Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni ... · Il calcestruzzo fibrorinforzato per le...

1

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

Giovanni Plizzari

Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni strutturali – L’Aquila, 16 Dicembre, 2008 2/144

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.”

2

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

3

Giovanni Plizzari


Fibers for concrete

Giovanni Plizzari


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.

4

Giovanni Plizzari


Effetti delle fibre nel calcestruzzo

Fibers activate after cracking of the concrete matrix.

Giovanni Plizzari


Rottura o sfilamento delle fibre

Fibre sintetiche Fibre di acciaio

5

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


•• 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

6

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


Tipi di fibre per il calcestruzzo

7

Giovanni Plizzari


Fibre di acciaio

Le fibre d’acciaio costituiscono un elemento resistente AD ELEVATO MODULO ELASTICO, diffuso CAPILLARMENTE ed OMOGENEAMENTE nel calcestruzzo

Giovanni Plizzari


Alcuni tipi di fibre in acciaio

Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3




8

Giovanni Plizzari


Tipi di fibre di acciaio

Ondulate

Incollate

Uncinate

Giovanni Plizzari


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

9

Giovanni Plizzari


Tipi di sagomatura alle estremità

Giovanni Plizzari


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

10

Giovanni Plizzari


La sagomatura delle fibre è fondamentale per la dissipazione di energia nella fase di sfilamento della fibra

Effetti della deformazione alle estremità

Giovanni Plizzari


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

11

Giovanni Plizzari


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)

Giovanni Plizzari


Macro fibre in polipropilene

12

Giovanni Plizzari


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)

Giovanni Plizzari


SFRC Mix Design

13

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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)

14

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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.

15

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

17

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


•• 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

18

Giovanni Plizzari


FRC properties

Giovanni Plizzari


Caratteristiche meccaniche del FRC

• Resistenza a compressione• Resistenza a trazione• Modulo elastico• Tenacità• Resistenza a fatica• Resistenza all’usura• Problemi di impatto

19

Giovanni Plizzari


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]

Giovanni Plizzari


AD AUMENTARELA TENACITA’(impatto e fatica)

A LIMITARE LEFESSURAZIONI DA RITIRO

AD AUMENTARELA RESISTENZA AL FUOCO

A cosa serve il fibrorinforzo?

20

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

21

Giovanni Plizzari


– 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

Giovanni Plizzari


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

22

Giovanni Plizzari


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%

Giovanni Plizzari


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

23

Giovanni Plizzari


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)

Giovanni Plizzari


UNI Standard for SFRC

24

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

25

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

26

Giovanni Plizzari


Test Setup

Giovanni Plizzari


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

27

Giovanni Plizzari


First Cracking Stress -Direct Method

ONLY FIBER REINFORCED CONCRETE IS TESTES

LOA

D

CTOD

First Crack Load PI

f

CTOD0 = 25 μm

Giovanni Plizzari


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%

28

Giovanni Plizzari


Ductility index

Giovanni Plizzari


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

29

Giovanni Plizzari


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


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


EN 14651

Giovanni Plizzari


Hybrid Systems of Fibres (HyFRC)

32

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


Normativa di riferimento

Giovanni Plizzari


•• 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)


34

Giovanni Plizzari


•• 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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


Fracture Mechanics of Concrete

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


Conventional design methods

Based on Elastic analysis:

Westergaard (1926)

FE method

Giovanni Plizzari


Non Linear Fracture Mechanics

Linear, Bilinear, Exponentialσ-w law:A good approximation is provided

by the bilinear law

38

Giovanni Plizzari


Crack development in a SFRC slab on grade

Giovanni Plizzari


Tests on Full-Scale Slabs (Falkner et al.; 1995)

39

Giovanni Plizzari


From material to structure

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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]

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


Structural behavior: Slab Geometry

0.123801504000

[N/mm3][mm][mm][mm]

kasL

Giovanni Plizzari


Mesh

Crack surfaces

(discrete crack)

NLFM: Discrete Crack Approach

42

Giovanni Plizzari


Numerical Analyses: slab collapse

Load – crack opening curve in ACrack reaches point B

A

B

Conv. Slab collapseMax crack opening

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari



Giovanni Plizzari


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)

44

Giovanni Plizzari



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.

Giovanni Plizzari


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

45

Giovanni Plizzari



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.

Giovanni Plizzari


CNR DT 204

46

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


Materiali

Fibre

Matrice

Calcestruzzo Fibrorinforzato

FIBRE DI ACCIAIO

FIBRE POLIMERICHE

FIBRE DI MATERIALE INORGANICO (Carbonio, vetro)

FIBRE DI MATERIALE NATURALE

48

Giovanni Plizzari


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.

Giovanni Plizzari


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

49

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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)


calcestruzzo fibrorinforzato in trazione non fessurato



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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


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


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

Giovanni Plizzari


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

= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅

= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =

= = =⋅ ⋅

= ⋅

Giovanni Plizzari



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

Giovanni Plizzari



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

Giovanni Plizzari



2Ø8@300mm 2Ø6@300mm

2Ø6@300mm

Plain concrete

FRC

56

Giovanni Plizzari


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


5 Stati Limite di Esercizio

1. Verifica delle tensioni

2. Apertura delle fessure

3. Armatura minima per il controllo della fessurazione

57

Giovanni Plizzari


Progettazione di pavimenti

Giovanni Plizzari


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


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


• 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

Giovanni Plizzari


σc < σc.max

σct < σct.max

yx

1 1

t

qx qy

mxy myx

mx my

Sforzi nei pavimenti

Giovanni Plizzari


Experiments on full-scale slabs

Kw=7.85 daN/cm3

60

Giovanni Plizzari


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


Load

[kN

]

P1

Fu=238.6

Fu=177

P0

0

50

100

150

200

250

300


Load

[kN

]

P1

P2a

P2b

Fu=265.0

Fu=246.0Fu=238.6

Fu=177

P0

Giovanni Plizzari


Design Abaci

61

Giovanni Plizzari


FRC precast panels

Giovanni Plizzari


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


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

Giovanni Plizzari


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


Martinetto elettromeccanico

Applicazione del carico trasversale

Modalità di prova 1/2

x

yy

x

+ qy = qpp

qx = qvento

Giovanni Plizzari


Modalità di prova 2/2

64

Giovanni Plizzari


Strumentazione

Giovanni Plizzari


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


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

Giovanni Plizzari


FRC precast slabs

66

Giovanni Plizzari


Specimen geometry

The behavior of precast slabs simply supported on the four edges was experimentally studied on full-

scale specimens140÷200 cm

Giovanni Plizzari


RC vs. SFRC

26 kg of fibers+

88 kg of rebars135 kg of rebars

67

Giovanni Plizzari


FRC tunnel linings

Giovanni Plizzari


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


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


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


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)

Giovanni Plizzari


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

Giovanni Plizzari


Rivestimento tradizionale – Galleria – La Turina

• Rivestimenti finali tradizionali gettati in situ:

Galleria – La TurinaCondizione di esercizio (stato finale, pressione del terreno)

Giovanni Plizzari


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


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


Normativa Tecnica per le Costruzioni

72

Giovanni Plizzari


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


Grazie per la vostra attenzione!!

Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni ... · Il calcestruzzo fibrorinforzato per le...

Documents

Transcript of Il calcestruzzo fibrorinforzato per le applicazioni ... · Il calcestruzzo fibrorinforzato per le...