PROPOSTA di una METODOLOGIA per la VALUTAZIONE SPERIMENTALE

Presentazione sul tema: "PROPOSTA di una METODOLOGIA per la VALUTAZIONE SPERIMENTALE"— Transcript della presentazione:

1 PROPOSTA di una METODOLOGIA per la VALUTAZIONE SPERIMENTALE
Facoltà di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Civile Orientamento Strutture PROPOSTA di una METODOLOGIA per la VALUTAZIONE SPERIMENTALE delle CAPACITA’ di “AUTO-RIPARAZIONE” di COMPOSTI CEMENTIZI FESSURATI Tesi di Laurea di: Irene PESSINA Relatore: dr. Ing. Liberato FERRARA Correlatori: Ing. Patrick BAMONTE Ing. Visar KRELANI

2 OBIETTIVO dello STUDIO
Valutazione della capacità di “auto-riparazione” del calcestruzzo fessurato indotta da un additivo aero- cristallizzante Indice degli argomenti trattati: il problema della fessurazione il fenomeno del self-healing (“auto-riparazione”) campagna sperimentale

3 IL PROBLEMA della FESSURAZIONE
Fenomeno inevitabile imputabile alla ridotta resistenza a trazione del calcestruzzo ASSESTAMENTO PLASTICO MICROFESSURE RITIRO PLASTICO MICROFESSURE REAZIONI ALCALI-AGGREGATI ASSESTAMENTO PLASTICO RITIRO IGROMETRICO CORROSIONE ARMATURE CONTRAZIONI TERMICHE RITIRO PLASTICO Determina un incremento di deformabilità e permette agli agenti aggressivi di penetrare nel calcestruzzo, compromettendo la durabilità della struttura

4 CONTROLLO della FESSURAZIONE
RIFERIMENTI NORMATIVI (Eurocodice 2) L’ampiezza delle fessure è definita: wk = sr,max (εsm - εcm) dove: sr,max distanza massima tra le fessure εsm deformazione media dell’armatura εcm deformazione media del calcestruzzo tra le fessure Questo valore non deve superare l’ampiezza ammissibile wmax definita in funzione delle condizioni ambientali e del tipo di carichi applicati Classe di esposizione Elementi di calcestruzzo armato normale e precompresso con cavi non aderenti Elementi precompressi con cavi aderenti Combinazione di carico quasi-permanente Combinazione di carico frequente X0, XC1 0,4 mm 0,2 mm XC2, XC3, XC4 0,3 mm XD1, XD2, XS1, XS2, XS3 Decompressione

5 IL FENOMENO del SELF-HEALING
Capacità dei composti cementizi di “auto-riparare” le fessure presenti nel materiale senza un intervento di riparazione esterno CAUSE: Idratazione del cemento non idratato Formazione dei cristalli di carbonato di calcio Chiusura delle fessura attraverso le particelle provenienti dalla superficie della fessura stessa o da impurità presenti nell’acqua ELEMENTO ESSENZIALE: Presenza d’acqua

6 IL FENOMENO del SELF-HEALING
PARAMETRI che INFLUENZANO il FENOMENO: Ampiezza della fessura Pressione, pH, temperatura e durezza dell’acqua Concentrazione di cloruri BENEFICI: Riduzione della permeabilità del calcestruzzo Recupero di resistenza e del modulo elastico del materiale

7 ADDITIVI AERO-CRISTALLIZZANTI
Vengono inseriti nel mix-design in fase di confezionamento del calcestruzzo Gli ingredienti reagiscono con i minerali presenti nel calcestruzzo e formano un composto cristallino (CSH, silicato di calcio idrato) Riducono la permeabilità garantendo la protezione della matrice interna all’attacco di sostanze aggressive Cristalli filiformi e insolubili

8 ATTIVITA’ SPERIMENTALE
Valutare la capacità di “auto-riparazione” del calcestruzzo Confezionamento di una serie di provini prismatici contenenti o non contenenti l’additivo aero-cristallizzante Variabili della ricerca: presenza o meno dell’additivo differenti esposizioni ambientale: camera climatica immersione in acqua condizioni ambientali reali diverse apertura di fessura: calcestruzzo vergine w1 =100 μm w2 =200 μm

9 PROVE PRELIMINARI OBIETTIVO: Verificare se l’additivo influisce sulle proprietà meccaniche del materiale Realizzazione di due tipi di malta: con e senza additivo Stagionatura dei provini prismatici (40x40x160 cm) in diverse condizioni: T=20°C con UR=90% e UR=65% e ambiente esterno Prova a compressione Prova a flessione su 3 punti

10 PREPARAZIONE e GETTO dei PROVINI
Realizzazione di un calcestruzzo a normale resistenza: a/c = 0,55 Confezionamento di due tipi di calcestruzzo: con e senza additivo SENZA ADDITIVO CON ADDITIVO Cemento [kg/m3] 300 Acqua 165 Sabbia 975 Ghiaia Superfluidificante 3 Additivo - MIX-DESIGN 1% del peso del cemento

11 PREPARAZIONE e GETTO dei PROVINI
Numero di provini confezionati: SENZA ADDITIVO CON ADDITIVO 7 cubi (15 x 15) 8 cubi (15 x 15) 4 cubetti (10 x 10) 21 cilindri 4 lastre (50 x 100 x 5) Stagionatura in camera umida (T=20°C e UR=90%) per 30 giorni Suddivisione delle lastre in 72 travetti

12 PREFESSURAZIONE Prova a flessione su 3 punti
in controllo di apertura di fessura Clip gauge

13 PREFESSURAZIONE 1 scarico: 150 μm 2 scarichi: 150 μm 300 μm

14 “CONDIZIONAMENTO” TERMOIGROMETRICO
Camera climatica 3 tempi di condizionamento: 1 settimana 28 cicli 2 settimane 56 cicli 4 settimane 112 cicli

15 "CONDIZIONAMENTO” TERMOIGROMETRICO
Immersione in acqua per 4 settimane Esposizione ad ambiente esterno per 4 settimane

16 PROVA a FLESSIONE POST TRATTAMENTO
Prova a flessione su 3 punti in controllo di apertura di fessura fino a rottura

17 ELABORAZIONE dei RISULTATI SPERIMENTALI
PROVE PRELIMINARI resistenza a compressione PROVE di PREFESSURAZIONE e POST TRATTAMENTO: carico massimo e rispettiva resistenza a trazione fctf rigidezza iniziale rigidezza allo scarico danno al progredire dell’apertura di fessura recupero dell’apertura di fessura

18 PROVE PRELIMINARI L’additivo non modifica le capacità meccaniche del calcestruzzo

19 PROVA A COMPRESSIONE Legge di indurimento con:
fctm(t) resistenza media a compressione del calcestruzzo al tempo t βcc(t) coefficiente dipendete dall’età del calcestruzzo s coefficiente legato alla velocità di sviluppo della resistenza e dipende dal tipo di cemento (s=0,25)

20 RESISTENZE a TRAZIONE per FLESSIONE

21 STIMA della RIGIDEZZA e del DANNO
E0 rigidezza iniziale [N/μm] E1 rigidezza al 1°scarico [N/μm] E2 rigidezza al 2°scarico [N/μm] Danno accumulato in corrispondenza dello scarico i-esimo: dove: Ei rigidezza relativa allo scarico i-esimo

22 RECUPERO dell’APERTURA di FESSURA
Curve carico-CMOD: prefessurazione post-trattamento Fare coincidere il punto iniziale della curva post-trattamento con punto finale della curva di prefessurazione

23 RECUPERO dell’APERTURA di FESSURA
Traslazione lungo l’asse delle ascisse della curva post trattamento finché il suo valore di carico massimo incontra il corrispondente valore sulla curva vergine Definizione dell’indice di recupero: w0 new RECUPERO w0 old

24 INDICE di RECUPERO

25 INDICE di RECUPERO

26 CONCLUSIONI La metodologia utilizzata può essere considerata “affidabile” al fine di valutare gli effetti del self heling di quantità ingegneristiche Si è appurata l’“innata” capacità di “auto-riparazione” dei composti cementizi L’additivo promuove le reazioni di cristallizzazione caratteristiche del self healing L’effetto dell’additivo è più marcato all’aumentare della durata dei cicli di condizionamento termoigrometrico e dell’apertura di fessura

27 SVILUPPI FUTURI Confronto del comportamento dei provini immersi in acqua ed esposti a condizioni ambientali reali Nuovo ciclo di condizionamento in camera climatica: ciclo estivo Condizioni di esposizione più severe: immersione in acqua marina cicli di gelo e disgelo Estensione della ricerca a calcestruzzi fibrorinforzati con l’obiettivo di valutare la sinergia tra l’effetto di cucitura delle fessure esercitato dalle fibre e il fenomeno self healing

28 MODELLO di CALCOLO

29 MECCANISMI di ADERENZA
Lunghezza di trasmissione Tensioni tangenziali

30 PROVA ad ULTRASUONI OBIETTIVO: Valutazione qualitativa degli effetti del self-healing sui provini Esecuzione delle prove prima e dopo il trattamento termoigrometrico Registrazione del tempo di propagazione da emettitore a ricevitore del treno d’onda Calcolo delle relative velocità E R E R E R

31 PROVE ad ULTRASONI Confronto delle velocità di propagazione del segnale prima e dopo il trattamento Nessuna diminuzione della velocità nel tratto in corrispondenza della fessura Si ipotizza che la scarsa attendibilità dei risultati sia dovuta alla particolare geometria dei provini