C ONFINAMENTO CON SISTEMA PBO-FRCM

Per le colonne confinate con rete in fibra di PBO si delinea un quadro fessurativo, in generale, caratterizzato da lesioni verticali a carico degli spigoli, particolarmente evidenti in corrispondenza degli strati in sovrapposizione. A queste si aggiungono microlesioni diffuse, distribuite sia in larghezza che in altezza su tutte le facce delle colonne.

Per la colonna con un layer di rinforzo la rottura è determinata dallo schiacciamento del nucleo interno e il cedimento improvviso dei fasci di fibra (Figura 3.65) probabilmente imputabile al ‘knife effect’ in corrispondenza degli spigoli. Si rileva inoltre una rottura coesiva all’interfaccia composito-substrato, evidenziato da un sottile strato di muratura adeso sulla superficie interna del composito stesso.

Per le colonne confinate con 2 e 3 layer la rottura avviene per l’apertura significativa della lesione in corrispondenza degli spigoli interessati dall’overlap (Figura 3.66). Si osserva una dilatazione significativa con evidente distacco del composito dalla superficie della muratura su tutti i 4 lati.

(a) (b)

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(a) (b)

Figura 3.66 – CP2L: (a) modalità di crisi, (b) particolare microlesioni

In Figura 3.67 si riportano i diagrammi tensione-deformazione assiale e deformazione laterale relativa all’asse non interessato da overlap e in Tabella 3.11i principali parametri meccanici dedotti.

Figura 3.67 – Curve di risposta confinamento con PBO-FRCM 2 layer

1 layer

3 layer

124

In generale le curve di risposta presentano inizialmente un andamento lineare fino a circa il 38% della resistenza per i sistemi con un layer di rinforzo, di circa il 33% e il 28% rispettivamente per i sistemi con 2 e 3 layer di rinforzo. Il comportamento diviene quindi non lineare con un notevole incremento dello stato tensionale sino al raggiungimento dei valori di picco e un trascurabile ramo discendente della curva.

Dalle curve di risposta non si riscontrano significativi incrementi di rigidezza all’aumentare del grado di confinamento.

Tabella 3.11 – Confinamento con PBO-FRCM: parametri meccanici

I valori di resistenza, per le configurazioni con 1, 2 e 3 layer, sono rispettivamente pari a 10.65 MPa, 13.67 MPa e 15.31 MPa con incrementi di resistenza rispetto alla colonna non confinata pari al 99%, 155% e 186%. In particolare si ottengono incrementi di resistenza tra le configurazioni con 1 e 2 layer pari al 28% e tra 2 e 3 layer del 12%. Si riscontrano analoghi valori sia per la deformazione di picco, rispettivamente pari a 2.63%, 2.40% e 2.79%, che per la deformazione ultima. L’aumentare del grado di confinamento determina quindi solo incrementi di resistenza, nessun effetto si rileva in termini di capacità deformativa assiale. Si rileva invece una maggiore dilatazione per il confinamento con 1 layer, rispetto alle configurazioni multilayer. Occorre sottolineare che i valori riportati in Tabella 3.11relativi alla dilatazione ultima, per la configurazione con due layer di rinforzo, non corrispondono al valore ultimo di carico. Questi tuttavia sono relativi all’ultimo valore acquisito, per la preventiva rimozione degli LVDT, corrispondente ad un carico pari a 12.53 MPa.

3.4.5 CONFRONTI

Effettuando un confronto tra le curve di risposta ottenute con 1 layer di rinforzo (Figura 3.68) si evince come le resistenze esibite dalle colonne confinate con basalto e acciaio

Picco Ultima f'cc/f'co εcc/εco

[kN] [Mpa] εco , εcc εcu ε0.95 f'cc /εccAsse A-C Asse B-D Asse A-C Asse B-D

UC 334.44 5.35 0.26 0.28 1.00 1.00 1.00 0.03 0.02 0.06 0.39 CP1L 661.88 10.65 2.63 2.81 1.99 9.98 1.07 4.23 4.35 4.91 4.93 CP2L 849.76 13.67 2.40 2.55 2.55 9.11 1.05 - - 1.52 1.96 CP3L 951.88 15.31 2.79 2.86 2.86 10.57 1.02 2.30 2.13 2.36 2.20 Campione Carico di picco Resistenza f'co , f'cc

Deformazione assiale [%] Indice di

duttilità

Deformazione laterale [%]

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(con disposizione continua dell’overlap) risultino paragonabili, con incrementi di resistenza rispetto alla colonna non confinata pari al 45% e al 47%. Significativo è invece l’incremento di resistenza, pari al 108% determinato dalla disposizione alternata degli overlap con 1 layer in acciaio. Analogo incremento di resistenza, pari al 99%, si registra invece per il confinamento con rete in fibra di PBO, che evidenzia inoltre maggiori deformazioni assiali e laterali.

Figura 3.68 – Curve di risposta con 1 layer di rinforzo

L’incremento della capacità deformativa assiale, a seguito del confinamento, è stata valutata mediante il rapporto tra la deformazione assiale di picco delle colonne confinate e non confinata (εcc/εco). Si ottengono valori per le configurazioni in acciaio con

disposizione alternata e continua degli overlap rispettivamente pari a 2.12 e 2.88, e per le configurazioni con 1 layer in basalto e PBO rispettivamente pari a 3.71 e 9.98. Per questi due ultimi sistemi, si ottengono valori significativi anche in termini di dilatazione trasversale, rispettivamente pari a 6.17% e 4.93% determinati in relazione all’asse non interessato da overlap (Tabella 3.12).

Ciò è attribuibile alla modalità di rottura riscontrata per cedimento dei fasci rispetto alla rottura con rinforzo in acciaio che si verifica per distacco dello strato in sovrapposizione.

Acciaio

PBO

Basalto

UC Acciaio

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Si evince quindi un incremento della capacità deformativa assiale e laterale maggiore per il confinamento con rinforzo in fibra basalto e in particolare con il rinforzo in fibra di PBO.

Tabella 3.12 – Confronto parametri meccanici per 1 layer di rinforzo

Effettuando un confronto tra le curve di risposta delle colonne confinate con più layer, si riscontra, una deformazione assiale di picco paragonabile per la colonna confinata con 2 layer in basalto e 3 layer in acciaio, con valori di 1.58% e 1.70% (Figura 3.69 e Figura 3.70). I rispettivi valori del rapporto εcc/εco sono pari a 5.97 e 6.46. Valori di deformazione

di picco maggiori si ottengono con 2 e 3 layer in PBO, pari al 2.40% e 2.79%, con valori del rapporto εcc/εco rispettivamente di 9.11 e 10.57. Per i sistemi con 2 layer di rinforzo in

basalto e PBO si ottengono valori confrontabili della deformazione assiale ultima raggiunta, rispettivamente pari a 2.63% e 2.55%. Le resistenze per i sistemi con 3 layer di rinforzo in acciaio e PBO risultano infine paragonabili (Figura 3.70) con incrementi rispetto alla colonna non confinata rispettivamente pari a 184% e 186%.

La rigidezza risulta significativamente aumentata per il confinamento in acciaio con 2 e 3 layer di rinforzo e per 1 layer con disposizione alternata degli strati di sovrapposizione. Tale incremento risulta trascurabile per 1 layer con overlap continuo in acciaio e le colonne confinate con fibra di basalto e PBO.

Picco Ultima f'cc/f'co εcc/εco

[kN] [Mpa] εco , εcc εcu ε0.95 f'cc /εccAsse A-C Asse B-D Asse A-C Asse B-D

UC 334.44 5.35 0.26 0.28 1.00 1.00 1.00 0.03 0.02 0.06 0.39 CB1L 481.36 7.74 0.98 1.73 1.45 3.71 1.25 5.96 2.65 15.92 6.17 CS1L OA 692.66 11.14 0.56 0.69 2.08 2.12 1.24 0.23 0.17 0.63 1.07 CS1L OC 487.54 7.84 0.76 1.00 1.47 2.88 1.07 0.69 0.48 8.87 2.05 CP1L 661.88 10.65 2.63 2.81 1.99 9.98 1.07 4.23 4.35 4.91 4.93 Campione Carico di picco Resistenza f'co , f'cc

Deformazione assiale [%] Indice di

duttilità

Deformazione laterale [%]

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Figura 3.69 – Curve di risposta con 2 layer di rinforzo

Figura 3.70 – Curve di risposta con 3 layer di rinforzo Acciaio

PBO

Basalto

Acciaio

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Per tutte le configurazioni testate si riportano in sintesi in Figura 3.71 i valori di deformazione assiale di picco e ultima e in Figura 3.72 gli incrementi di resistenza e di capacità deformativa assiale rispetto alla colonna non confinata. In Figura 3.71 risulta evidente il differente comportamento post-picco esibito dal confinamento con fibra di basalto.

Figura 3.71 – Deformazioni assiali di picco e ultime

Figura 3.72 – Incrementi di resistenza e capacità deformativa rispetto alla colonna non confinata

È stato valutato quindi un indice di duttilità per ogni configurazione di prova, determinato come il rapporto tra la deformazione corrispondente al 95% della resistenza, individuata

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sul ramo post picco della curva di risposta, e la deformazione di picco (ε0.95f’cc/εcc). Come

evidenziato in Figura 3.73, tale indice risulta più elevato per le colonne confinate con fibra di basalto con valori di 1.25 e 1.31 rispettivamente per le configurazioni con 1 e 2 layer di rinforzo. Analogo valore, pari a 1.24 si riscontra solo per il confinamento con un layer in acciaio e disposizione alternata degli overlap. Per gli altri sistemi inoltre, si rilevano valori inferiori dell’indice di duttilità e una ulteriore riduzione all’aumentare del grado di confinamento, a differenza di quanto riscontrato con l’impiego del rinforzo in fibra di basalto.

Figura 3.73 – Indice di duttilità

I sistemi di rinforzo in acciaio e PBO favoriscono, quindi, un accumulo più alto di energia durante le fasi di carico nel nucleo della colonna, dovuto alla maggiore rigidezza assiale dei compositi, che viene rilasciata bruscamente alla rottura dei sistemi.

Nel caso di sistema di rinforzo con rigidezza assiale inferiore, quale quello in fibra di basalto, il rilascio di energia avviene gradualmente con grandi deformazioni della colonna e del sistema di rinforzo.

3.5 MATRICI INORGANICHE INNOVATIVE

In questa sezione verranno riportati e discussi i risultati dell’attività sperimentale relativa alla definizione, preparazione e caratterizzazione di una matrice inorganica innovativa ad attivazione alcalina, al fine di valutarne l’impiego in sistemi fibrorinforzati. Questa sarà

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progettata al fine di contenere un elevato quantitativo di sottoprodotti e scarti industriali, quali loppa d’altoforno, fly ash e ceneri ottenute dal processo di combustione di biomassa forestale in centrali termoelettriche, assicurando così efficienza ecologica ed economica nonché proprietà meccaniche paragonabili o superiori ai prodotti attualmente in commercio. Sono state valutate pertanto le proprietà allo stato fresco, quali la lavorabilità, le proprietà meccaniche e il ritiro. In particolare sono stati valutati gli effetti della concentrazione alcalina e del rapporto acqua/leganti (w/b) sul ritiro e sulle prestazioni meccaniche, valutate secondo le opportune tecniche di caratterizzazione.