Franco MOLA - Assiad Franco Mola Ordinario di Teoria e Progetto delle Costruzioni in calcestruzzo...
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Il programma di ricerca: applicazioni strutturali del calcestruzzo SCC
Franco MOLA
Dipartimento di Ingegneria StrutturalePolitecnico di Milano
IL PROGRAMMA DI RICERCA“LE PROPRIETA’ CHIMICO-FISICO-MECCANICHE DEI
CALCESTRUZZI AUTOCOMPATTANTIE LE LORO IMPLICAZIONI STRUTTURALI”
Programma di Ricerca Scientifica di Rilevante interesse nazionale. Cofinanziamento Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della
Ricerca Scientifica (MIUR), Industrie di settore.
Coordinatore Scientifico
Unità di Ricerca1) DISTART Bologna, Fac. Ing.2) Chim. Mat. Ing. Chim.
Politecnico di Milano3) Costr. Arch. IUAV, Venezia4) Ing. Strutt. e Geot.
Politecnico di Torino5) DIS Politecnico di Milano6) Ing. Civ. Firenze, Fac. Ing.
Prof. F. Mola,DIS, Politecnico di MilanoCoordinatoreProf. C. CeccoliProf. M. Collepardi
Prof. R. Di MarcoProf. G. Mancini
Prof. F. MolaProf. A. Vignoli
LE LINEE DI SVILUPPO DEL PROGRAMMA
a) caratterizzazione meccanica, reologica e chimico-fisica del SCC
b) modalità di posa in opera, tecniche di misura e certificazione dei prerequisiti del SCC
c) aspetti meccanici della collaborazione fra SCC, armature metalliche o altri materiali strutturali
d) durabilità delle costruzioni realizzate in SCC
I CAMPI DI RICERCA DELLE VARIE UNITA’a) Caratterizzazione meccanica
Indagine sperimentale sulle deformazioni differite in presenza di tensioni moderate ed elevate
Indagine sperimentale sul comportamento reologico, misura del calore di idratazione
Legge costitutiva,modulo elastico, effetto di carichi ripetuti, evoluzione del danneggiamento
DISTART, UNIV. BOLOGNA
DIP.CHIM.MAT.ING.CHIM., POLITECNICO DI MILANO
DIP.ING.CIV., FIRENZE, FAC. ING.
b) Modalità di posa in opera, tecniche di misura
Valutazione sperimentale della omogeneità del materiale in strutture SCC gettate in opera
Valutazione sperimentale della omogeneità del materiale in strutture in NC risanate con getti SCC
DISTART, UNIV. BOLOGNA
DIP. ING. STR. E GEOT., POLITECNICO DI TORINO
I temi trattati1) Bologna
- Le deformazioni differite (viscosità e ritiro)- Capacità portante allo stato limite ultimo per flessione e taglio di
elementi in c.a.- Valutazione della influenza esercitata dalla storia di carico sulla capacità
portante di elementi in c.a.- Controllo della qualità su getti di calcestruzzo SCC realizzati in opera.
Primi risultati
Provini per tests di deformazione a lungo termine
I temi trattati2) Firenze
- Indagini sperimentali a breve termine-leggi costitutive istantanee - Indagini sotto azioni cicliche valutazione del danneggiamento- Prove sperimentali su elementi inflessi in c.a. SCC, NSC,HSC- Prove sperimentali su elementi snelli in c.a. , determinazione della
capacità portante e delle modalità di crisi.
Unità di FirenzeMORFOLOGIA DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI
a) Colonne snelleProve di tipo monotono e ciclico
Classi di resistenza fc=60, 80, 100 MPaDmax≈10 mm
I temi trattati3) Milano Dip. Ing. Chim.
- Misura delle deformazioni a lungo termine- Impiego combinato di aggiunte minerali ultrafini (UFACS), fumo di silice
(SF) e ceneri volanti (FA) per la realizzazione di calcestruzzi a bassissima porosità
- Misura con interferometria laser della granulometria delle aggiunte, studio di ottimizzazione per il raggiungimento del massimo addensamento
- Prove sperimentali di durabilità dei calcestruzzi SCC, valutazione del grado di carbonatazione e della penetrazione dei cloruri.
Composizione di volume
I temi trattati
4) Milano DIS
- Indagine sperimentale sulla aderenza acciaio-SCC. Misure su barre, trefoli, determinazione della legge forza-scorrimento
- Effetto del sconfinamento di tipo attivo
- Valutazione della influenza esercitata dalla storia di carico sulla capacità portante di elementi in c.a.
- Indagini su elementi strutturali in c.a. , c.a.p. soggetti a flessione e taglio
147,6
Ø18
24
12
SCC
36
105
SCC
36
54
18
SCC
72
48
24
209,4
Ø12 Ø24
TRATTO NON ADERENTE
TRATTO NON ADERENTE
TRATTO NON ADERENTE
GEOMETRIA DEI PROVINIAcciaio in barre tonde ad aderenza migliorata FeB 44kDiametro barre: ∅12, ∅18, ∅24 mm
Lunghezza tratto aderente ⇒ Lb = 2∅Lunghezza tratto non aderente ⇒ Lo = ∅Altezza totale provino ⇒ H =3∅Rapporto tra i diametri ⇒ ∅24/∅18=∅18/∅12 = 1.5Numero di denti in presa ⇒ 3
∅ef
f
∅Lb=2∅Lo=∅
∅nom
Barra ∅nom (mm)
∅eff (mm) Lb (mm) L0 (mm) h (mm)
∅12 12,00 10,00 24 12 36 ∅18 18,00 16,00 36 18 54 ∅24 24,00 22,00 48 24 72
TRATTO NON ADERENTE
fyk ≥ 430 MPaftk ≥ 540 MPa
∅24∅18∅12
0,0740,0880,095
IR (indice di rugosità)D/∅ ≅ 9c ≅ 4 ∅
Risultati ∅12-S3
Carico di picco 31,75 kN
tmax di aderenza 35,11 MPa
d a rottura 0,402 mm
d (tmax) 0,348 mm
0 1 2 3Displacement (mm)
0
10
20
30
40
Load
(kN
)
LVDT SUPSTROKELVDT INF
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Displacement (mm)
0
10
20
30
40
Bond
stre
ss (
MP
a)
SCC12-3
222 πφπτ P
lrP
b
==
300 260
2Φ16150300
150
2Φ16
2Φ8 Φ6/15''
L
L
2Φ16
2Φ8
2Φ16
Φ6/15''
L=240 cm (n. 2+2 campioni)
L=290 cm (n. 2+2 campioni)
L=340 cm (n. 2+2 campioni)
L=420 cm (n. 2+2 campioni)
Trave A Trave B
Trave A
Trave B
30
20
30
30
30
L=420 cm (n. 2+2 campioni)
L=340 cm (n. 2+2 campioni)
L=290 cm (n. 2+2 campioni)
L=240 cm (n. 2+2 campioni)
2 campioni Rck 55 Mpa (realizzati in casseri metallici, con maturazione a vapore)
campioni per la prova di permeabilità: 1
numero totale campioni della campagna di prove: 33
numero totale campioni trave B: 8+8
numero totale campioni trave A: 8+8
2 campioni Rck 40 MPa (realizzati in casseri di legno grezzo, con maturazione naturale)
campioni per la prova di permeabilità: 1
2 campioni Rck 40 MPa (realizzati in casseri di legno grezzo, con maturazione naturale)
L=240 cm (n. 2 campioni)
L=290 cm (n. 2 campioni)
L=340 cm (n. 2 campioni)
L=420 cm (n. 2 campioni)
30
30
30
20
30
numero totale campioni della campagna di prove: 16+1
numero totale campioni trave B: 8
numero totale campioni trave A: 8
Trave B
Trave A
Trave BTrave A
L=420 cm (n. 2 campioni)
L=340 cm (n. 2 campioni)
L=290 cm (n. 2 campioni)
L=240 cm (n. 2 campioni)
Φ6/15''
2Φ16
2Φ8
2Φ16
L
L
Φ6/15''2Φ8
2Φ16
150
300
150 2Φ16
260
300
300 260
2Φ16170300
170
2Φ16
2Φ8 Φ6/15''
L
L
2Φ16
2Φ8
2Φ16
Φ6/15''
L=250 cm (n. 2 campioni)
L=300 cm (n. 2 campioni)
L=350 cm (n. 2 campioni)
L=400 cm (n. 2 campioni)
Trave A Trave B
Trave A
Trave B
numero totale campioni trave A: 8
numero totale campioni trave B: 8
numero totale campioni della campagna di prove: 16
30
30
30
30
2 campioni Rck (30-35) MPa (con maturazione naturale)
L=400 cm (n. 2 campioni)
L=350 cm (n. 2 campioni)
L=300 cm (n. 2 campioni)
L=250 cm (n. 2 campioni)
30
Agganci per il sollevamento
Agganci per il sollevamento
15 15
15 15
L=400 cm (n. 2 campioni)30
2Φ16
Trave D
15 Φ6/15'' 2Φ8
Agganci per il sollevamento
15
2Φ16
260
Agganci per il sollevamento
L=400 cm (n. 2 campioni)
Trave C15
30
2Φ16
170 2Φ16
15
30170
Trave C
30
30
Φ6/15''2Φ8
Trave D
30
190
300
190
300 30 3030
3 trefoli 0.6''
3 trefoli 0.6''
3 trefoli 0.6''
3 trefoli 0.6''
I temi trattati6) Venezia
- Prove di aderenza su tiranti di calcestruzzo SCC- Misura della energia di frattura- Indagine sperimentale su elementi tesi e inflessi per la misura del
fenomeno fessurativo- Test sperimentali su prototipi in scala reale di elementi di copertura
prefabbricati in c.a. e c.a.p.- Determinazione delle curve carico- spostamento
I temi trattati
5) Torino
- Utilizzo di SCC per il risanamento e adeguamento di strutture degradate
- Indagine sperimentale su pile da ponte risanate mediante getti di incamiciatura in SCC
- Indagine sulla aderenza fra getto di risanamento e getto preesistente con speciale riferimento alle solette da ponte
- Prove di tipo statico e dinamico, valutazione della influenza di eventuali connettori di tipo meccanico.
SCHEMA DI FINANZIAMENTO PER IL BIENNIO 2005-2006
a) Proprietà chimico-fisico-meccaniche del calcestruzzo SCC
1) Il comportamento del SCC addittivato con fibre
2) Utilizzo di ceneri derivanti da prodotti finali di inceneritori per la produzione di SCC
3) Il progetto del calcestruzzo SCC con particolare riferimento alla durabilità strutturale in presenza di attacco chimico
4) Il calcestruzzo SCC espansivo
b) Le implicazioni strutturali del SCC1) Nodi prefabbricati in SCC fibrorinforzato. Comportamento
sotto azioni di tipo statico e dinamico con specifica attenzione alla azione sismica
2) Effetto delle fibre sulla duttilità di nodi strutturali in SCC
3) Analisi sperimentale della capacità portante per taglio allo stato limite ultimo di elementi tozzi in SCC
4) Il calcestruzzo SCC gettato all’interno di tubi metallici. Studio dell’aderenza ed influenza della espansione del calcestruzzo
5) Il calcestruzzo autocompattante addittivato con fibre per la costruzione di conci prefabbricati per galleria
6) Il calcestruzzo SCC nelle strutture miste acciaio-calcestruzzo. Le colonne tubolari snelle, analisi sperimentale in esercizio e allo stato limite ultimo
7) Indagine sperimentale su elementi riparati con getti in SCC, soggetti ad azione sismica al variare delle condizioni all’interfaccia fra il getto di riparazione e il preesistente supporto
8) Indagine sperimentale sulla capacità rotazionale di cerniere plastiche in elementi aventi schema a trave continua in SCC
9) Effetti del confinamento operato con staffe di varia forma e disposizione in colonne SCC
Partecipazione a future manifestazioni(Unità di Milano DIS)
Giornata di presentazione dei lavori del gruppo, Venezia Fac. Architettura IUAV, 12 luglio 2005
Owics Conference, Singapore 2005
- Bond and size effect in plane and fibre reinforced self compacting concrete
- In situ characterisation of self compacting concrete
2 nd International fib Congress, Naples 2006
- Bond of high strength steel and self compacting concrete
- Mechanical response of SCC beams with various kinds of reinforcement
- Shear strengh of r.c. and p.c. beams
IL PROGETTO ULISSE
Il calcestruzzo SCC e le basi per il suo corretto impiego nell’industria delle costruzioni
Franco MolaOrdinario di Teoria e Progetto delle Costruzioni in calcestruzzo armato e
precompresso, Facoltà di Ingegneria I, Politecnico di Milano
MISURA E CONTROLLO DELLA AUTOCOMPATTABILITA’
Criteri di accettazionetests di prequalificazione, tests di accettazione del prodotto in
cantiere, definizione dei livelli di qualità;
Formulazione di criteri e disposizioni costruttiveLa parete sottile a forte o normale quantitativo di armatura, le
zone diffusive, le zone di punzonamento
MIX-DESIGN SCC
CEM II/A-LL 42.5 R 350 kg/m3
Filler Calcareo 230 kg/m3
Sabbia 0/8 1089 kg/m3
Ghiaietto 5/15 466 kg/m3
Acqua 182 lt/m3
Superf.Acrilico 6.40 lt/m3
Massa volumica cls fresco 2324 kg/m3
Rapporto a/c 0.52
RESISTENZA A COMPRESSIONE Calcestruzzo ordinario Calcestruzzo SCC
Nr campioni:314 Nr campioni:58Rcm: 49.64 MPa Rck: 39.49 MPa Rcm: 53.24 MPa Rck: 45.20 MPaCoefficiente di variazione:12.46% Coefficiente di variazione:9.21%
40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68Resistenza a compressione (MPa)
0
5
10
15
20
25
SCC Rck 35
32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72Resistenza a compressione (MPa)
0
20
40
60
80
100
NSC Rck 35
Calcestruzzo SCC posto in opera
Fornitura totale: 540 m3 Fornitura prevista: 10000 m3
Tests allo stato fresco:
Slump-flow
V-Funnel
J-Ring
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Slump V-Funnel J-Ring
Forn
iture
rifiu
tate
60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80Slump (cm)
0
4
8
12
16
60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80Slump (cm)
0
4
8
12
16
Slump-flow
Calcestruzzo posto in opera Fornitura totale
Media: 73.33 cm Media: 73.14 Coefficiente di variazione: 4.13% Coefficiente di variazione: 4.87 %
0 10 20 30 40 50 60 70 80Slump (cm)
0
4
8
12
16
Dmin =60 cm (UNI11040)Dk = 67.27 cmP{D≤Dmin}=10-4÷10-5
P{D≤Dk}=0.05
Dmin/Dm =0.82Dk/Dm = 0.92
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73Slump (cm)
0
4
8
12
16
Tempo per il raggiungimento della circonferenza di 500mmCalcestruzzo posto in opera Fornitura totale
Media: 2.93 s Media: 2.84s Coefficiente di variazione: 42.75% Coefficiente di variazione: 42.19%
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7Tempo (s)
0
10
20
30
T-500
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7Tempo (s)
0
10
20
30
T-500
V-FunnelCalcestruzzo posto in opera Fornitura totale
Media: 6.74 s Media: 6.48s Coefficiente di variazione: 30.85% Coefficiente di variazione: 32.50%
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tempo (s)
0
4
8
12
16
V-Funnel
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tempo (s)
0
4
8
12
16
V-Funnel
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tempo (s)
0
4
8
12
16
V-Funnel Tmin =4sTmax =12sTk = 3.02sP{T≤Tmin}≅0.01P{T≤Tmax} ≅ 0.995P{T≤Tk}=0.05
Tmin/Tm =0.62Tmax/Tm = 1.85Tk/Tm = 0.46
56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84Slump J-Ring (cm)
0
5
10
15
20
25
J-Ring Calcestruzzo posto in opera Fornitura totale
Media: 72.00cm Media: 71.61cm Coefficiente di variazione: 4.97% Coefficiente di variazione: 6.21%
56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84Slump J-Ring (cm)
0
5
10
15
20
25
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6Differenza slump(cm)
0
4
8
12
Slump - J-RingCalcestruzzo posto in opera Fornitura totale
Media: 1.30 cm Media: 1.46cm Coefficiente di variazione: 161.79% Coefficiente di variazione: 161.46%
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6Differenza slump(cm)
0
4
8
12
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8Differenza slump(cm)
0
4
8
12
16
∆° = 5 cm (UNI11040)
∆0.95 = 5.34 cm
P{∆≥∆°} ≅ 0.05
CONCLUSIONIIl progetto di ricerca permette un avanzamento delle conoscenze teoriche e sperimentali sul comportamento del SCC, considerato nella sua duplice accezione di puro materiale e di materiale strutturale.
In particolare le indagini sulle deformazioni differite anche in campo non lineare, sull’accoppiamento meccanico calcestruzzo-acciaio o calcestruzzo-calcestruzzo permettono di porre le basi per una efficiente modellazione del comportamento di strutture in SCC.
Le prove sperimentali condotte su elementi strutturali appositamente progettati anche in presenza di azioni cicliche e su elementi strutturali al vero forniranno i necessari termini di confronto fra le modellazioni teoriche e la realtà strutturale.
La possibilità di utilizzare aggiunte minerali di un ordine di grandezza inferiori a quelle attualmente utilizzate si rivela grandemente vantaggiosa per garantire calcestruzzi SCC ad alta durabilità.
Le indagini consentono di poter prevedere l’utilizzo futuro di calcestruzzi che, oltre alla prerogativa della autocompattabilità possano presentare ulteriori e garantite prestazionalità, consentendo di realizzare strutture durevoli e non richiedenti complessità operative particolari nella loro fase di costruzione.