturali; resistenze ottenute con prove strutturali specifiche.
I valori dei coefficienti parziali del calcestruzzo fibrorinforzato a trazione, γF, risultano inferiori di quelli relativi al calcestruzzo in compressione, γc, poiché non sono applicati al valore di picco, ma ad un valore di resistenza residuo.
52
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4 Verifica di resistenza allo stato limite ultimo M-N
La rottura per flessione si manifesti quando si verifica una delle seguenti condizioni:
v raggiungimento della massima deformazione di compressione, εcu, nel FRC;
v raggiungimento della massima deformazione di trazione, εsu, nell’acciaio d’armatura;
v raggiungimento della massima deformazione di trazione, εFu, nel FRC.
M
Fu≤ ε
su≤ ε
cu≤ ε
Asl
cdf
Ftsf /γ F
Rd
NSd
cdη · f
Ftuf /γ F
λ·xx
y
incrudente degradante
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Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 104/144
4.1.3.5 Fibre come Armatura a taglio
Normal Strength Concrete, f'c = 24.8 MPa
0
100
200
300
400
0 20 40 60 80Displacement [mm]
Loa
d [k
N]
NSC1-PCNSC1-FRC1NSC1-FRC2
30 kg/m3, 30/0.6 + 15 kg/m3, 12/0.1830 kg/m3, 30/0.6
V V
δ
53
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4.1.3 Resistenza a taglio delle travi
Travi senza armatura d’anima
Travi con armatura d’anima
Rd Rd,s Rd,FV V V= +
( )swRd,s ywd
AV z f cot cot sinp
ψ θ ψ= ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅
Giovanni Plizzari
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4.1.3.5 Armatura minima a taglio
E’ consentito di non prevedere la presenza di armature trasversaliconvenzionali (staffe) qualora sia rispettata la seguente limitazione:
ckFtuk 20
ff ≥
σ
ε
fFts
fFtu
fFt=fct
54
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Taglio nelle travi: Esempio applicativo
2Ø24 Bars
500
mm
p = 35 kN/md
6 m
2Ø24 Deformed Bars
500
200
35 / ( )500 ; 460
30 ; 500
1.5; 1.1530 50020 ; 4351.5 1.52 ( 2)
u
ck yk
c s
cd yk
ctk
p kN m ULSh mm d mmf MPa f MPa
f MPa f MPa
f MPa EC
γ γ
=
= == =
= =
= = = =
=
2 2max
max
2
1 1 35 6 157.58 8
1 1 35 6 1052 2
904 0.98%200 460
161
sl
w
u
M p l kN m
V p l kN
A mmb d mm mm
M kN m
ρ
= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅
= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =
= = =⋅ ⋅
= ⋅
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Taglio nelle travi: Esempio applicativo
13
, 10.18 (100 ) 0.15 49
WRd ct ck CPc
V k f b d kNρ σγ
⎡ ⎤= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ =⎢ ⎥
⎣ ⎦
1.6 1.4
Minimum Shear Reinforcement
3.2 meters requiring design shear reinforcement; 2.8 meters requiring minimum shear reinforcement.
Design Shear Reinforcement:
, , 56
3212 8@300
swR ds yd Rd Rd ct
AV z f V V kNs
s mmmm
= ⋅ ⋅ = − =
≤⇒ Φ
,min
0.75 345
0.08 0.0009
2 6 @300
ckw
yk
s d mm
ff
mm
ρ
≤ ⋅ =
= =
⇒ Φ
Minimum Shear Reinforcement:
55
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Taglio nelle travi: Esempio applicativo
dbff
fkV
WCPckctk
uFtk
cFRd ⋅⋅⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅⋅= σρ
γ15.0))5.71(100(18.0
31,
1,
13
,0.18 200 0.901 (100 0.0098 (1 7.5 ) 20) 200 460 811.5 460 2Rd FV kN
⎡ ⎤⎛ ⎞= ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
Minimum Shear Reinforcement
2.30.7
ckFtuk
30 0 2720 20f
f . MPa≥ = =
, , 242 6@300
420
swR ds yd Rd Rd ct
AV z f V V kNmms
s mm
⎫= ⋅ ⋅ = − = ⎪ ⇒ Φ⎬⎪≤ ⎭
Assume 30 kg/m3 of steel fibers having l/φ =67 and fFtk,u=0.90 MPa (tested at the University of Brescia)
Minimum shear reinforcement
OKDesign Shear Reinforcement
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Taglio nelle travi: Esempio applicativo
2Ø8@300mm 2Ø6@300mm
2Ø6@300mm
Plain concrete
FRC
56
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Elementi con fibre e armatura convenzionale
La verifica di elementi di calcestruzzo fibrorinforzato con armatura convenzionale può essere eseguita con i metodi tradizionalmente adottati per il calcestruzzo armato; il contributo delle fibre può essere considerato adottando metodi di analisi non lineare (analisi limite, analisi non lineare evolutiva).
Giovanni Plizzari
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5 Stati Limite di Esercizio
1. Verifica delle tensioni
2. Apertura delle fessure
3. Armatura minima per il controllo della fessurazione
57
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Progettazione di pavimenti
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I pavimenti sono strutture?
I pavimenti sono piastre su un appoggio continuo che spesso
viene modellato come suolo elastico alla Winkler
I pavimenti sono governati più dagli Stati
Limite di Esercizio (controllo della
fessurazione e della fessurazione) che dagli
Stati Limite Ultimi
58
Giovanni Plizzari
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Il pavimento è una struttura!!
Il pavimento industriale, alla stregua di ogni altra struttura destinata a resistere a carichi statici e dinamici e all’azione di degrado causata dall’operatività e dall’ambiente, richiede la definizione e l’esecuzione di un progetto nel quale siano stati definiti i parametri relativi a tutti gli elementi, dal sottofondo allo strato di usura, comprese le prescrizioni perle materie prime e i prodotti, la messa in opera, la stagionatura e i tempi di messa in esercizio.
Giovanni Plizzari
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• Fessurati
Pavimenti in FRC (Yield lines
o NLFM)
Metodi di calcolo per i pavimenti
• NON Fessurati (Analisi elastica - Westergaard)
Pavimenti in FRC con armatura
convenzionale (Yield lines o
NLFM)
Pavimenti con armatura
convenzionale (Analisi elastica
o yield lines)
59
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Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 117/144
σc < σc.max
σct < σct.max
yx
1 1
t
qx qy
mxy myx
mx my
Sforzi nei pavimenti
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Experiments on full-scale slabs
Kw=7.85 daN/cm3
60
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Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 119/144
Experimental results
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8Top Central Deflection [mm]
Load
[kN
]
Fu=177
P0
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8Top Central Deflection [mm]
Load
[kN
]
P1
Fu=238.6
Fu=177
P0
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8Top Central Deflection [mm]
Load
[kN
]
P1
P2a
P2b
Fu=265.0
Fu=246.0Fu=238.6
Fu=177
P0
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 120/144
Design Abaci
61
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 121/144
FRC precast panels
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 122/144
Elementi che trasferiscono alla struttura principale le sollecitazioni derivanti da:
PESO PROPRIO SPINTA DEL VENTO
Classificazione geometrica:Pannelli ad asse orizzontalePannelli ad asse verticale
Pannelli di tamponamento prefabbricati
62
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 123/144
200
200
200
200
SOSTITUZIONE DELL’ARMATURA TRADIZIONALE (rete elettrosaldata) CON FIBRE
INDUSTRIALIZZAZIONE DEL PROCESSO PRODUTTIVO
RIDUZIONE DEGLI SPESSORI STRUTTURALI
ALLEGGERIMENTO MANUFATTI
MIGLIORAMENTO CARATTERISTICHE DI ISOLAMENTO TERMICO
MINORI COSTI DI TRASPORTO
Ottimizzazione dei pannelli
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Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 124/144
Strato alleggerimento (8.5-12.5 cm)SFRC (2.5-6.5 cm)
Finitura + SFRC (5 cm)
F5/20/25 F5/20/25
SOLUZIONE RC
SOLUZIONE SFRC
SFRCRC
Programma sperimentale
63
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 125/144
Martinetto elettromeccanico
Applicazione del carico trasversale
Modalità di prova 1/2
x
yy
x
+ qy = qpp
qx = qvento
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 126/144
Modalità di prova 2/2
64
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 127/144
Strumentazione
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 128/144
01020304050607080
0 50 100 150 200 250 300
Displacement [mm]
Mom
ent [
kNm
]
Mes
PT1
PT2 5
Ø5/
20/2
5
5 10
Ø5/
20/2
5
125 3
Risultati sperimentali 1/2
PANNELLI TRADIZIONALI
PANNELLI FIBRORINFORZATI
(Vf=0.45%)
Mid-Span Section - SFRC Panels (Vf=0.45%)
01020304050607080
0 50 100 150 200 250 300 350
Displacement [mm]
Mom
ent [
kNm
]
Mes
PT1
PF3
PF4
PF1
PF2
PF5
2.54.5 13
5 12 3
3125
65
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 129/144
Moment vs. Displacement Mid-Span Section - SFRC Panels (Vf=0.38%)
0
15
30
45
60
75
90
0 50 100 150 200 250 300
Displacement [mm]
Mom
ent [
kNm
]
Mes
PT1
PF6
PF7
PF8Riduzione Peso Proprio ~20%
Risultati sperimentali 2/2
LA SOLUZIONE CON GEOMETRIA OTTIMIZZATA HA MOSTRATO UNA CONVERGENZA DEI RISULTATI
L/40
0
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FRC precast slabs
66
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Specimen geometry
The behavior of precast slabs simply supported on the four edges was experimentally studied on full-
scale specimens140÷200 cm
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 132/144
RC vs. SFRC
26 kg of fibers+
88 kg of rebars135 kg of rebars
67
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 133/144
FRC tunnel linings
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 134/144
Vantaggi con i SFRC nei rivestimenti di tunnels
• L’SFRC ha un’elevata resistenza agli urti, che si possono verificare durante i processi di trasporto e assemblaggio dei conci
• Permette di limitare l’ampiezza delle fessure
• L’SFRC è un materiale tenace, aspetto di notevole importanza in relazione all’effettiva efficacia di alcune scelte progettuali
68
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 135/144
Vantaggi con i SFRC nei rivestimenti di tunnels
• Consente un miglior controllo dei distacchi in galleria di porzioni di rivestimento
• Consente un miglior controllo e meccanizzazione del processo produttivo dei conci
• Eliminazione spazi di stoccaggio delle gabbie di armatura tradizionale posate nei conci
• Garantisce un contributo resistente anche in zone degli elementistrutturali in cui l’armatura tradizionale risulta di difficile posa
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 136/144
Tipologie di rivestimenti di tunnels
• Rivestimenti tradizionali gettati in situ:
Rivestimento di prima fase Rivestimento finale
• Rivestimenti in conci prefabbricati:
Anelli di conci prefabbricatiMartinetti di spinta
Scudo
Testa fresante
69
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 137/144
Research in progress in Precast tunnel segments
• Precast tunnel segments:
Line 9 – Metro of Barcelona
Metro of Valencia (Venezuela)
Railway Line – Malpensa-Saronno
Thrust jack phase
Thrust jack phase
Service Condition (finale state, groundpressure)
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Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 138/144
Armatura ottimizzata
• La soluzione proposta risulta dato dalla combinazione:- rinforzo fibroso
Rinforzo totale: 66 kg/m3
- barre di armatura tradizionale concentrata in due cordoli
Cordoli con barre di armatura tradizionale 31 kg/m3
SFRC con dosaggio di 35 kg/m3
Barre di armatura tradizionale e SFRC 30 kg/m3, progetto adottato a Barcellona
Rinforzo totale: 132 kg/m3
Soluzione proposta Soluzione progettisti
70
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Rivestimento tradizionale – Galleria – La Turina
• Rivestimenti finali tradizionali gettati in situ:
Galleria – La TurinaCondizione di esercizio (stato finale, pressione del terreno)
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 140/144
Amm. Roccioso alteratoe mat. detritico
Galleria – La Turina – Principali caratteristiche
• Si è considerata la sezione di tipo “2”
• Copertura di tipo K2, poco profonda
• Gruppo Geo-meccanico G4
D < H < 2,5 B
71
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 141/144
Galleria – La Turina: Armatura ottimizzata
• Rinforzo combinato: armatura + fibre = RCO + F30
Fibre 30 kg/m3
RCO 12 kg/m3
- Combinazione M,N favorevoli;
- Efficaci in situaz. di sforzo diffusivo.
- Efficaci in situaz. di sfor. localizzati;
- Posizionate nella zona discontinuità
42 kg/m3 48 kg/m3
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 142/144
Normativa Tecnica per le Costruzioni
72
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 143/144
Riferimenti bibliografici
Sugli FRC sono stati pubblicati numerosi articoli sulle principali riveste del settore da più di 30 anni.
Ottimi punti di partenza sono i proceedings della conferenza
Framcos 6 (Catania, Giugno 2007)
e della conferenza BEFIB 2004 (Varenna (LC), Settembre 2004
Giovanni Plizzari
Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 144/144
Grazie per la vostra attenzione!!
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