I risultati più significativi relativi ai calcestruzzi friborinforzati ottenuti dalle tre serie di prove sperimentali di flessione su quattro punti sono stati confrontati con lo scopo di evidenziare l’influenza di alcuni parametri come l’uso di fibre (metalliche/polipropilene) con caratteristiche meccaniche, geometriche e dosaggi diversi. I confronti sono stati effettuati con riferimento al tipo di fibra impiegata (Fig. 4.19 e 4.20).
Con riferimento ai calcestruzzi rinforzati con fibre metalliche, le caratteristiche meccaniche, il rapporto d’aspetto, la lunghezza delle fibre così come le caratteristiche della matrice cementizia influiscono sulla performance in generale (Fig. 4.19).
A parità degli altri parameri, al crescere del tenore di fibre additivate nell’impasto aumenta il valore del carico di picco, si riduce la pendenza del ramo discendente così come cresce il valore del carico residuo e il valore di energia di frattura (Tab. 4.13). Si evince che utilizzando lunghezze di fibre metalliche crescenti i parametri prima menzionati migliorano. L’uso poi combinato di fibre più lunghe e rapporti d’aspetto più alti, a parità di percentuale in volume di fibre, influisce principalmente sul comportamento post-picco come nel caso della serie A1% rapportato alla serie S1%. Quando vengono utilizzati fibre con alti rapporti d’aspetto in matrici cementizie ad alta resistenza la performance migliora notevolmente, esibendo una marginale perdita di carico.
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c) Fig. 4.19. Confronti curve: a) carico-CMOD; b) carico-CTODm; c) carico-freccia.
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c) Fig. 4.20. Confronti curve : a) carico-CMOD; b) carico-CTODm; c) carico-freccia.
Tab. 4.13. Energia di frattura: valori medi.
GF (II criterio) GF (III criterio)
N/mm N/mm A1% 15,4 14,1 A2% 24,5 22,9 S1% 7,6 6,5 S3% 22,8 20,0 S5% 25,5 23,0 DS1% 36,7 34,0 DS2% 58,6 55,4 P1% 7,9 7,7 MP1% 7,1 6,6 MP2% 9,8 9,5
Questo fenomeno si accentua, quando cresce la percentuale volumetrica di fibre, come nel caso delle serie DS2%. Comunque, calcestruzzi rinforzati con tenori dell’1% di fibre metalliche con rapporto d’aspetto pari ad 80 mostrano un comportamento post- picco migliore rispetto a calcestruzzi rinforzati con percentuali dell’ordine del 5% di fibre metalliche con rapporto d’aspetto pari a 40.
Nel caso di calcestruzzi rinforzati con fibre in polipropilene il comportamento post- picco è molto simile pur variando sia il tenore di fibre che la lunghezza delle fibre e la resistenza della matrice di base (Fig. 4.20). Aumentando il tenore di fibre cresce il valore di energia di frattura (Tab. 4.13).
Il confronto poi tra calcestruzzi additivati con i due diversi tipi di fibre analizzate evidenzia che l’uso di fibre metalliche comporta un incremento di resistenze di picco e di resistenze residue significative rispetto ai corrispondenti tenori di fibre in polipropilene.
4.6 Conclusioni
L’aggiunta anche di bassi tenori di fibre nella matrice cementizia migliora in generale il comportamento post-picco sia a compressione che a trazione. Questo effetto è più evidente nel caso di tenori di fibre medio alti.
Per quanto riguarda il comportamento a compressione all’aumentare del tenore di fibre metalliche la resistenza rimane pressoché costante, mentre le curve tensione- deformazione presentano un comportamento post-picco migliore, il ramo discendente è più esteso. Con riferimento alla seconda serie di prove, i calcestruzzi fibrorinforzati
attingono valori di deformazione ultima compresi tra 0,012 e 0,018, circa cinque volte quella di un calcestruzzo ordinario. Nel caso di calcestruzzi rinforzati con l’1,6% (S1.6%) e il 3% (S3%) di fibre metalliche ad una deformazione dell’0,01 mostrano una resistenza residua significativa rispetto alla resistenza di picco, circa il 74% e il 78%, rispettivamente.
Con riferimento al comportamento a trazione, esaminato attraverso prove di trazione per flessione, a parità di altri parameri, al crescere del tenore di fibre metalliche additivate nell’impasto aumenta il valore del carico di picco, si riduce la pendenza del ramo discendente così come cresce il valore del carico residuo. L’uso poi combinato di fibre più lunghe, rapporti d’aspetto più alti, dosaggi medio alti (Vf=2%) additivate in matrici cementizie ad alta resistenza migliora sostanzialmente la performance del calcestruzzo fibrorinforzato. Il carico o la resistenza massima si incrementa di circa tre volte rispetto ad un calcestruzzo ordinario e mostra in corrispondenza dell’apertura all’apice dell’intaglio di 3 mm una perdita marginale di carico, di circa il 5% (DS2%) rispetto al carico massimo. I calcestruzzi rinforzati con fibre in polipropilene non mostrano un incremento del carico di picco bensì presentano una resistenza residua significativa.
Le curve sperimentali, sia a compressione che a trazione sono affidabili e quindi confrontabili con quelle ottenute da altri autori. Le prove eseguite con riferimento a ben definite standards contribuiscono ad arricchire il database sperimentale già disponibile in letteratura sviluppando le conoscenze su calcestruzzi rinforzati con medio alti tenori di fibre.
Questi risultati sono utili per un confronto con curve determinate applicando i modelli teorici e permettono di validare/invalidare i legami costitutivi ad oggi disponibili in letteratura.
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CAPITOLO 5
RELAZIONI TENSIONE-DEFORMAZIONE
5.1 Introduzione
Il calcestruzzo, dal punto di vista strutturale, si assume non resistente a trazione con un non esteso tratto di softening a compressione dovuto alla limitata deformazione trasversale del materiale. Queste caratteristiche influenzano la performance strutturale delle opere realizzate in calcestruzzo armato, poiché il comportamento di un calcestruzzo ordinario è essenzialmente di tipo fragile. Gli effetti negativi del comportamento fragile di questo materiale possono essere ridotti migliorandone il comportamento post-picco con l’aggiunta di fibre discontinue nella miscela.
Le proprietà uniche dei calcestruzzi fibrorinforzati ne suggeriscono l’uso in molte applicazioni strutturali e risultano particolarmente consigliati per strutture in zone sismiche e per operazioni di ripristino e consolidamento di strutture ammalorate ed in generale, per strutture sollecitate a flessione, a taglio, agli urti ed all’usura, nonché ad azioni di tipo ciclico.
Tuttavia, le conoscenze attuali sono incomplete, quando si vuole progettare o verificare strutture realizzate con calcestruzzi fibrorinforzati, in presenza o meno d’armatura tradizionale, è necessario fare riferimento ad un’affidabile relazione tensione-deformazione, sia a compressione che a trazione, dei materiali ed in particolare per il calcestruzzo fibrorinforzato, in modo da mettere in relazione il comportamento dei materiali alla risposta strutturale.
In letteratura sono reperibili nel periodo tra il 1987 ed il 2007, diverse proposte di legami costitutivi, a compressione e a trazione, per calcestruzzi rinforzati con fibre metalliche. Tali relazioni tensione-deformazione in regime uniassiale del calcestruzzo fibrorinforzato sono raccolti e presentati in due sezioni, una riguardante il comportamento a compressione ed un’altra quello a trazione.
Al fine di valutare l’affidabilità delle relazioni tensione-deformazione a compressione, è stato sviluppato uno studio comparato tra le curve registrate sperimentalmente e quelle ottenute dai modelli proposti in letteratura. Lo studio è basato sull’analisi critica dei diversi modelli analitici e sul confronto con l’esteso database di risultati sperimentali collezionato.