WORKSHOP
Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la
Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture
Salerno 12-13 Febbraio 2007
Pilastri in c.a. confinati con FRP:
risultati sperimentali
Ciro FAELLA, ANNALISA NAPOLI,
Roberto REALFONZO, Gianvittorio RIZZANO
UNIVERSITÀ DI SALERNO
Dipartimento di Ingegneria Civile
Obiettivi
™ In questo lavoro si esamina il comportamento sotto azioni
orizzontali, monotone e cicliche, di pilastri in c.a. rinforzati
adoperando sia sistemi confinanti in FRP che angolari metallici
pressopiegati.
N
F
™ A tal fine, un’ ampia campagna di prove su pilastri in c.a. in scala reale è
tuttora in corso presso il Laboratorio di Strutture dell’Università di Salerno.
™ Le prove sono state effettuate sia su colonne non rinforzate che su
colonne rinforzate adoperando due diverse procedure:
Î rinforzo mediante confinamento esterno con
tessuti in fibre di vetro (GFRP) o di carbonio (CFRP)
Î rinforzo
mediante
uso
combinato
confinamento con FRP e dispositivi metallici.
di
Il Programma sperimentale
™ Il programma sperimentale comprende n. 33 prove e risulta così
articolato:
Î n°24 prove su pilastri aventi sezione quadrata (300x300 mm) ed
altezza 2.20 m;
Î n°9 prove su pilastri aventi sezione rettangolare (300x700 mm) ed
altezza 2.50 m.
™ Le prove sono state eseguite in controllo di spostamento ed in condizioni
di sforzo normale costante
™ Le prove sono state interrotte al raggiungimento di un collasso
convenzionale, ossia in corrispondenza di un degrado di resistenza pari al
10% (degrado valutato sul ramo softening dell’inviluppo monotono).
Parametri esaminati
sezione quadrata 30x30 cm
™ geometria dell’elemento
sezione rettangolare 30x70 cm
™ punto di applicazione della forza
1.70 m (30x30)
H=
1.90 m (30x70)
™ tipo di armature
Î barre lisce
Î barre ad aderenza migliorata
™ tipo di calcestruzzo (fcm ≅ 28 MPa)
Influenza sulla risposta
dell’elemento
Tipologia degli elementi testati
Tipo di barre
fy (MPa)
εy (%)
fu (MPa)
εu (%)
Lisce
346
0.165
498
23.80
Aderenza migliorata
556
0.265
655
16.73
Tipologie di rinforzo
Tutti i sistemi di rinforzo adottati sono
stati messi in opera dalla ditta INTERBAU Srl di Milano.
I pilastri di prova
Proprietà FRP
Fiber
CFRP*
GFRP**
tj [mm]
0.22
0.48
EFRP [GPa]
390
80.6
*commercialized by SIKA; ** commercialized by MAPEI
fu,FRP [MPa]
3000
2560
εu,FRP [%]
0.80
3-4
Dettagli dei pilastri e
set-up di prova
bxH
30x30
30x70
Tipo di prova
monotona
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
ciclica
fibre
vetro
carbonio
vetro
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
carbonio
N. strati
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
2
2
4
2
2
2
4
2
4
4
2
4
4
ν
0.14
0.14
0.14
0.14
0.14
0.14
0.14
0.12
0.14
0.14
0.60
0.60
0.60
0.60
0.60
0.14
0.14
0.128
0.12
0.60
0.60
0.60
0.14
0.60
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
0.14
Prove di laboratorio
per la valutazione
delle proprietà
meccaniche
N =ν (≅ 0.14 )⋅ Ac ⋅fcm
200
160
1.70 m
120
Displacement [mm]
TEST
M5-S
C1-S-G
C2-S-A1
C3-S
C4-S-G
C6-S-A2
C10-S-C
C11-S-A1
C12-S-A1
C13-S-C
C17-S-C
C22-S
C23-S-A1
C29-S-C
C30-S-A1
C7-D-C
C8-D-C
C9-D
C14-D-C
C15-D-C
C16-D-C
C24-D
C25-D-A1
C31-D-A1
C19-S-C
C20-S-C
C26-S
C27-S-A1
C18-D-C
C21-D-C
C32-D
C28-D-A1
C33-D-C
80
40
0
-40 0
6
12
18
24
30
36
-80
-120
-160
-200
Cycle number
42
48
54
60
Riparazione dei pilastri
™ Alcuni pilastri sono stati sottoposti
due volte ai tests di laboratorio. La
prima prova è stata condotta
sull’elemento non rinforzato, fino
all’attingimento
della
soglia
di
collasso convenzionale. Il secondo
test, invece, è stato eseguito dopo
aver riparato l’elemento danneggiato,
adoperando sia gli angolari metallici
che il sistema cerchiante in FRP.
™ La mensola di ancoraggio degli
angolari è stata poggiata sul plinto di
base; tale sistema è stato proposto
come alternativa al tipo “A1”. Con
questo sistema è infatti possibile
ritardare la rottura delle fibre in
carbonio.
Tipo “R”
Prove su pilastri non confinati
nel caso di barre lisce …
200 mm
quando le barre sono ad a.m.
600 mm
Prove su pilastri confinati
con FRP
nel caso di barre lisce …
600 mm
600 mm
cc
quando le barre sono ad a. m...
Prove su pilastri rinforzati con
FRP+angolari metallici
Soluzione 1
Rottura mensola
Rottura fibre
1
Rottura mensola
1
Rottura fibre
Soluzione 2
Rottura mensola
2
b
c2
a
1
b
Soluzione alternativa
Prove su pilastri rinforzati con
FRP+angolari metallici
Prove su pilastri rinforzati con
FRP+angolari metallici
PROVA C1-S/R
Risultati sperimentali
™ Le prove sono state interrotte al raggiungimento di un collasso
convenzionale, ossia in corrispondenza di un degrado di resistenza pari al
10% (degrado valutato sul ramo softening dell’inviluppo monotono).
fibre
N. strati
ν
fcm (MPa)
N (KN)
F+max (kN)
F-max (kN)
δmax (%)
M5-S
-
-
0.14
26.4
335
-
51.15
8.80
C1-S-G
vetro
4
0.14
28.8
363
62.45
56.51
7.36
C2-S-A1
carbonio
2
0.14
27.5
345
83.75
76.89
6.65
C3-S
-
-
0.14
25.7
325
52.73
50.91
3.62
vetro
2
0.14
24.8
310
55.07
50.31
7.22
C6-S-A2
carbonio
2
0.14
26.5
335
40.64
63.32
10.83
C10-S-C
carbonio
2
0.14
26.0
330
49.71
51.02
4.89
C11-S-A1
carbonio
2
0.12
35.3
380
97.53
95.69
7.77
C13-S-C
carbonio
2
0.14
28.9
365
49.08
48.14
5.81
C7-D-C
carbonio
2
0.14
26.1
330
65.33
69.10
6.99
carbonio
2
0.14
26.5
335
69.74
63.51
6.44
-
-
0.128
31.8
365
71.08
66.32
3.51
carbonio
2
0.12
35.3
380
62.87
58.65
6.46
TEST
C4-S-G
C8-D-C
C9-D
C14-D-C
Tipo barre
lisce
aderenza
migliorata
Cicli isteretici
forza-spostamento
Pilastri rinforzati con barre lisce
120000
C3-S
C13-S-C
80000
C6-S-A2
C11-S-A1
40000
120
-40000
-80000
-120000
0
40
80
C9-D
80
120
160
200
40
-51
0
0
-40
-80
Displacement [mm]
-120
51 -59.5
ciclo 51
-40
pinching
Lateral Force [kN]
-200 -160 -120 -80
C3-S
59.5
ciclo 59.5 mm
0
Displacement [mm]
Cicli isteretici
forza-spostamento
Pilastri rinforzati con barre ad aderenza migliorata
120000
Lateral Force [N]
C9-D
C7-D-C
80000
40000
0
-200 -160 -120
-80
-40
0
40
-40000
-80000
-120000
Displacement [mm]
80
120
160
200
Cicli isteretici
forza-spostmento
Pilastri riparati
Lateral Force [N]
120000
C1-S-G
C1-S/R
C9-D
C9-D/R
80000
40000
0
-200 -160 -120
-80
-40
0
40
-40000
-80000
-120000
Displacement [mm]
80
120
160
200
Inviluppi forza-spostamento
Pilastri riparati
120000
80000
Lateral Force [N]
spostamento al
collasso convenzionale
40000
0
-200 -160 -120
-80
-40
0
40
80
120 160
C9-D/R
C9-D
C3-S/R
C3-S
C1-S/R
C1-S-G
-40000
-80000
200
-120000
Displacement [mm]
TEST
Tipo barre
C3-S
C3-S/R
C1-S-G
Lisce
C1-S/R
C9-D
C9-D/R
Aderenza
migliorata
Tipo fibre
N° strati
fcm
(MPa)
N
(kN)
F+max
(kN)
F-max
(kN)
dmax
(mm)
δmax
(%)
-
-
25.7
325
52.73
50.91
61.54
3.62
carbonio
2
25.7
325
69.34
71.21
56.31
3.31
vetro
4
28.8
363
62.45
56.51
125.12
7.36
carbonio
2
28.8
363
112.09
102.75
126.65
7.45
-
-
31.8
365*
71.08
66.32
59.67
3.51
carbonio
2
31.8
365*
105.13
113.92
52.92
3.11
Conclusioni
™ I risultati sperimentali hanno messo in luce l’entità del miglioramento - in
particolare in termini di duttilità - dei pilastri confinati con FRP ed evidenziato le
differenze tra la risposta di colonne armate con barre lisce e quelle armate con barre
ad aderenza migliorata.
™ Significativi incrementi di resistenza sono stati ottenuti solo in quei casi che
prevedono, oltre al confinamento con FRP, anche la disposizione di angolari metallici
ancorati al plinto di base. In tal caso, l’analisi complessiva dei dati sperimentali –
ovvero considerando sia il caso di pilastri rinforzati con angolari ancorati al plinto di
base che i pilastri riparati - ha mostrato che il comportamento dei pilastri, in termini di
resistenza e di duttilità, è fortemente condizionato dal dettaglio costruttivo del sistema
di ancoraggio dell’armatura integrativa.
™ L’esame dei risultati fin qui ottenuti ha fornito utili indicazioni per il miglioramento
delle tecniche di rinforzo investigate che verranno adoperate per le future prove in
programma.
Grazie per la
cortese attenzione
Ringraziamenti
Questo studio è stato in parte finanziato con fondi
relativi al Progetto sviluppato in collaborazione tra il
Dipartimento di Protezione Civile (DPC) ed la Rete dei
Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (Consorzio
ReLUIS).