Franco MOLA - Assiad Franco Mola Ordinario di Teoria e Progetto delle Costruzioni in calcestruzzo...

Il programma di ricerca: applicazioni strutturali del calcestruzzo SCC

Franco MOLA

Dipartimento di Ingegneria StrutturalePolitecnico di Milano

IL PROGRAMMA DI RICERCA“LE PROPRIETA’ CHIMICO-FISICO-MECCANICHE DEI

CALCESTRUZZI AUTOCOMPATTANTIE LE LORO IMPLICAZIONI STRUTTURALI”

Programma di Ricerca Scientifica di Rilevante interesse nazionale. Cofinanziamento Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della

Ricerca Scientifica (MIUR), Industrie di settore.

Coordinatore Scientifico

Unità di Ricerca1) DISTART Bologna, Fac. Ing.2) Chim. Mat. Ing. Chim.

Politecnico di Milano3) Costr. Arch. IUAV, Venezia4) Ing. Strutt. e Geot.

Politecnico di Torino5) DIS Politecnico di Milano6) Ing. Civ. Firenze, Fac. Ing.

Prof. F. Mola,DIS, Politecnico di MilanoCoordinatoreProf. C. CeccoliProf. M. Collepardi

Prof. R. Di MarcoProf. G. Mancini

Prof. F. MolaProf. A. Vignoli

LE LINEE DI SVILUPPO DEL PROGRAMMA

a) caratterizzazione meccanica, reologica e chimico-fisica del SCC

b) modalità di posa in opera, tecniche di misura e certificazione dei prerequisiti del SCC

c) aspetti meccanici della collaborazione fra SCC, armature metalliche o altri materiali strutturali

d) durabilità delle costruzioni realizzate in SCC

I CAMPI DI RICERCA DELLE VARIE UNITA’a) Caratterizzazione meccanica

Indagine sperimentale sulle deformazioni differite in presenza di tensioni moderate ed elevate

Indagine sperimentale sul comportamento reologico, misura del calore di idratazione

Legge costitutiva,modulo elastico, effetto di carichi ripetuti, evoluzione del danneggiamento

DISTART, UNIV. BOLOGNA

DIP.CHIM.MAT.ING.CHIM., POLITECNICO DI MILANO

DIP.ING.CIV., FIRENZE, FAC. ING.

b) Modalità di posa in opera, tecniche di misura

Valutazione sperimentale della omogeneità del materiale in strutture SCC gettate in opera

Valutazione sperimentale della omogeneità del materiale in strutture in NC risanate con getti SCC

DISTART, UNIV. BOLOGNA

DIP. ING. STR. E GEOT., POLITECNICO DI TORINO

I temi trattati1) Bologna

- Le deformazioni differite (viscosità e ritiro)- Capacità portante allo stato limite ultimo per flessione e taglio di

elementi in c.a.- Valutazione della influenza esercitata dalla storia di carico sulla capacità

portante di elementi in c.a.- Controllo della qualità su getti di calcestruzzo SCC realizzati in opera.

Primi risultati

Provini per tests di deformazione a lungo termine

Provini per prove di rottura a quattro punti per flessione

I temi trattati2) Firenze

- Indagini sperimentali a breve termine-leggi costitutive istantanee - Indagini sotto azioni cicliche valutazione del danneggiamento- Prove sperimentali su elementi inflessi in c.a. SCC, NSC,HSC- Prove sperimentali su elementi snelli in c.a. , determinazione della

capacità portante e delle modalità di crisi.

Unità di FirenzeMORFOLOGIA DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI

a) Colonne snelleProve di tipo monotono e ciclico

Classi di resistenza fc=60, 80, 100 MPaDmax≈10 mm

Vista della colonna SCCG-B prima e dopo il test

I temi trattati3) Milano Dip. Ing. Chim.

- Misura delle deformazioni a lungo termine- Impiego combinato di aggiunte minerali ultrafini (UFACS), fumo di silice

(SF) e ceneri volanti (FA) per la realizzazione di calcestruzzi a bassissima porosità

- Misura con interferometria laser della granulometria delle aggiunte, studio di ottimizzazione per il raggiungimento del massimo addensamento

- Prove sperimentali di durabilità dei calcestruzzi SCC, valutazione del grado di carbonatazione e della penetrazione dei cloruri.

Composizione di volume

Calcestruzzo S4 SCC/L

SCC/P

I temi trattati

4) Milano DIS

- Indagine sperimentale sulla aderenza acciaio-SCC. Misure su barre, trefoli, determinazione della legge forza-scorrimento

- Effetto del sconfinamento di tipo attivo

- Valutazione della influenza esercitata dalla storia di carico sulla capacità portante di elementi in c.a.

- Indagini su elementi strutturali in c.a. , c.a.p. soggetti a flessione e taglio

147,6

Ø18

24

12

SCC

36

105

SCC

36

54

18

SCC

72

48

24

209,4

Ø12 Ø24

TRATTO NON ADERENTE

TRATTO NON ADERENTE

TRATTO NON ADERENTE

GEOMETRIA DEI PROVINIAcciaio in barre tonde ad aderenza migliorata FeB 44kDiametro barre: ∅12, ∅18, ∅24 mm

Lunghezza tratto aderente ⇒ Lb = 2∅Lunghezza tratto non aderente ⇒ Lo = ∅Altezza totale provino ⇒ H =3∅Rapporto tra i diametri ⇒ ∅24/∅18=∅18/∅12 = 1.5Numero di denti in presa ⇒ 3

∅ef

f

∅Lb=2∅Lo=∅

∅nom

Barra ∅nom (mm)

∅eff (mm) Lb (mm) L0 (mm) h (mm)

∅12 12,00 10,00 24 12 36 ∅18 18,00 16,00 36 18 54 ∅24 24,00 22,00 48 24 72

TRATTO NON ADERENTE

fyk ≥ 430 MPaftk ≥ 540 MPa

∅24∅18∅12

0,0740,0880,095

IR (indice di rugosità)D/∅ ≅ 9c ≅ 4 ∅

Risultati ∅12-S3

Carico di picco 31,75 kN

tmax di aderenza 35,11 MPa

d a rottura 0,402 mm

d (tmax) 0,348 mm

0 1 2 3Displacement (mm)

0

10

20

30

40

Load

(kN

)

LVDT SUPSTROKELVDT INF

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Displacement (mm)

0

10

20

30

40

Bond

stre

ss (

MP

a)

SCC12-3

222 πφπτ P

lrP

b

==

300 260

2Φ16150300

150

2Φ16

2Φ8 Φ6/15''

L

L

2Φ16

2Φ8

2Φ16

Φ6/15''

L=240 cm (n. 2+2 campioni)




Trave A Trave B

Trave A

Trave B

30

20

30

30

30





2 campioni Rck 55 Mpa (realizzati in casseri metallici, con maturazione a vapore)

campioni per la prova di permeabilità: 1

numero totale campioni della campagna di prove: 33

numero totale campioni trave B: 8+8

numero totale campioni trave A: 8+8

2 campioni Rck 40 MPa (realizzati in casseri di legno grezzo, con maturazione naturale)

campioni per la prova di permeabilità: 1

2 campioni Rck 40 MPa (realizzati in casseri di legno grezzo, con maturazione naturale)

L=240 cm (n. 2 campioni)




30

30

30

20

30

numero totale campioni della campagna di prove: 16+1

numero totale campioni trave B: 8

numero totale campioni trave A: 8

Trave B

Trave A

Trave BTrave A





Φ6/15''

2Φ16

2Φ8

2Φ16

L

L

Φ6/15''2Φ8

2Φ16

150

300

150 2Φ16

260

300

300 260

2Φ16170300

170

2Φ16

2Φ8 Φ6/15''

L

L

2Φ16

2Φ8

2Φ16

Φ6/15''





Trave A Trave B

Trave A

Trave B

numero totale campioni trave A: 8

numero totale campioni trave B: 8

numero totale campioni della campagna di prove: 16

30

30

30

30

2 campioni Rck (30-35) MPa (con maturazione naturale)





30

Agganci per il sollevamento


15 15

15 15

L=400 cm (n. 2 campioni)30

2Φ16

Trave D

15 Φ6/15'' 2Φ8


15

2Φ16

260



Trave C15

30

2Φ16

170 2Φ16

15

30170

Trave C

30

30

Φ6/15''2Φ8

Trave D

30

190

300

190

300 30 3030

3 trefoli 0.6''

3 trefoli 0.6''

3 trefoli 0.6''

3 trefoli 0.6''

I temi trattati6) Venezia

- Prove di aderenza su tiranti di calcestruzzo SCC- Misura della energia di frattura- Indagine sperimentale su elementi tesi e inflessi per la misura del

fenomeno fessurativo- Test sperimentali su prototipi in scala reale di elementi di copertura

prefabbricati in c.a. e c.a.p.- Determinazione delle curve carico- spostamento

I temi trattati

5) Torino

- Utilizzo di SCC per il risanamento e adeguamento di strutture degradate

- Indagine sperimentale su pile da ponte risanate mediante getti di incamiciatura in SCC

- Indagine sulla aderenza fra getto di risanamento e getto preesistente con speciale riferimento alle solette da ponte

- Prove di tipo statico e dinamico, valutazione della influenza di eventuali connettori di tipo meccanico.

SCHEMA DI FINANZIAMENTO PER IL BIENNIO 2005-2006

a) Proprietà chimico-fisico-meccaniche del calcestruzzo SCC

1) Il comportamento del SCC addittivato con fibre

2) Utilizzo di ceneri derivanti da prodotti finali di inceneritori per la produzione di SCC

3) Il progetto del calcestruzzo SCC con particolare riferimento alla durabilità strutturale in presenza di attacco chimico

4) Il calcestruzzo SCC espansivo

b) Le implicazioni strutturali del SCC1) Nodi prefabbricati in SCC fibrorinforzato. Comportamento

sotto azioni di tipo statico e dinamico con specifica attenzione alla azione sismica

2) Effetto delle fibre sulla duttilità di nodi strutturali in SCC

3) Analisi sperimentale della capacità portante per taglio allo stato limite ultimo di elementi tozzi in SCC

4) Il calcestruzzo SCC gettato all’interno di tubi metallici. Studio dell’aderenza ed influenza della espansione del calcestruzzo

5) Il calcestruzzo autocompattante addittivato con fibre per la costruzione di conci prefabbricati per galleria

6) Il calcestruzzo SCC nelle strutture miste acciaio-calcestruzzo. Le colonne tubolari snelle, analisi sperimentale in esercizio e allo stato limite ultimo

7) Indagine sperimentale su elementi riparati con getti in SCC, soggetti ad azione sismica al variare delle condizioni all’interfaccia fra il getto di riparazione e il preesistente supporto

8) Indagine sperimentale sulla capacità rotazionale di cerniere plastiche in elementi aventi schema a trave continua in SCC

9) Effetti del confinamento operato con staffe di varia forma e disposizione in colonne SCC

Partecipazione a future manifestazioni(Unità di Milano DIS)

Giornata di presentazione dei lavori del gruppo, Venezia Fac. Architettura IUAV, 12 luglio 2005

Owics Conference, Singapore 2005

- Bond and size effect in plane and fibre reinforced self compacting concrete

- In situ characterisation of self compacting concrete

2 nd International fib Congress, Naples 2006

- Bond of high strength steel and self compacting concrete

- Mechanical response of SCC beams with various kinds of reinforcement

- Shear strengh of r.c. and p.c. beams

IL PROGETTO ULISSE

Il calcestruzzo SCC e le basi per il suo corretto impiego nell’industria delle costruzioni

Franco MolaOrdinario di Teoria e Progetto delle Costruzioni in calcestruzzo armato e

precompresso, Facoltà di Ingegneria I, Politecnico di Milano

MISURA E CONTROLLO DELLA AUTOCOMPATTABILITA’

Criteri di accettazionetests di prequalificazione, tests di accettazione del prodotto in

cantiere, definizione dei livelli di qualità;

Formulazione di criteri e disposizioni costruttiveLa parete sottile a forte o normale quantitativo di armatura, le

zone diffusive, le zone di punzonamento

MIX-DESIGN SCC

CEM II/A-LL 42.5 R 350 kg/m3

Filler Calcareo 230 kg/m3

Sabbia 0/8 1089 kg/m3

Ghiaietto 5/15 466 kg/m3

Acqua 182 lt/m3

Superf.Acrilico 6.40 lt/m3

Massa volumica cls fresco 2324 kg/m3

Rapporto a/c 0.52

RESISTENZA A COMPRESSIONE Calcestruzzo ordinario Calcestruzzo SCC

Nr campioni:314 Nr campioni:58Rcm: 49.64 MPa Rck: 39.49 MPa Rcm: 53.24 MPa Rck: 45.20 MPaCoefficiente di variazione:12.46% Coefficiente di variazione:9.21%

40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68Resistenza a compressione (MPa)

0

5

10

15

20

25

SCC Rck 35

32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72Resistenza a compressione (MPa)

0

20

40

60

80

100

NSC Rck 35

Calcestruzzo SCC posto in opera

Fornitura totale: 540 m3 Fornitura prevista: 10000 m3

Tests allo stato fresco:

Slump-flow

V-Funnel

J-Ring

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Slump V-Funnel J-Ring

Forn

iture

rifiu

tate

Slump-flow

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80Slump (cm)

0

4

8

12

16

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80Slump (cm)

0

4

8

12

16

Slump-flow

Calcestruzzo posto in opera Fornitura totale

Media: 73.33 cm Media: 73.14 Coefficiente di variazione: 4.13% Coefficiente di variazione: 4.87 %

0 10 20 30 40 50 60 70 80Slump (cm)

0

4

8

12

16

Dmin =60 cm (UNI11040)Dk = 67.27 cmP{D≤Dmin}=10-4÷10-5

P{D≤Dk}=0.05

Dmin/Dm =0.82Dk/Dm = 0.92

60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73Slump (cm)

0

4

8

12

16

Tempo per il raggiungimento della circonferenza di 500mmCalcestruzzo posto in opera Fornitura totale

Media: 2.93 s Media: 2.84s Coefficiente di variazione: 42.75% Coefficiente di variazione: 42.19%

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7Tempo (s)

0

10

20

30

T-500

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7Tempo (s)

0

10

20

30

T-500

V-Funnel

V-FunnelCalcestruzzo posto in opera Fornitura totale

Media: 6.74 s Media: 6.48s Coefficiente di variazione: 30.85% Coefficiente di variazione: 32.50%

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tempo (s)

0

4

8

12

16

V-Funnel

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tempo (s)

0

4

8

12

16

V-Funnel

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tempo (s)

0

4

8

12

16

V-Funnel Tmin =4sTmax =12sTk = 3.02sP{T≤Tmin}≅0.01P{T≤Tmax} ≅ 0.995P{T≤Tk}=0.05

Tmin/Tm =0.62Tmax/Tm = 1.85Tk/Tm = 0.46

J-Ring

56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84Slump J-Ring (cm)

0

5

10

15

20

25

J-Ring Calcestruzzo posto in opera Fornitura totale

Media: 72.00cm Media: 71.61cm Coefficiente di variazione: 4.97% Coefficiente di variazione: 6.21%

56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84Slump J-Ring (cm)

0

5

10

15

20

25

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6Differenza slump(cm)

0

4

8

12

Slump - J-RingCalcestruzzo posto in opera Fornitura totale

Media: 1.30 cm Media: 1.46cm Coefficiente di variazione: 161.79% Coefficiente di variazione: 161.46%

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6Differenza slump(cm)

0

4

8

12

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8Differenza slump(cm)

0

4

8

12

16

∆° = 5 cm (UNI11040)

∆0.95 = 5.34 cm

P{∆≥∆°} ≅ 0.05

CONCLUSIONIIl progetto di ricerca permette un avanzamento delle conoscenze teoriche e sperimentali sul comportamento del SCC, considerato nella sua duplice accezione di puro materiale e di materiale strutturale.

In particolare le indagini sulle deformazioni differite anche in campo non lineare, sull’accoppiamento meccanico calcestruzzo-acciaio o calcestruzzo-calcestruzzo permettono di porre le basi per una efficiente modellazione del comportamento di strutture in SCC.

Le prove sperimentali condotte su elementi strutturali appositamente progettati anche in presenza di azioni cicliche e su elementi strutturali al vero forniranno i necessari termini di confronto fra le modellazioni teoriche e la realtà strutturale.

La possibilità di utilizzare aggiunte minerali di un ordine di grandezza inferiori a quelle attualmente utilizzate si rivela grandemente vantaggiosa per garantire calcestruzzi SCC ad alta durabilità.

Le indagini consentono di poter prevedere l’utilizzo futuro di calcestruzzi che, oltre alla prerogativa della autocompattabilità possano presentare ulteriori e garantite prestazionalità, consentendo di realizzare strutture durevoli e non richiedenti complessità operative particolari nella loro fase di costruzione.

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