“FORUM DELLA TECNICA
DELLE COSTRUZIONI”
IL RUOLO DELLA SPERIMENTAZIONE NELLO SVILUPPO
DELLE NUOVE TECNOLOGIE PER LE COSTRUZIONI
M. Savoia, C. Mazzotti, B. Ferracuti, M. Bovo, N. Buratti
DICAM - Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e dei Materiali
PERCHE’ LA SPERIMENTAZIONE?
DOMANDE (INPUT)
SPERIMENTAZIONE
CAMPAGNA SPERIMENTALE
CAMPAGNA DI PROVA
(RICERCA APPLICATA)
RISPOSTE (OUTPUT)
DOMANDE (INPUT)
Da chi può venire la “domanda”?
•
imprese
•
industria
•
enti normatori
•
enti pubblici
•
tecnici del settore (Ordini professionali)
Quali possono essere le possibili “domande”?
•
testare un nuovo materiale / applicazione / sistema costruttivo
•
richiesta di un parere autorevole / certificazione
•
richiesta di un attestato di conformità
•
calibrazione di modelli matematici / teorici
•
validazione di modelli matematici / teorici
RISPOSTE (OUTPUT)
Quali possono essere le possibili “risposte”?
• fornire un parere positivo (o negativo) sull’impiego di un nuovo materiale /
applicazione / sistema costruttivo
• rilasciare un certificato o un attestato di conformità
• valori numerici da usare in modelli matematici o di simulazione
• grandezze fisiche (in termini di portata / resistenza / spostamenti)
• restituzione dei parametri da usare in modelli matematici / teorici
• fornire indicazioni ai tecnici / imprese / enti ( Linee Guida, Normative)
LA SPERIMENTAZIONE FORNISCE RISULTATI APPLICATIVI E TANGIBILI ! !
APPROCCIO CORRETTO ALLA SPERIMENTAZIONE =
PROGETTO DELLA PROVA
La campagna di sperimentazione DEVE essere progettata.
Come?
1. Raccolta delle domande a cui rispondere
2. Raccolta delle informazioni esistenti in merito al campione da testare (sono già
state analizzate problematiche simili? esistono già risultati di prove analoghe? ecc.)
3. Scelta del campione da testare
4. Scelta del tipo di carico (ciclico, monotonico, statico, dinamico ecc.)
5. Progetto dell’apparecchiatura di prova (per il vincolo e il caricamento ecc.)
6. Predisposizione dei campioni
7. Realizzazione della prova
8. Interpretazione dei risultati
E COSA DICE LA NORMATIVA (ITALIANA)? (1)
- D.M. 14/01/2008 “ Nuove norme tecniche per le costruzioni “
- Circolare 02/02/2009 – n.° 617 “ Istruzioni per l’applicazione delle Nuove
norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008 “
Costruzioni in cls
Costruzioni in acciaio
Costruzioni in legno
(4.2.7 “progettazione integrata da prove”)
(4.4.2 “calcoli supportati da prove” – 4.4.9 “capacità portante dei collegamenti
deve essere determinata sulla base di prove meccaniche”)
Costruzioni in muratura (4.5.3 “resistenze meccaniche ricavate per via sperimentale su campioni di muro”)
Costruzioni di altri materiali (4.6)
E COSA DICE LA NORMATIVA (ITALIANA)? (2)
Costruzioni esistenti
I DIVERSI LIVELLI E OBIETTIVI DELLA SPERIMENTAZIONE
DA REALIZZARE
Prove su nuove tecnologie,
materiali, ipotesi progettuali
(es. rilascio certificazione ).
IN REALIZZAZIONE
Prove di carico, prelievo di
campioni (es. collaudo).
IN USO
Prove di carico, prelievo campioni
esistenti (es. valutazione sicurezza).
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
“TECNOLOGIA APE spa”
Vista trave
Sistema assemblato
Vista pilastro
Tipologia di solaio
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Fasi di montaggio del sistema
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Completamento in opera
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Sperimentazione sul comportamento dei nodi
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Set-up sperimentale
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Posizionamento dei trasduttori
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Risultati sperimentali
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Risultati sperimentali
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Modello teorico di deformazione
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-COLONNA PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Risultato teorico vs Risultato sperimentale
INDAGINI SPERIMENTALI SU ANCORAGGI DI PILASTRI PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Verifica comportamento per
forze cicliche orizzontali a N
costante
INDAGINI SPERIMENTALI SU ANCORAGGI DI PILASTRI PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Sviluppo cerniera plastica
INDAGINI SPERIMENTALI SU ANCORAGGI DI PILASTRI PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Forza Spostamento
300
250
200
Ottimo comportamento
dissipativo
150
100
Forza [kN]
50
0
-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
-50
-100
-150
Cicli 5-10-20-40 mm
Cicli 60 mm
-200
Cicli 100 mm
Cicli 140 mm
Ciclo 170 mm
-250
-300
Spostamento orizzontale [mm]
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-PILASTRO PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
10
21
21
10
21
21
42
42
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-PILASTRO PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-PILASTRO PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Ancoraggio
efficace
27-7-2010
Ancoraggio
inefficace
9-12-2009
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-PILASTRO PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Modellazione agli Elementi finiti con
comportamento non lineare delle
prove effettuate.
INDAGINI SPERIMENTALI SU NODI TRAVE-PILASTRO PREFABBRICATI
TECNOLOGIA APE spa
Descrizione precisa del quadro
fessurativo
INDAGINI SPERIMENTALI SU TRAVI COMPLETATE IN DUE FASI
TECNOLOGIA APE spa
INDAGINI SPERIMENTALI SU TRAVI COMPLETATE IN DUE FASI
TECNOLOGIA APE spa
INDAGINI SPERIMENTALI SU TRAVI COMPLETATE IN DUE FASI
TECNOLOGIA APE spa
INDAGINI SPERIMENTALI SU SISTEMI A PARETI DIFFUSE CON
BLOCCHI CASSERO - TECNOLOGIA ISOBLOC
INDAGINI SPERIMENTALI SU SISTEMI A PARETI DIFFUSE CON
BLOCCHI CASSERO - TECNOLOGIA ISOBLOC
LINEE GUIDA PER SISTEMI COSTRUTTIVI A PANNELLI PORTANTI
BASATI SULL’IMPIEGO DI BLOCCHI CASSERO E CALCESTRUZZO
DEBOLMENTE ARMATO GETTATO IN OPERA
Approvato dalla Prima Sezione del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici con parere n.117 del 10.02.2011
INDAGINI SPERIMENTALI SU SISTEMI A PARETI DIFFUSE CON
BLOCCHI CASSERO - TECNOLOGIA ISOBLOC
Provino n.2
4000
3500
Carico - [kN]
3000
2500
LVDT 1-4
LVDT 2-3
2000
1500
1000
500
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Spostamento Verticale - [mm]
1
1.2
INDAGINI SPERIMENTALI SU SISTEMI A PARETI DIFFUSE CON
BLOCCHI CASSERO - TECNOLOGIA ISOBLOC
INDAGINI SPERIMENTALI SU SISTEMI A PARETI DIFFUSE CON
BLOCCHI CASSERO - TECNOLOGIA ISOBLOC
Carico ciclico
orizzontale
Carico assiale monotono
Carico ciclico
(costante) con o senza
orizzontale
controllo della rotazione
Cordolo distribuzione carichi
Fondazione rigida in c.a.
Carico assiale monotono
(costante) con o senza
controllo della rotazione
Cordolo distribuzione carichi
Fondazione rigida in c.a.
Rapporto di forma b:h = 1:1
Carico ciclico
orizzontale
Carico assiale monotono
(costante) con o senza
controllo della rotazione
Cordolo distribuzione carichi
Carico ciclico
orizzontale
Carico assiale monotono
(costante) con o senza
controllo della rotazione
Cordolo distribuzione carichi
Fondazione rigida in c.a.
Fondazione rigida in c.a.
Rapporto di forma b:h = 1:1 o 4:3
Rapporto di forma b:h = 1:1 o 4:3
INDAGINI SPERIMENTALI SU SISTEMI A PARETI DIFFUSE CON
BLOCCHI CASSERO - TECNOLOGIA ISOBLOC
Carico assiale
Carico assiale
Carico ciclico
Carico
trasversale
ciclico
NUOVA CONFIGURAZIONE DI CARICO PER PROVE
DI DELAMINAZIONE TRA FRP-CALCESTRUZZO
Si è proposto una nuova configurazione di test per eseguire prove di
delaminazione tra fibre di FRP e calcestruzzo.
Set-up 2
Set-up 1
Mazzotti et al., FRAMCOS 5, Vail (CO) 2004
Mazzotti et al., ICF XI, Turin 2005
NUOVA PROPOSTA
Set-up 3
Sezione incastrata
Mazzotti et al., FRPRCS 7, Kansas City (MO) 2005
NUOVA CONFIGURAZIONE DI CARICO PER PROVE
DI DELAMINAZIONE TRA FRP-CALCESTRUZZO
80 mm di vincolo
NUOVA CONFIGURAZIONE DI CARICO PER PROVE
DI DELAMINAZIONE TRA FRP-CALCESTRUZZO
Set-up sperimentale (3) – Risultati sperimentali
Prova in controllo di spostamento
6000
C
FORZA APPLICATA
5000
B
4000
Modello
SP 2
3000
SP 1
2000
A
1000
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
ALLUNGAMENTO
1,2
1,4
1,6
NUOVA CONFIGURAZIONE DI CARICO PER PROVE
DI DELAMINAZIONE TRA FRP-CALCESTRUZZO
6000
C
5000
B
4000
Modello
SP 2
3000
SP 1
SI OTTIENE UNA DELAMINAZIONE
DISTRIBUITA SUL TRATTO A CONTATTO
2000
A
1000
4000
0
0,2
ε
x
0,4
0,6
Deformazione (microepsilon)
0
35001
0,8
1,2
1,4
1,6
3000
C
2500
2000
1500
1000
B
A
500
0
0
50
100
150
200
250
Distanza dall'origine (cm)
300
350
NUOVA CONFIGURAZIONE DI CARICO PER PROVE
DI DELAMINAZIONE TRA FRP-CALCESTRUZZO
Si è potuto inoltre, proporre una nuova legge di
interfaccia calibrata attraverso i risultati ottenuti.
L’applicazione di tale legge
ha portato ad un miglioramento
della soluzione numerica
trovata riproducendo ora più
fedelmente i risultati
sperimentali.
7
Present tests
Previous tests
6
τ (MPa)
5
4
Curve Parameters
Present tests
Prev. tests
3
2
τmax=6.43 MPa
τmax=6.63 MPa
smax=0.044 mm
smax=0.038 mm
n = 4.437
n = 3.64
1
0
0.0
0.1
0.2
s (mm)
0.3
0.4
0.5
CALIBRAZIONE DI LEGGI IN USO NELLA PROGETTAZIONE DI SISTEMI
RINFORZATI CON FRP
ISTRUZIONI C.N.R.
DEFORMAZIONE DI
PROGETTO
f fdd,2 = f fdd =
k cr
γ f,d ⋅ γ c
⋅
2 Ef ΓFk
tf
εfd
0.01
Taljsten (1994)
Mazzotti et al. (2004)
Brosens (2001)
Chajes et al. (1996)
De Lorenzis et al. (2001)
Faella et al. (2002)
Maeda (1997)
Mean value
5% fractile
CNR-DT200/2004
0.008
ε fdd =
f fdd,2
Ef
0.006
0.004
εfd, mean
εfd,5% fractile
εfdd
0.002
0
0
10000
20000
30000
STUDIO DELLA DURABILITA’ DEI SISTEMI RINFORZATI CON FRP PER
LA CALIBRAZIONE DI RELAZIONI PROGETTUALI (LINEE GUIDA CNR)
Conditioning
Treatment detail
I
II
Moisture content:
Salt Spray Fog 5% NaCl, 95% H O
30 days 60 days
2
(SS Fog)
Temperature: 50°C
cycle: –18°C / +4°C
Freeze-Thaw Time: 5 hours per
133
cycle
cycles
(FT)
(ASTM C666)
Reference
conditions
20° C – 70% RH
-
409
cycles
-
STUDIO DELLA DURABILITA’ DEI SISTEMI RINFORZATI CON FRP
60
30 days
SS fog effects
• Force increase
• Faster force ↑
60 days
133 cycles
50
Fmax (kN)
40
30
FT effects
409 cycles
20
SS fog (30 days)
Reference
FT (409 cycles)
FT (125 cyc) SS fog (15 days)
10
• Force decrease
SS fog (60 days)
FT (133 cycles)
reference air
FT (250 cyc) SS fog (30 days)
• No effects after
few cycles
0
0
100
200
300
Age at loading (days)
400
500
STUDIO DEL COMPORTAMENTO STRUTTURALE DEI CALCESTRUZZI
FIBRORINFORZATI
Studio dell’efficacia di diverse tipologie
di fibre di acciaio e macro-sintetiche
(strutturali)
STUDIO DEL COMPORTAMENTO STRUTTURALE DEI CALCESTRUZZI
FIBRORINFORZATI – ANALISI E MODELLAZIONE
Risultati delle prove di flessione
Effetti della dispersione delle fibre
Modelli a concio fessurato
Modelli FEM e meso-strutturali
STUDIO DEL COMPORTAMENTO STRUTTURALE DEI CALCESTRUZZI
FIBRORINFORZATI – COMPORTAMENTO DIFFERITO
Armatura
tradizionale
Fibre sintetiche
(micro)
Fibre di
acciaio
Fibre sintentiche
strutturali (macro)
STUDIO DEL COMPORTAMENTO STRUTTURALE DEI CALCESTRUZZI
FIBRORINFORZATI – COMPORTAMENTO DIFFERITO
Incremento dell’apertura di fessura
nel tempo sotto carico costante
Effetti della temperatura
Prof. Ing. Marco Savoia – [email protected]
Prof. Ing. Claudio Mazzotti – [email protected]
Dott. Ing. Barbara Ferracuti – [email protected]
Dott. Ing. Marco Bovo – [email protected]
Dott. Ing. Nicola Buratti – [email protected]
DICAM - Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e dei Materiali
www.dicam.unibo.it