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Il confinamento con FRP Il confinamento con FRP (secondo il DT 200/04 del CNR) (secondo il DT 200/04 del CNR) Giorgio Monti Giorgio Monti [email protected] [email protected] Universit Universit à à degli Studi di Roma La Sapienza degli Studi di Roma La Sapienza Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica

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Il confinamento con FRPIl confinamento con FRP(secondo il DT 200/04 del CNR)(secondo il DT 200/04 del CNR)

Giorgio MontiGiorgio [email protected]@uniroma1.it

UniversitUniversitàà degli Studi di Roma La Sapienzadegli Studi di Roma La SapienzaDipartimento di Ingegneria Strutturale e GeotecnicaDipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica

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2/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

ArgomentiArgomenti

Metodi di confinamento

Campi di applicazione

Comportamento del CLS confinato con FRP

Studi sperimentali

Studi rivolti alla progettazione

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3/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Metodi di ConfinamentoMetodi di Confinamento

Incamiciature con gusci prefabbricati

Posa in opera manuale di tessuti preimpregnati

Avvolgimento automatico

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4/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Metodi di ConfinamentoMetodi di Confinamento

Incamiciature con gusci prefabbricati

• Coppie di gusci semicircolari

• Coppie di gusci semirettangolari

• Gusci interi aperti

• Gusci su sezioni rettangolari ovalizzate

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5/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Coppie di gusci semicircolariCoppie di gusci semicircolari

COLONNA ESISTENTE

GUSCI PREFABBRICATI

COLONNA RINFORZATA

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6/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Coppie di gusci semirettangolari Coppie di gusci semirettangolari

COLONNA ESISTENTE

GUSCI PREFABBRICATI

COLONNA RINFORZATA

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7/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Gusci interi apertiGusci interi aperti

GUSCIO PREFABBRICATO

COLONNA ESISTENTE

COLONNA RINFORZATA

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8/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Gusci su sezioni rettangolari ovalizzateGusci su sezioni rettangolari ovalizzate

fσfσfσ fσ

fσfσ

N

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9/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Metodi di ConfinamentoMetodi di Confinamento

Posa in opera manuale di tessuti preimpregnati

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10/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Metodi di ConfinamentoMetodi di Confinamento

Avvolgimento automatico

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11/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Campi di ApplicazioneCampi di Applicazione

Aumento della resistenzaresistenza a compressionenelle strutture convenzionali

Aumento della duttilitduttilitàà di strutture in zona sismica

Sia per gli edificiedifici che per le pile dei pontiponti

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Edifici in cemento armatoEdifici in cemento armato

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13/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Pile da pontePile da ponte

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14/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Rinforzo di strutture in zona sismicaRinforzo di strutture in zona sismica

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15/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Comportamento del CLS Comportamento del CLS confinato con FRPconfinato con FRP

Acciaio

ystel fkf ρ21

=s

stst ds

A4=ρ

FRP12l f f ff E= ρ ε

4 ff

tD

ρ =

σf σf

Fibre tessute orizzontalmente

Camicia in FRP p

p lf

lf

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16/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Comportamento del CLS Comportamento del CLS confinato con FRPconfinato con FRP

CFRP

1.5

0.5

0

05

1

2.5

2

10 15 20

CFRP

0.2

0.05

0

0

0.15

0.1

5 10

0.35

0.3

0.25

GFRP

15 20DEFORMAZIONE ASSIALE NORMALIZZATADEFORMAZIONE ASSIALE NORMALIZZATA

TEN

SIO

NE

LATE

RA

LE N

OR

MA

LIZZ

ATA

TEN

SIO

NE

ASS

IALE

NO

RM

ALI

ZZA

TA

GFRP

NON CONFINATO

ACCIAIO

ACCIAIO

Più resistenzaPiù duttilità

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17/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Studi SperimentaliStudi Sperimentali

Test sperimentali• provini di calcestruzzo confinati con FRP

(“La Sapienza” – Roma Tre, 2002)

… e loro modellazione• prove monotone • prove cicliche

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18/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentali

Applicazione dell’FRP

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19/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentali

Geometrie considerate

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20/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentali

Strumentazione di prova

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21/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentali

Esito delle prove

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Test sperimentaliTest sperimentali

Esito delle prove

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Test sperimentaliTest sperimentali

Esito delle prove

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24/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentali

Esito delle prove (Play!)

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25/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentali

Esito delle prove (Play!)

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26/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentali

Esito delle prove (Play!)

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Test sperimentaliTest sperimentali

Esito delle prove (Play!)

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28/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentaliRisultati prova monotona su provino cilindrico confinato con GFRP

-50

-40

-30

-20

-10

0-30-25-20-15-10-50

ε (%o )

σ (M

Pa)

clsconfinato

cls

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29/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Test sperimentaliTest sperimentaliRisultati prova ciclica su provino cilindrico confinato con GFRP

Prova ciclica con cls confinato

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-30-25-20-15-10-50

ε (%o )

σ (M

Pa)

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30/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Confronto testConfronto test--modellomodelloProva monotona su provino cilindrico confinato con GFRP

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-30-20-100

ε (%o )

σ (M

Pa)

cls confinato

cls

modello Monti-Spoelstra

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31/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Confronto testConfronto test--modellomodelloProva ciclica su provino cilindrico confinato con GFRP

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-25-20-15-10-505

ε% o

s(M

Pa) ciclica sper

modello ciclico

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32/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Studi rivolti alla progettazioneStudi rivolti alla progettazione

Equazioni di progetto (resistenza e deformazione ultima del cls)

Effetti di forma e confinamento discontinuo

Rinforzo di elementi strutturali

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33/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Equazione di progettoEquazione di progettoper la resistenzaper la resistenza

2 / 3

l,effccd

cd cd

1 2.6ff

f f⎛ ⎞

= + ⎜ ⎟⎝ ⎠

0 0.2 0.4 0.6 0.80.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5 Picher

Harmon

Kawashima

Mirmiran

Karbhari

proposed

f flu co′

′ ′f fcu co

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Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

La resistenza di un elemento confinato con FRP dipende soltanto da un’aliquota della pressione di confinamento, fl, esercitata dal sistema, detta pressione efficace di confinamento, fl,eff

l,eff eff lf k f= ⋅

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Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

La pressione di confinamentopressione di confinamento può essere valutata mediante la relazione

εfd,rid è un’opportuna deformazione ridotta di calcolo dell’FRP

l f f fd,rid12

f E= ρ ε

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Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

Per sezioni rettangolari la percentuale geometrica di rinforzo in FRP è:

Per sezioni circolari la percentuale geometrica di rinforzo in FRP è:

ff

2( )b d tb d

ρ +=

ff

4 tD

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Sezioni di forma ellitticaSezioni di forma ellittica

f2 ( ) fa b ab t

ab+ −

ρ =

ab

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38/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

La pressione efficace è calcolata utilizzando una deformazione ridottadeformazione ridotta di calcolo dell’FRP:

Il collasso dell’elemento confinato èconvenzionalmente assunto in corrispondenza ad una deformazione limite delle fibre pari a 0.0040.004Oltre questo valore, l’elemento confinato con FRP è come un recipiente dalle pareti sottili pieno di materiale incoerente

fd,rid a fu fmin{ / ; 0.004}ε η ε γ=

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Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

Il coefficiente di efficienza coefficiente di efficienza può essere espresso dal prodotto di:– coefficiente di efficienza orizzontale, kkHH

– coefficiente di efficienza verticale, kkVV

– coefficiente di inclinazione delle fibre, kkαα

eff H Vk k k kα= ⋅ ⋅

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Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

Il coefficiente di efficienza orizzontale kkHH si usa se la sezione è rettangolare (se ècircolare kkHH = 1)

2 2

Hg sg

' '13 (1 )

b dkA ρ

+= −

⋅ −

c 20 mmr ≥

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Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

Il coefficiente di efficienza verticale kkVVdipende dalla modalità di applicazione del confinamento lungo l’elemento

2

fV

min

12

pk d

⎛ ⎞′= −⎜ ⎟

⎝ ⎠

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Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

Il coefficiente di inclinazione delle fibre kkααsi impiega quando le fibre vengono disposte ad elica, con inclinazione ααff

2f

11 (tan )

kα α=

+

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DuttilitDuttilitàà di elementi pressodi elementi presso--inflessiinflessi

E’ possibile incrementarne la duttilità e, solo in misura ridotta, la resistenzaIn mancanza di determinazioni più accurate, la valutazione della curvatura ultima di una sezione presso-inflessa può essere perseguita adottando un classico legame parabola-rettangolo– con resistenza massima pari a ffcdcd

– e con un tratto costante che si estende fino a εεccuccu

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Equazione di progettoEquazione di progettoper la deformazione ultimaper la deformazione ultima

0 2 4 6 8 10 120

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035 Picher

Harmon

Kawashima

Mirmiran

Karbhari

proposed

εcu

E fc ju luε

l,effccu

cd

0.0035 0.015ff

= +ε

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Pressione efficace di Pressione efficace di confinamentoconfinamento

La pressione efficace è calcolata utilizzando una deformazione ridotta di calcolo dell’FRP:

Il collasso dell’elemento confinato è assunto in corrispondenza alla deformazione ultima delle fibre.

ffuaridfd, γεηε /⋅=

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Alcune osservazioni sul Alcune osservazioni sul comportamento delle sezioni comportamento delle sezioni

rettangolarirettangolari

RC RC

Steel angular

Confining jacket Confining jacket

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47/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Sezioni rettangolariSezioni rettangolari

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48/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Ruolo degli eventuali angolariRuolo degli eventuali angolari

Lang

Steel angularlc

ConfiningjacketRC

Fj

GAP

tang Fj

Fj

Lang

BEAM

Fcontact

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Campi di tensioneCampi di tensione

Campi di tensione in ¼ di una sezione quadrata

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Meccanismi resistentiMeccanismi resistenti

Meccanismi a biella e del nucleo

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51/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Tensioni nelle bielle e nel nucleoTensioni nelle bielle e nel nucleo

Situazioni di confinamento differenti

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52/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Sezioni rettangolariSezioni rettangolari

Confronto con prove sperimentali

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

0.0 5.0 10. 15. 20.

axial strain

norm

aliz

ed a

xial

load

1

2

3

4

5

61-3: Experimantal 1-unconfined 2-FRP 3-CAM4-6: Numerical 4-unconfined 5-FRP 6-CAM

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53/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Rinforzo di elementi strutturaliRinforzo di elementi strutturali

Equazioni di progetto per l’adeguamento di sezioni in c.a. sottodimensionate

– Seible et al. (1995)

– Mutsuyoshi et al. (1999)

– Monti et al. (2001)

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54/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Rinforzo di elementi strutturaliRinforzo di elementi strutturali

Discretizzazione a fibre

DI

C

NA

NR

NB

SezioneSezione

DI DE

NR

NA

FRP jacketFRP jacket

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55/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Validazione del modelloValidazione del modelloTest di Seible et al. (1995)

0

200

400

600

800

0.00 0.05 0.10 0.15

displacement (m)

late

ral f

orce

(kN)

upgraded (exp.)as built (exp.)

0

20

40

60

80

100

0.00 0.05 0.10 0.15

displacement (m)

late

ral f

orce

(kN)

upgraded (exp.)as built (exp.)

Test di Test di Saadatmanesh et al. (1997)Saadatmanesh et al. (1997)

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56/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Progetto del rinforzo in FRP:Progetto del rinforzo in FRP:Indice di adeguamentoIndice di adeguamento

Rapporto tra :– (obiettivo) momento ultimo e duttilità in curvatura

della sezione rinforzata– (esistente) momento ultimo e duttilità in curvatura

della sezione esistente

eses

obob

MM

χ

δ

δ=sec

Dal progetto

Dall’assessment

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57/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

( )lcocc fff 32.0 +=′

Espressione dellEspressione dell’’indiceindiceL’indice è espresso in termini di quantitàbase: deformazione ultima e tensione ultima

escc

obcc

escu

obcu

f

fI

′⋅

εε

=sec

( )ljuccocu fE ε+ε=ε 25.12

f f El j ju j j ju= =12

12

ρ ρ εLe quantità ob dipendono dal rinforzo :

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58/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Progetto di camicie in FRPProgetto di camicie in FRPLe quantità obiettivo (OB) sono espresse in funzione delle quantità esistenti (ES) ed in funzione dell’indice di adeguamento (I) :

ESOB secsec ⋅=⎯→⎯⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ′ε⋅=′ε IfIf es

ccescu

obcc

obcu

Da cui:

22sec 3

0.8es es

cc cuf

fu fu

fIf′ ε

ρ = ⋅ ⋅ε

4 ff

f

td

ρ =

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59/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Adeguamento sismicoAdeguamento sismicoDallo spettro di risposta locale R(T)

( )esd

esy

gesd

obd

FaTRm

=δδ

=pier

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−δ+=δχ

Ll

Ll pp

d

5.013

11

secsopra equazionedall'

pier II es

ob

esd

obd =

δ

δ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯

δδ

χ

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60/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Adeguamento di un ponteAdeguamento di un ponte

DM 24.01.86 Ordinanza 3274

200 m

14 m 14 m21 m

Φ 2.5

50 m

m

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61/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Adeguamento di un ponteAdeguamento di un ponte

Esistente: DM Esistente: DM ’’8686 Obiettivo: OPCM 3274Obiettivo: OPCM 3274

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62/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Adeguamento di un ponteAdeguamento di un ponte

Comportamento della pila per sforzo assiale variabile:

Curve DM’86: Esistente Curve OPCM: Obiettivo

Confronto tra prestazioni DM Confronto tra prestazioni DM ‘‘86 ed OPCM86 ed OPCM

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030CURVATURE (1/m)

MO

MEN

TI (K

Nm

)

DM '86n = 0.16

EC8n = 0.16

n

DM '86n = 0.12

DM '86n = 0.08

DM '86n = 0.04

EC8n = 0.12

EC8n = 0.04

EC8n = 0.08

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63/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Adeguamento sismico di un Adeguamento sismico di un ponte: camicie in acciaioponte: camicie in acciaio

4 spessori: 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm4 spessori: 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050CURVATURE (1/m)

MO

MEN

TI (K

Nm

)

n = 0.1

DM '86μφ = 4.79

EC8μφ = 14.31

s = 4 mmμφ = 14.84

s = 6 mmμφ = 18.68

s = 8 mmμφ = 21.79

s = 10 mmμφ = 24.89

1

2

3

4

5

6

7

0.040 0.080 0.120 0.160CARICO NORMALIZZATO

INC

REM

ENTO

DU

TTIL

ITA

'

rj = 0.115 rj = 0.138 rj = 0.173 rj = 0.206

rj = 0.230 rj = 0.275 rj = 0.288 rj = 0.344

•• LL’’incremento di duttilitincremento di duttilitàà èè indipendente dal carico normalizzatoindipendente dal carico normalizzato•• La scelta dello spessore La scelta dello spessore èè dettata da considerazioni pratiche dettata da considerazioni pratiche

(svergolamento della camicia nella posa in opera)(svergolamento della camicia nella posa in opera)

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64/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Adeguamento sismico di un Adeguamento sismico di un ponte: fasciature in GFRPponte: fasciature in GFRP

N. strati da 0.125 mm: 2, 4, 8, 16N. strati da 0.125 mm: 2, 4, 8, 16

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050CURVATURE (1/m)

MO

MEN

TI (K

Nm

)

n = 0.1

DM '86μφ = 4.79

EC8μφ = 14.31

s = 2 stratiμφ = 10.10

s = 4 stratiμφ = 12.32

s = 8 stratiμφ = 17.68

n = 16 stratiμφ = 23.89

1

2

3

4

5

6

7

0.040 0.080 0.120 0.160CARICO NORMALIZZATO

INC

REM

ENTO

DU

TTIL

ITA

'

rj = 0.0004 rj = 0.0008

rj = 0.0016 rj = 0.0032

•• LL’’incremento di duttilitincremento di duttilitàà èè indipendente dal carico normalizzatoindipendente dal carico normalizzato•• La scelta dello spessore La scelta dello spessore èè dettata da considerazioni meccaniche e dettata da considerazioni meccaniche e di rapiditdi rapiditàà di posa in operadi posa in opera

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65/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Adeguamento sismico di un Adeguamento sismico di un ponte: fasciature in CFRPponte: fasciature in CFRP

••N. strati da 0.125 mm: 2, 4, 8, 16N. strati da 0.125 mm: 2, 4, 8, 16

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050CURVATURE (1/m)

MO

MEN

TI (K

Nm

)

n = 0.1

DM '86μφ = 4.79

EC8μφ = 14.31

s = 2 stratiμφ = 9.58

s = 4 stratiμφ = 12.16

s = 8 stratiμφ = 15.63

n = 16 stratiμφ = 21.00

1

2

3

4

5

6

7

0.040 0.080 0.120 0.160CARICO NORMALIZZATO

INC

REM

ENTO

DU

TTIL

ITA

'

rj = 0.0004 rj = 0.0008

rj = 0.0016 rj = 0.0032

•• LL’’incremento di duttilitincremento di duttilitàà èè indipendente dal carico normalizzatoindipendente dal carico normalizzato•• La scelta dello spessore La scelta dello spessore èè dettata da considerazioni meccaniche e dettata da considerazioni meccaniche e di rapiditdi rapiditàà di posa in operadi posa in opera

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66/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Adeguamento sismico di un ponteAdeguamento sismico di un ponteValutazione costi-benefici

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5Indice di efficacia

0

1

2

3

Cos

to n

orm

aliz

zato

a m

q

GFRPCFRPFe360Fe430

obiettivo

effettivoEFFI

δΔ

δΔ=

Indice di efficacia Indice di efficacia delldell’’interventointervento

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67/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Svergolamento delle barreSvergolamento delle barre

Diagrammi sperimentali

L/d = 5

L/d = 8

L/d = 11

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68/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Svergolamento delle barreSvergolamento delle barre

0 0.01 0.02 0.03 0.040

10000

20000

30000

40000

Curvature (1/m)

Bend

ing

mom

ent (

kNm

) n=0.08

L/d=11

L/d=5

L/d=15

y

xMN

Risposta monotona di una sezione circolare con diversi valori di L/d

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69/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Svergolamento delle barreSvergolamento delle barre

-0.02 -0.01 0 0.01 0.02-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

30000

40000

Curvature (1/m)

Bend

ing

mom

ent (

kNm

)

L/d=5

n=0.08

y

xMN

-0.02 -0.01 0 0.01 0.02-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

30000

40000

Curvature (1/m)

Bend

ing

mom

ent (

kNm

) L/d=15

n=0.08

y

xMN

Risposta ciclica di una sezione circolare con diversi valori di L/d

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70/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Svergolamento delle barreSvergolamento delle barre

-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Curvature (1/m)

Bend

ing

mom

ent (

kNm

)

L/d=5

n=0.16

NM x

y

-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Curvature (1/m)

Bend

ing

mom

ent (

kNm

) L/d=15

n=0.16

NM x

y

Risposta ciclica di una sezione rettangolare con diversi valori di L/d

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71/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Svergolamento delle barreSvergolamento delle barre

Approccio semplificato

efefds

2s

f kEnd10

kEE4dnf45.0t ≈=

( )2is

isds

EE

EE4E

+= “Doppio” modulo

di elasticità

n = numero totale di barre

d = dimensione della sezione parallela al piano di inflessione

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72/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Zone di sovrapposizioneZone di sovrapposizioneIn molti edifici esistenti le riprese dei ferri hanno lunghezza insufficienteNon si sviluppa tutta la resistenza delle barre e quindi tutta la resistenza teorica flessionale dei pilastri

L1 starter bar

column bar

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73/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Zone di sovrapposizioneZone di sovrapposizione

Comportamento sperimentale

sl

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74/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Zone di sovrapposizioneZone di sovrapposizione

Confinamento– Sezioni circolari

= pressione di confinamento sulla lunghezza di sovrapposizione (anche per svergolamento)

f

l

f

slf E

fDE

EfDt 500001.02

)001.0(≈

⋅⋅−

=

lfsL

sb

ydsl

Lcdnp

fAf

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++

=)(2

2

p = perimetro della sezione all’interno delle barre longitudinali

n = numero di barre sovrapposte su pc = copriferro

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75/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della resistenza a adeguamento della resistenza a compressione di una colonna in c.a.compressione di una colonna in c.a.

Proprietà della colonna

h altezza colonna 4.50 m

b larghezza della sezione 0.30 m

d altezza della sezione 0.20 m

fcd resistenza calcestruzzo non confinato

25 MPa

fccd resistenza richiesta del calcestruzzo confinato con FRP (incremento del 30 %)

32 MPa

rc raggio di arrotondamento degli spigoli

30 mm

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76/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della resistenza a adeguamento della resistenza a compressione di una colonna in c.a.compressione di una colonna in c.a.

Proprietà dei materiali

Efkmodulo di elasticità

del CFRP 230000 MPa

εfudeformazione ultima

del CFRP 1.5 %

γf

coefficiente parziale di sicurezza del

CFRP1.30

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77/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della resistenza a adeguamento della resistenza a compressione di una colonna in c.a.compressione di una colonna in c.a.

Pressione di confinamento necessaria ad ottenere l’incremento del 30%:

2 3 33 2 2,

3 21 1 321 2.6 1 25 1 0.90 MPa

4.2 252.6l effccd ccd

l cdcd cd cd

ff ff ff f f

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + → = − = − =⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠

Riduzione della pressione di confinamento (sezione rettangolare):

2 2 2 2

eff H Vg sg

' ' (300 60) (200 60)1 1 1 1 0.573 (1 ) 3 300 200

b dk k k kA

⎛ ⎞+ − + −= ⋅ ⋅ = − ⋅ ⋅ = − =⎜ ⎟⎜ ⎟⋅ − ⋅ ⋅⎝ ⎠

α ρ

Pressione di confinamento da applicare (arrotondamento degli spigoli):

, 0.90 1.60 MPa0.57

l effl

eff

ff

k= = =

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78/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della resistenza a adeguamento della resistenza a compressione di una colonna in c.a.compressione di una colonna in c.a.

Proprietà del CFRP prescelto

- modulo di elasticità: MPa2070009.0 == fkj EE

fd,rid a fu fmin{ / ; 0.004} min{0.95 0.015 /1.30; 0.004}min{0.01; 0.004} 0.004

= = ⋅ =

=

ε η ε γ

- lo spessore necessario è:

fl f f fd,rid f fd,rid

ff fd,rid

2( )1 12 2

1( )

300 200 11.60 0.23 mm300 200 207000 0.004

l

b d tf E Eb d

b dt fb d E

+= ρ ε = ε

⋅⋅

→ = =+ ε

⋅= =

+ ⋅

Con fogli di spessore di 0.167 mm, si disporranno 2 strati di CFRP per ottenere un incremento del 30% nel carico verticale

- deformazione ridotta:

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79/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della duttilitadeguamento della duttilitàà di di una colonna circolare in c.a.una colonna circolare in c.a.

Proprietà della colonna

h Altezza 3.0 m

D= dj Diametro esterno 0.300 m

ds Diametro interno 0.250 m

fc Resistenza del cls 25 MPa

fy Resistenza dell’acciaio 430 MPa

N Carico assiale 100 kN

Si richiede di aumentare la duttilità di 4 volte

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80/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della duttilitadeguamento della duttilitàà di di una colonna circolare in c.a.una colonna circolare in c.a.

Proprietà del GFRP

Efk Modulo elastico 65000 MPa

εfu Deformazione ultima 2.8 %

γfCoefficiente di

sicurezza 1.30

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81/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della duttilitadeguamento della duttilitàà di di una colonna circolare in c.a.una colonna circolare in c.a.

Staffe esistenti:

Duttilità disponibile:

Indice di adeguamento:

004.025205.04

4

=⋅

⋅==ρ

s

stst ds

A

90.6=δχiniz

4=δ

δ=

χ

χava

tar

sezI

Proprietà di progetto del GFRP:

- Modulo elastico: MPa585009.0 == fkj EE

0.028/ 0.95 0.021.30fd a fu fε = η ⋅ε γ = ⋅ =- Deformazione ultima:

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82/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della duttilitadeguamento della duttilitàà di di una colonna circolare in c.a.una colonna circolare in c.a.

Pressione di confinamento richiesta1) Proveniente dalle staffe esistenti

2) Conseguente resistenza del cls in opera

MPa7.0430004.08.021

21

=⋅⋅=ρ= ystel fkf

,

,

,

2.254 1 7.94 2 1.254

cioè:

0.7 0.72.254 1 7.94 2 1.254 1.1825 25

da cui:1.18 1.18 25 29.5 MPa

cc st l l

c c c

cc st

c

cc st c

f f ff f f

ff

f f

= + − −

= + − − =

= ⋅ = ⋅ =

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83/72 – 15.10 Giorgio Monti – Il rinforzo per sforzo normale e duttilità

Esempio: Esempio: adeguamento della duttilitadeguamento della duttilitàà di di una colonna circolare in c.a.una colonna circolare in c.a.

Pressione di confinamento richiesta3) Deformazione ultima del cls in opera

4) Pressione necessaria dal GFRP

5) Spessore dell’avvolgimento con GFRP

,,

1.4 1.4 0.004 430 0.020.004 0.004 0.005629.5

st y sucu st

cc st

ff

ρ ε ⋅ ⋅ ⋅ε = + = + =

2 2, ,2 2

1.5 1.529.5 0.00560.4 0.4 4 2.1 MPa

0.02cc st cu st

l sezju

ff I

⋅ ε ⋅= = ⋅ =

ε

2.1 300 0.27 mm 2 strati da 0.167 mm2 2 58500 0.02

lj

f fd

f DtE

= = = ⇒ε ⋅