CALCESTRUZZI FIBRORINFORZATI CON MACROFIBRE
POLIPROPILENICHE PER CONCI PREFABBRICATI IN GALLERIE
SCAVATE CON METODO TBM
Pamela Bonalumi,
Bonalumi, Marco di Prisco
Prisco,, Matteo Colombo
the milestones and ... advanced applications
2002
1996
2006
Around
2000
Model Code: material and structure design
Chapter §5.6
Chapter §7.7
Model Code 2010
Chapter 5.6
5.6 Fibre Reinforced Concrete
5.6.1 Introduction
5.6.2 Material properties
5.6.3 Classification
5.6.4 Constitutive laws
5.6.5 Stress-strain relationship for SLS
5.6.6. Partial safety factors
5.6.7 Orientation factor
Chapter 7.7
7.7 FRC structures
7.7.1 Classification
7.7.2 Design principles
7.7.3 Verification of safety (ULS)
7.7.3.1 Bending and/or axial compression
in linear members
7.7.3.2 Shear in beams
7.7.3.3 Torsion in beams
7.7.3.4 Walls
7.7.3.5 Slabs
7.7.4 Serviceability Limit State (SLS)
7.7.4.1 Crack width in members with
conventional
7.7.4.2 Minimum reinforcement for crack
control
Model Code 2010
Which fibres?
(1) Fibre-Reinforced Concrete (FRC) is a composite material
characterized by a cement matrix and discrete fibres
(discontinuous). The matrix is made of either concrete or mortar.
Fibres can be made of steel, polymers, carbon, glass or natural
materials.
(2) Fibre materials with a Young’s Modulus which is significantly
affected by time and/or thermo-hygrometrical phenomenon are
not covered by this Model Code for the structural use.
(3) Mixtures of different types and/or sizes of fibres can also be
used (called hybrid fibre reinforced concrete).
Model Code 2010
Structural and other uses
(4) FRC for structural applications means the use of design
constitutive laws to consider the post-cracking residual strength
provided by fibre reinforcement. Other cases, like early age crackcontrol or fire resistance, are considered non structural use of
FRC.
(5) For structural use, a minimum mechanical performance of
FRC must be guaranteed.
(6) Fibres can be used to improve behaviour in SLS since they
can reduce crack spacing and crack width, thereby improving
durability.
an unstable material for ductile structures
P
P
P
Pcr
crack formation
P
Pcr
crack formation
crack
localization
δu
Softening material
Hardening material
Depending on the fibre content the stable crack propagation
progressively grows …
an unstable material for ductile structures
an unstable material for ductile structures
Reference test
EN 14651
hsp = 125 mm
b = 150 mm
f R, j =
fL,k
S.L.S.
U.L.S.
fR,1
fR,3
3 Fj l
2 b hsp2
Material characterization
250 mm
150 mm
150 mm
150 mm
UNI
RILEM
150 mm
150 mm
hnotch= 25 mm
hnotch= 45 mm
500 mm
450 mm
550 mm
600 mm
5
σ = 6M/bh2
PLAIN CONCRETE
(MPa)
4
150
3
2
RILEM 3PB
UNI 4PB
1
0
0.00
150
150
y (mm)
4PB test
3PB test
0.05
δ (mm)
0.10
-15
-10
-5
150
y (mm)
y (mm)
y (mm)
100
100
100
100
50
50
50
50
x=0
x = 25 mm
x = 50 mm
σxx
x = 75 mm
[MPa]
0
5 -5
0
5 -5
0
5 -5
0
5
14
an unstable material for ductile structures
σN
Performance based design
fLK
fR1k
0
0.5
fR3k
2.5
CMOD (mm)
(5) Fibre reinforcement can substitute (also partially)
conventional reinforcement at ultimate limit state if the
following relationships are fulfilled:
fR1k/fLk > 0.4;
fR3k/fR1k > 0.5
13/32
RigidRigid- plastic model
14/32
Linear postpost-cracking model
σ = E⋅χ ⋅x
f Fts
C
x
y
χ
ε = w i1/l cs
M
f Fts = 0.45 f R1
wil = w1 = 0.5 mm
M
0.5 fR3 - 0.2 f R1
wil = w3 = 2.5 mm
σ
kbfR1
kafR1
0.5
2.5
if
w
fR3 =0.5 fR1
kb = 0.45 fR1
Which models?
f Fts = 0.45 f R1
fFtu = fR3/3
f Ftu = f Fts
wu
−
( f Fts − 0.5 f R 3 + 0.2 f R1 ) ≥ 0
CMOD3
20
MIX DESIGN
MISCELE INVESTIGATE: N. 4
TIPO MISCELA –
MIX DESIGN 31-07-2013
(0,8 mc – lavorabilità SCC)
Rapporto a/c
0.47
-
-
Cemento CEM I 52.5
400
kg/m3
(ITALCEMENTI)
Sabbia Vagliata 0/3
620
kg/m3
(IMM.RE ESTATE 4)
Sabbia Naturale 0/12
440
kg/m3
(CAVA SABBIONERA)
Ghiaia tonda 8/15
710
kg/m3
(IMM.RE ESTATE 4)
5.0
3
(BASF GLENIUM ACE 32V)
3
(Istrice, FILI & FORME)
Superfluidificante Acrilico
Fibre 39/0.78
Acqua totale
Acqua SSA
12
207
188
kg/m
kg/m
MISCELA RIFERIMENTO
R (CEM I)
3
lt/m
lt/m3
SOSTITUZIONE 15% CEMENTO (60 kg/m3) con:
Filler calcareo
MISCELA F
Cenere Volante
MISCELA C
Loppa d’altoforno
MISCELA L
21
MIX DESIGN
MISCELE INVESTIGATE: N. 4
TIPO MISCELA –
MIX DESIGN 31-07-2013
(0,8 mc – lavorabilità SCC)
Rapporto a/c
0.47
-
-
Cemento CEM I 52.5
400
kg/m3
(ITALCEMENTI)
Sabbia Vagliata 0/3
620
kg/m3
(IMM.RE ESTATE 4)
Sabbia Naturale 0/12
440
kg/m3
(CAVA SABBIONERA)
Ghiaia tonda 8/15
710
kg/m3
(IMM.RE ESTATE 4)
5.0
3
(BASF GLENIUM ACE 32V)
3
(Istrice, FILI & FORME)
Superfluidificante Acrilico
Fibre 39/0.78
Acqua totale
Acqua SSA
12
207
188
kg/m
kg/m
MISCELA RIFERIMENTO
R (CEM I)
3
lt/m
lt/m3
CARATTERISTICHE FIBRE ISTRICE 39/0.78
Tipologia
Composizione
Aspetto
Diametro
Lunghezza
Peso specifico
Tensione a rottura
Modulo elastico
Assorbimento acqua
Resistenza acidi
Trattamento superficiale
Fibre polimeriche ad uso strutturale
Materiali polimerici ad elevata densità e resistenza
Monofilamenti/Macrofibra
0.78 mm
39
mm
1
kg/dm3
520
Mpa
4.1
Gpa
Assente
Totale
Nessuno
22
MIX DESIGN
MISCELE INVESTIGATE: N. 4
TIPO MISCELA –
MIX DESIGN 31-07-2013
(0,8 mc – lavorabilità SCC)
Rapporto a/c
0.47
-
-
Cemento CEM I 52.5
400
kg/m3
(ITALCEMENTI)
Sabbia Vagliata 0/3
620
kg/m3
(IMM.RE ESTATE 4)
Sabbia Naturale 0/12
440
kg/m3
(CAVA SABBIONERA)
Ghiaia tonda 8/15
710
kg/m3
(IMM.RE ESTATE 4)
5.0
3
(BASF GLENIUM ACE 32V)
3
(Istrice, FILI & FORME)
Superfluidificante Acrilico
Fibre 39/0.78
12
Acqua totale
Acqua SSA
207
188
kg/m
kg/m
MISCELA RIFERIMENTO
R (CEM I)
3
lt/m
lt/m3
Per ciascuna miscela:
PROVINI GETTATI
N. provini
Geometria provini
Dimensioni (cm)
6
Cubi
15
15
15
20
Cubi
10
10
10
12
Travetti
15
15
60
2
Travi soletta con armatura
50
12.5
160
2
Travi soletta senza armatura
50
12.5
160
23
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA
PROVE DI COMPRESSIONE UNI-EN 12390-3/4
N¡
DIMENSIONI
MASSA CARICO
Rc
Rcm
MISCELA
Lun.
Lar.
Alt.
mm
mm
mm
kg
kN
MPa
MPa
1
2
3
150
150
150
150
150
150
150
150
150
7860
7861
7871
951
1093
1058
42.27
48.58
47.02
46
CEM I
1
2
3
150
150
150
150
150
151
150
150
150
7941
7951
7873
1071
1115
1020
47.60
49.56
45.03
47
C
1
2
3
150
150
150
150
150
150
150
150
150
7865
7807
7866
1245
1179
1181
55.33
52.40
52.49
53
F
1
2
3
150
150
150
151
152
151
150
150
150
7934
7969
7921
1215
1143
1178
53.64
50.13
52.01
52
L
24
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA
PROVE DI FLESSIONE UNI 14651
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA
PROVE DI FLESSIONE UNI 14651
MIX R
25
MIX C
MIX F
MIX L
26
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA
PROVE DI FLESSIONE UNI 14651
MISCELA
R
C
F
L
fctm,L
fRm,1
fRm,2
fRm,3
fRm,4
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
4.65
4.35
5.23
5.05
3.28
2.56
2.59
3.52
4.24
3.33
3.35
4.81
4.60
3.82
3.93
5.54
4.77
4.05
4.14
5.78
27
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
28
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
29
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA a CARICO COSTANTE
Carico costante
Di 15 kN
Per 1 h
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
30
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA a CARICO COSTANTE
Carico costante di 15 kN
Per 1 h
+
Carico costante di 27 kN
Per 1 h
MIX L
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
31
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
ZOOM
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
32
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
CEM
FILLER
33
LOPPA
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
34
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
CEM I
FILLER
LOPPA
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
Previsione con modello a sezioni piane
35
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
Confronto con modello a sezioni piane
36
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
Confronto con modello a sezioni piane
37
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
Confronto con modello a sezioni piane
38
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
TRAVI SOLETTA
39
MIX R
PROVA DI
Confronto con
FLESSIONE
modello a
ISOSTATICA
sezioni piane
MIX F
MIX L
40
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
MISCELE INVESTIGATA: N. 1
TIPO MISCELA –
MIX DESIGN 2-08-2013
(0,8 mc – lavorabilità S3 dopo 1h)
Rapporto a/c
Cemento CEM I 52.5
Loppa d’altoforno
0.47
-
3
340
kg/m
(ITALCEMENTI)
60
kg/m3
(MINERALI INDUSTRIALI)
3
Sabbia Vagliata 0/3
620
kg/m
(IMM.RE ESTATE 4)
Sabbia Naturale 0/12
440
kg/m3
(CAVA SABBIONERA)
Ghiaia tonda 8/15
710
kg/m3
(IMM.RE ESTATE 4)
Superfluidificante Acrilico
5.3
kg/m3
(BASF GLENIUM ACE 32V)
Fibre 39/0.78
12
Acqua totale
207
Acqua SSA
188
** Additivo calcolato sui fini totali.
*** Slump: 12 cm dopo 1h.
3
kg/m
MISCELA CON LOPPA
L
(Istrice, FILI & FORME)
3
lt/m
lt/m3
CARATTERISTICHE FIBRE ISTRICE 39/0.78
Tipologia
Composizione
Aspetto
Diametro
Lunghezza
Peso specifico
Tensione a rottura
Modulo elastico
Assorbimento acqua
Resistenza acidi
Trattamento superficiale
Fibre polimeriche ad uso strutturale
Materiali polimerici ad elevata densità e resistenza
Monofilamenti/Macrofibra
0.78 mm
39
mm
1
kg/dm3
520
Mpa
4.1
Gpa
Assente
Totale
Nessuno
41
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
CONCIO DI TUNNEL
42
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
CONCIO DI TUNNEL
43
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
Fasi di getto
44
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
Fasi di getto
45
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
Set up prova
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
CONCIO DI TUNNEL
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
46
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
CONCIO DI TUNNEL
47
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
135 kN
200 kN
260 kN
325 kN
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
CONCIO DI TUNNEL
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
DA MODIFICARE - SCEGLIERE IMMAGINE
Confronto con modello a sezioni piane
48
CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE
CONCIO DI TUNNEL
PROVA FLESSIONE ISOSTATICA
49
THANKS FOR YOUR ATTENTION!