La possibilità di utilizzare cemento armato con barre di GFRP, per la realizzazione di conci prefabbricati per gallerie, è stata valutata attraverso prove di carico eseguite nel laboratorio del dipartimento di ingegneria civile dell’Università di Roma “Tor Vergata” nel 2013. I responsabili dei test sono il Prof. Ing. Alberto Meda e il Prof. Ing. Zila Rinaldi in collaborazione con la società ATP S.p.a. produttrice di barre in GFRP.
Il documento tecnico in questione riporta i risultati ottenuti sottoponendo, a uguali prove di carico, 2 elementi geometricamente uguali, realizzati rispettivamente in c.a. con barre in acciaio e c.a. con barre in vetroresina. Per confrontare i comportamenti nei confronti delle azioni di esercizio sono state eseguite prove a flessione,
2.3.4.1 Descrizione degli elementi analizzati
Gli elementi sottoposti ai test hanno uno spessore di 400 mm, una lunghezza di 4150 mm e una larghezza di 1483 mm. La geometria del segmento è riportata nella figura 65:
101 Figura 65 : geometria degli elementi analizzati. [ Rif. 16]
Nella stesura di questo capitolo sono state considerate le prove di carico eseguite su due conci, chiamati nel seguito D4 e D5. Entrambi sono stati prodotti con un cemento proveniente da uno stesso lotto che ha fatto registrare una resistenza caratteristica cubica di 61 MPa.
Il segmento D4 è stato armato con barre in acciaio B450C disposte come rappresentato nella figura 66. Sono state posizionate in senso longitudinale 12 staffe Ø12. Quindi la generica sezione trasversale è composta da 12 barre
Ø12 nell’intradosso e 12 barre Ø12 nell’estradosso. Il concio è stato inoltre
armato in senso trasversale con staffe Ø12. Le armature sono state disposte in modo da garantire un copriferro minimo di 5 cm.
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Il segmento D5 è stato armato con barre in fibra di vetro disposte come rappresentato in figura 67. Sono state posizionate in senso longitudinale 12 barre Ø12 nell’estradosso e 12 barre Ø14 nell’intradosso. Anche in questo caso l’armatura è stata completata in senso trasversale con staffe Ø12. Le armature sono state disposte in modo da garantire un copriferro minimo di 5 cm.
Figura 67 : armatura in fibra di vetro del segmento D5. [ Rif. 16]
Le barre in fibra di vetro, GFRP, sono state prodotte dalla società ATP S.p.a. e hanno le seguenti caratteristiche:
- resistenza caratteristica a trazione 760 MPa; - modulo di elasticità a trazione 40 GPa; - deformazione a rottura 1.5 %;
- densità della fibra di vetro (vetro E) 2.55 g/cm3;
- densità della resina 1.10 g/cm3;
- contenuto volumetrico in vetro 60 %; - Tg della resina (transizione vetrosa) 80 °C.
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2.3.4.2 Impostazione della prova
Per la prova di carico è stato usato un pistone idraulico in grado di generare una forza massima di 4000 Kn. Il carico viene uniformemente distribuito lungo la linea di mezzaria dell’estradosso del concio grazie ad un sistema di travi e cilindri disposti come riportato nella figura 68.
Figura 68 : impianto per l’applicazione dei carichi. [ Rif. 16]
La forza totale applicata al concio è stata misurata con una cella di carico posta tra il pistone idraulico e la sommità del sistema di travi che ripartiscono il carico sul concio e riesce a eseguire misurazioni con una precisione dello 0.2 %. In questa posizione la cella di carico non considera la forza peso applicata al concio del sistema di travi, pari a 8 [Kn], che può essere considerata a posteriori.
Per misurare lo spostamento verticale dell’intradosso del concio sono stati utilizzati tre transduttori messi nella mezzeria della campata: uno a destra, uno a sinistra e uno nella parte centrale. Questa particolare disposizione consente di valutare eventuali torsioni. Per valutare l’apertura delle fessure nell’intradosso del concio sono stati usati due LVDT; anche questi strumenti sono stati posizionati nella mezzeria del concio. Inoltre, per facilitare la descrizione dello stato fessurativo dell’intradosso all’aumentare del carico, è stata disegnata una griglia quadrata con maglie di 10 cm di lato nella parte interna dell’elemento.
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104 Figura 69 : sistema per il monitoraggio dello stato fessurativo. [ Rif. 16]
I conci sono stati appoggiati con due supporti cilindrici collocati nell’intradosso del concio in maniera simmetrica rispetto alla mezzeria del segmento ad una inter-distanza di 3 m come riportato nella figura 70.
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2.3.4.3 Risultati della prova di carico
Nella figura sottostante sono riportati i risultati della prova di carico, eseguita per valutare il comportamento a flessione, operata su entrambe le tipologie di conci:
Figura 71 : diagrammi “carico-spostamento intradosso mezzeria” relativi alla prova di carico eseguita sui segmenti D4 e D5. [ Rif. 6]
Il grafico mette in relazione il carico totale applicato e lo spostamento verticale della linea di mezzeria dell’intradosso dell’elemento.
Come si può notare, il concio in cemento armato, ha avuto una prima fessurazione significativa in corrispondenza di un carico di circa 170 Kn. Il grafico inoltre presenta un ginocchio in corrispondenza di un carico di circa 290 Kn, il quale, può essere considerato il carico massimo a cui può essere sottoposto l’elemento in esercizio. Dopodiché si ha una fase di plasticizzazione che porta alla completa rottura dell’elemento.
Invece, il concio in calcestruzzo armato con barre di GFRP, ha avuto una prima fessurazione significativa in corrispondenza di un carico di circa 140 Kn e il suo grafico presenta un ginocchio in corrispondenza di un carico di circa 170 Kn. In questo caso
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però il grafico, dopo il ginocchio, mantiene una buona pendenza fino al valore di circa 650 Kn, dove si ha la rottura dell’elemento.
L’apertura delle fessure, che all’aumentare del carico applicato si sono formate nell’intradosso degli elementi, sono riportate nella figura sottostante dove si può notare che l’elemento in RC risponde meglio anche sotto questo aspetto.
Figura 72 : fessurazioni a differenti carichi relative al segmento D4, in armatura tradizionale (a), e al segmento D5 avente armatura in fibra di vetro (b). [ Rif. 6]
Comunque possiamo concludere che, dal punto di vista della resistenza strutturale, i conci armati con barre di GFRP,se opportunamente dimensionati, sono idonei ad essere
impiegati per costruire il rivestimento definitivo di una galleria, in quanto presentano buone caratteristiche meccaniche e risultano adeguatamente duttili, nonostante la fragilità tipica della fibra di vetro.
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