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Colonne in scala reale in c.a. confinate con FRP: Indagine sperimentale e modellazione analitica Fabio Nardone Universit à degli Studi Federico II di Napoli.

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Presentazione sul tema: "Colonne in scala reale in c.a. confinate con FRP: Indagine sperimentale e modellazione analitica Fabio Nardone Universit à degli Studi Federico II di Napoli."— Transcript della presentazione:

1 Colonne in scala reale in c.a. confinate con FRP: Indagine sperimentale e modellazione analitica Fabio Nardone Universit à degli Studi Federico II di Napoli Dottorato di Ricerca in Rischio Sismico Ph.D. Candidate ciclo XXII ciclo Prof. Gaetano Manfredi Tutor Prof. Antonio Nanni Prof. Andrea Prota Co-Tutor Prof. Aldo Zollo Coordinator

2 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Un numero elevato di strutture in cemento armato realizzate nei primi decenni del secolo scorso, palesano notevoli carenze strutturali, quali: basso valore della resistenza a compressione del calcestruzzo; carenza di unadeguata armatura trasversale (numero e/o passo delle staffe); duttilità della sezione e dellintera struttura limitata. Fabio Nardone

3 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Tali carenze si traducono in caratteristiche di resistenza e duttilità inadeguate alle funzioni che i singoli elementi strutturali sono chiamati a svolgere, e sono ancora più gravi per le strutture progettate in assenza di una normativa sismica. Fabio Nardone Sisma Abruzzo 6 Aprile 2009 Colonne a sezione quadrataColonne a sezione rettangolare Colonne a sezione rettangolare allungata

4 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni I ponti rappresentano un elemento cruciale del sistema delle infrastrutture. Fabio Nardone Nel caso di un evento sismico: Danni ingenti diretti: Vittime umane, Costi di riparazione/ricostruzione, … Danni ingenti indiretti: Interruzione dei trasporti e delle vie di comunicazione, Intralcio alle operazioni di soccorso, etc… Ponti

5 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Ponti Autostrade S.p.a: ~5600 km ~3000 ponti di cui 1/3 simply supported Maggior parte s 2000s Il parco veicolare circolante è fortemente mutato…. La carreggiata si allarga

6 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Le pile da ponte

7 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Le pile cave sono realizzate in zone ad alto rischio sismico e dove lorografia richiede infrastrutture a rilevanti altezze dal suolo Viadotto realizzato con pile cave circolari (Italia) Viadotto realizzato con pile cave rettangolari (Svizzera)

8 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Le pile da ponte cave resistono a taglio e momento elevati: riducendo Il peso proprio (fino al 70%); La sollecitazione in fondazione; La massa partecipante nella risposta sismica. incrementando Lefficienza strutturale in termini di rapporto resistenza-massa e rigidezza-massa Sezioni Rettangolari Cave Nelle sezioni rettangolari cave non si sviluppano nelle pareti le stesse tensioni che si sviluppano nelle sezioni circolari Minor confinamento per il calcestruzzo

9 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone incrementando la duttilità Evidenze sperimentali hanno mostrato che gli FRP possono confinare efficacemente il calcestruzzo incrementando la duttilità e in parte la resistenza flessionale. Lincremento di rinforzo nella direzione trasversale incrementa anche la resistenza a taglio

10 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

11 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

12 Introduzione Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Nardone et al Campagna sperimentale unica al mondo: Costi: circa $ Macchina di prova:550 ton

13 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Colonne a sezione quadrata Colonne a sezione rettangolare Colonne a sezione rettangolare allungata

14 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone ACI (1999)

15 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone ACI (1999)

16 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

17 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Prove cicliche a compressione centrata in controllo di spostamento 0.15mm/min. Realizzazione dei provini…

18 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Caratteristiche meccaniche materiali impiegati Codice provino Tipo di campione di calcestruzzo Numero di ripetizioni Resistenza media [Mpa] Deviazione standard [MPa] S-1 Cilindro 150, h= S-1-5GA Cilindro 150, h= S-1-2GB Carota 95, h= S-1-8H Cilindro 150, h= R-1 Cilindro 150, h= R-1-5GA Carota 95, h= R-1-8H Carota 95, h= R-0.5 Cilindro 100, h= R-0.5-5GA Cilindro 100, h= R-0.5-2GB Cilindro 100, h= R-0.5-5GB Cilindro 100, h= R-0.5-8H Cilindro 100, h= HR-0.6 Cilindro 100, h= HR-0.6-5GA Carota 95, h= HR-0.6-8GA Carota 95, h= WL-1 Cilindro 100, h= WL-1-5GA Carota 95, h= WL-1-8GA Carota 95, h= ASTM C39 Acciaio Calcestruzzo Grade 60 f sy =414 MPa E s =200 GPa Propriet à delle fibre GFRP tipo A GFRP tipo B BFRP Tipo di fibraVetro Basalto – Vetro Percentuale in volume 100% 33.3% – 66.6% Modulo elastico (GPa) – 77 Resistenza a trazione (MPa) – 3400 Allungamento a trazione (%) – 4.7 Propriet à dei tessuti GFRP tipo A GFRP tipo B BFRP Spessore (mm)0.24 [0.48]0.58 [1.27] 0.12 [0.28] Grammatura (g/m 2 ) FRP

19 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Smussatura degli spigoli Fasi applicative del sistema di rinforzo Applicazione del primer

20 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Fasi applicative del sistema di rinforzo Applicazione del GFRP Applicazione del BFRP

21 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Fasi applicative del sistema di rinforzo Applicazione di CFRP in corrispondenza delle estremità dei provini

22 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Strumneti di misura Trasduttori verticali Trasduttori orizzontali Volume di controllo Estensimetri sulle staffeEstensimetri sulle barre longitudinali Estensimetri sulle supeficie esterna

23 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Modalità di crisi delle colonne non confinate La crisi delle colonne è stata di tipo fragile con espulsione del copriferro a seguito dellinstabilizzazione delle barre longituinali compresse Crisi Provino S-1 Crisi Provino WL-1 Crisi Provino R-0.5 Crisi Provino HR-0.6 Crisi Provino R-1

24 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Modalità di crisi delle colonne confinate La crisi delle colonne è stata di tipo duttile grazie al contributo del confinamento che ha evitato che linstabilizzazione delle barre compresse causasse una crisi fragile Fabio Nardone Malta livellante

25 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Modalità di crisi delle colonne confinate La crisi delle colonne è stata di tipo duttile grazie al contributo del confinamento che ha evitato che linstabilizzazione delle barre compresse causasse una crisi fragile Fabio Nardone Malta livellante

26 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Diagramma carico-deformazioni assiali e orizzontali

27 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Diagramma carico-deformazioni assiali e orizzontali

28 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Codice provino fc [Mpa ] Fc,max [kN] c,max [MPa] c,max/fc c,max/ cc,max c,max [mm] c,ult [mm] c,ult / c,max S S-1-5GA S-1-2GB S-1-8H R R-1-5GA R-1-8H R R-0.5-5GA R-0.5-2GB R-0.5-5GB R-0.5-8H HR HR-0.6-5GA HR-0.6-8GA WL WL-1-5GA WL-1-8GA Fabio Nardone

29 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

30 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Confronto teorico-sperimentale Modelli per le sezioni prismatiche Fabio Nardone Lam e Teng 2003Mirmiran et al Campione e Miraglia 2003 Wang e Restrepo 2001 Kumutha et al Wu e Wang 2009 Lignola et al. 2009

31 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

32 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

33 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone La deformazione media in corrispondenza del carico di picco è in media del 0.25 %

34 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Confronto teorico-sperimentale Modelli per le sezioni rettangolari allungate Fabio Nardone Lignola et al Maalej et al f tf al carico di picco Tan et al Model I Model II

35 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Confronto teorico-sperimentale Fabio Nardone Modelli per le sezioni circolari cave Lignola et al Adattandolo alle sezioni rettangolari cave… ReRe RiRi

36 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

37 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

38 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone …utilizzando la deformazione ultima a rottura del FRP …utilizzando come deformazione del FRP quella in corrispondenza del carico massimo

39 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone …utilizzando la deformazione ultima a rottura del FRP …utilizzando come deformazione del FRP quella in corrispondenza del carico massimo

40 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Modelli utilizzati e limitazioni delle linee guida internazionali… Mentre le linee guida italiane…CNR DT-200/2004 …solo il fib non pone limiti su aspect ratio e dimensione massima dei lati!!

41 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Modelli proposti dalle linee guida per le sezioni rettangolari… CNR DT-200/2004

42 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone

43 Introduzione Campagna sperimentale Confronto teorico- sperimentale Confronto nomativo- sperimentale Proposte e Conclusioni Fabio Nardone Comportamento delle colonne sperimentate: Comportamento delle colonne sperimentate: Effetti benefici del confinamento con FRP: Effetti benefici del confinamento con FRP: Il confinamento ritarda linstabilità delle barre longitudinali compresse; Il confinamento ritarda linstabilità delle barre longitudinali compresse; Incrementa di molto la duttilità (anche 400%); Incrementa di molto la duttilità (anche 400%); Incrementa la resistenza in maniera pressochè trascurabile allaumentare dellaspect ratio; Incrementa la resistenza in maniera pressochè trascurabile allaumentare dellaspect ratio; Per il calcolo della resistenza massima del cls confinato: Per il calcolo della resistenza massima del cls confinato: si propone lutilizzo della deformazione efficace del FRP in luogo di quella ultima; si propone lutilizzo della deformazione efficace del FRP in luogo di quella ultima; Per le sezioni rettangolari cave: estensione del modello di Lignola et al.2009 estensione del modello di Lignola et al.2009

44 Grazie per lattenzione.


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