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Duttilità e resistenza di strutture in c.a.: influenza della localizzazione delle deformazioni nell'acciaio
No full textL'analisi della resistenza limite delle strutture in calcestruzzo armato sotto assegnati processi di carico costituisce uno dei temi di ricerca di base e di grande attualità dell'ingegneria strutturale. In tale contesto un ruolo determinante è giocato dalla duttilità delle sezioni in c.a. che, sottoposte a stati di sollecitazione generalmente complessi, possono con-sentire o meno il raggiungimento dello stato di meccanismo di collasso, auspicabile per la struttura che riesce, in tal modo, ad esplicare la sua resistenza limite senza il verificarsi di condizioni di rottura anticipata per fragilità locale.
Del resto è ben noto che il comportamento delle membrature in c.a., costituite dalla compartecipazione di materiali a caratteristiche estremamente differenziate, quali il calcestruzzo e l'acciaio, possa risultare fortemente variabile, e quindi propendere verso un comportamento fragile o duttile, a seconda dell'entità di diversi parametri caratteristici quali la resistenza dell'acciaio e del calcestruzzo, le percentuali di acciaio presenti nella sezione, l'entità dello sforzo normale.
I nuovi acciai, ormai diffusi in tutta Europa, che hanno praticamente sostituito il tipo Feb44 tradizionale, realizzati con procedimento Tempeore, di cui si parlerà diffusamente nel Cap. 2, possiedono, rispetto agli acciai di precedente impiego, caratteristiche meccaniche che possono risultare sensibilmente diverse. Questi sono, infatti, caratterizzati da un ridotto rapporto tra tensione di rottura e di snervamento, un minore allungamento a rottura, e tensioni di snervamento superiori rispetto a quelle nominali. L'introduzione di tali acciai può, quindi, migliorare le caratteristiche locali di resistenza ma, al contrario, ridurre la duttilità degli elementi strutturali e le capacità ultime dell'intera struttura.
Una volta raggiunta la condizione di fessurazione della sezione e di snervamento dell'acciaio, si verifica che ulteriori incrementi di carico comportano aumenti di deformazione nell'acciaio snervato tanto più elevati quanto minore è il rapporto di incrudimento dell'acciaio, e cioè il rapporto tra la tensione di rottura e la tensione di snervamento. In prossimità delle sezioni fessurate si generano, pertanto, delle concentrazioni o localizzazioni di deformazioni nell'acciaio, e quindi viene rapidamente raggiunta la condizione di massimo allungamento e rottura della barra. La mancata diffusione delle deformazioni plastiche nell'armatura comporta una ridotta duttilità dell'intero elemento e la tendenza ad un comportamento fragile globale della struttura.
Il fenomeno risulta più evidente e complesso in presenza di carichi ciclici in quanto l'alternanza di sollecitazioni di trazione e compressione nell'acciaio, in corrispondenza delle sezioni fessurate, produce effetti di instabilità delle barre, e degrado dell'aderenza tra calcestruzzo ed acciaio per espulsione del copriferro. Le caratteristiche meccaniche dell'acciaio possono, pertanto, influenzare in modo rilevante la capacità di duttilità e di resistenza di una struttura. in particolare soggetta ad azioni sismiche.
L'interesse rivolto alla problematica illustrata, da parte di vari autori, è testimoniato dalla recente bibliografia disponibile sull'argomento e dalle indagini sperimentali tuttora in fase di sviluppo, miranti a definire i requisiti di duttilità minima da richiedere alle barre di armatura.
In tale contesto si inserisce questo lavoro che partendo da una semplice modellazione di elementi soggetti a sollecitazioni monotone di trazione, flessione e pressoflessione, si pone l'obiettivo di chiarire l'influenza delle caratteristiche degli acciai sul comportamento post-elastico di semplici strutture
Experimental evaluation of the flexural behavior of corroded P/C beams
No full textCorrosion phenomena and related effects, such as size reduction in both rebars and strands, bond decay at steel–concrete interface, and cracking in the surrounding concrete, are particularly critical in prestressedconcrete members, not only for safety reasons, but also for their huge potential socio-economic effects. As a matter of fact, this technique has been used for the last 50 years in the majority of viaducts and bridges built in many countries like Italy. In order to evaluate the influence of the corrosion on prestressed pretensioned beams, a number of tests has been carried out in the Laboratory of the University of Rome ‘‘Tor Vergata”. Nine prestressed beams (section size 200 300; total length 3000 mm; clear span 2700 mm) were first subjected to artificial corrosion, to obtain different damage levels, and then were tested in four-point bending. The results clearly show the sizable effects that corrosion has on the ultimate capacity (that is significantly reduced), on the failure mode and on the structural response, that turns from ductile to brittle
Influenza del fibrorinforzo sulla duttilità locale, globale e sull’aderenza in travi in c.a. soggette a flessione
No full textL’interesse attualmente rivolto allo studio ed applicazione di calcestruzzi fibrorinforzati è testimoniato dalla recente bibliografia e dallo sviluppo di specifiche normative per la progettazione e controllo di strutture in c.a. rinforzate con fibre.
L’efficacia del rinforzo fibroso nell’incrementare la tenacità degli elementi e la resistenza in fase fessurata è provata in molteplici applicazioni strutturali e non, quali pavimentazioni industriali, pannelli prefabbricati e chiusini.
Obiettivo del presente lavoro è la valutazione dell’influenza delle fibre sulla duttilità strutturale di travi in c.a., attraverso modellazioni teoriche e sperimentali. In particolare un set di sette travi in scala reale realizzate in calcestruzzo con l’aggiunta o meno di fibre di acciaio, e con presenza o meno di aderenza delle barre longitudinali è stato soggetto a prove di flessione su quattro punti. I risultati ottenuti consentono di avere indicazioni sul comportamento in fase fessurata, sui meccanismi resistenti, sullo sviluppo del quadro fessurativo e sulle modalità di collasso. E’ inoltre possibile evidenziare l’influenza delle fibre sulla localizzazione e sviluppo della fessurazione, in presenza o assenza di aderenza.
Le risposte sperimentali sono infine confrontate con i risultati di una modellazione analitica, sviluppata dagli autori. Il modello adottato si basa sullo studio del comportamento di un elemento tra due successive fessure e può tener conto della fessurazione, della non-linearità dei materiali, dell’aderenza tra acciaio e calcestruzzo e degli effetti di localizzazione in prossimità delle fessure.
L’indagine teorico-sperimentale consente di approfondire la conoscenza dell’influenza delle fibre sulla deformabilità e sulla duttilità locale di elementi trav
Testing and modelling the flexural response of reinforced concrete beams affected by pitting corrosion
No full textRebar corrosion is among the most common and impactful deterioration mechanisms affecting reinforced concrete (RC) structures, and it can manifest as uniform or pitting corrosion depending on environmental conditions. The comprehension and the foresight of the effects of pitting corrosion on the structural performance of RC structures remain significant and unresolved challenges in today's engineering practice. In this paper, flexural response of a series of RC beams is studied both by analyzing and integrating an existing experimental program and by proposing a practice-oriented numerical modelling approach to simulate pitting corrosion effects. Within this approach, attention is given to the dependence of the results on the information at disposal to describe the corrosion scenario, in terms of both type of adopted parameters and corrosion spatial distribution. Different models to evaluate the residual rebars cross-sectional area and to compute the reduction of rebars deformation capacity due to corrosion are also adopted, allowing for a comparative analysis
A methodology for the evaluation of morphology-based constitutive laws of corroded steel rebars
Full text linkThe assessment of degraded reinforced concrete (RC) existing structures is nowadays a topical problem since several ones have an age close to or higher than their design life. The degradation state of the structure needs to be properly assessed and included in the adopted numerical or analytical models. In this framework, rebars corrosion phenomena can modify the structural behavior of RC members, especially when the corrosive attack is localized in specific areas. As an example, in presence of localized concentrations of chlorides, pitting corrosion of the steel bars occurs, with a localized reduction of the bar section through pits. In this work, the results of a preliminary experimental survey performed on artificially corroded steel rebars are shown, to define an integrated methodology for the definition of material constitutive laws, accounting for morphological aspects of the corrosion phenomenon. A set of steel rebars, embedded in concrete prisms, have been artificially corroded with an accelerated process through electrolytic cells, to obtain local marked pits. The steel rebars have been extracted, cleaned, weighed and subjected to 3D scanning using two different techniques (one based on laser scanning and the other based on structured-light scanning) to evaluate the effective corrosion amount and morphology. Finally, tensile tests were carried out to evaluate the stress-strain curves and the values of yielding, ultimate strengths and elongation to fracture. The presented data and methodology can represent a useful reference for the definition of phenomenological constitutive laws for steel rebars affected by pitting corrosion
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Physical, mechanical and durability properties of GFRP bars with modified acrylic resin (modar) matrix
No full textGlass fiber reinforced polymer (GFRP) bars are currently used as internal reinforcement of concrete structures, as an alternative to traditional steel rebars, to avoid corrosion problems and durability issues. GFRP bars are usually made of continuous glass filaments embedded within a polyester (for non-structural applications) or vinyl ester resin. These resins have been used for many years in several technological fields and widely employed as matrices for composite materials with structural functions. However, since the matrix plays a fundamental role in protecting the fibers from the external environment, the development of new organic matrices able to withstand aggressive environmental conditions while keeping a low cost of production is certainly of great interest. In this study, the possibility of using a modified acrylic resin (ModAR), never employed for such applications, as matrix for GFRP bars has been investigated. Physical, mechanical and durability tests have been carried out, according to international standards, to evaluate the technical feasibility of using ModAR matrices. Experimental results showed that ModAR GFRP bars are able to offer high thermal resistance while keeping physical and mechanical properties within standard limits
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
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