Diapositiva 1 - Dipartimento di Strutture per l`Ingegneria e l`Architettura
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Diapositiva 1 - Dipartimento di Strutture per l`Ingegneria e l`Architettura
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II” FACOLTA’ DI INGEGNERIA ELABORATO DI LAUREA DIMENSIONAMENTO DI ELEMENTI IN CALCESTRUZZO, RADIOTRASPARENTI, RINFORZATI CON MATERIALI COMPOSITI RELATORE CH.MO PROF. ING. ANTONIO NANNI CORRELATORI ING. RENATO PARRETTI ING. DOMENICO ASPRONE ANNO ACCADEMICO 2005/2006 CANDIDATO DAVIDE SINISCALCO MATRICOLA 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ INTRODUZIONE Lo scopo dell’elaborato è di mettere a punto una metodologia per la progettazione di recinzioni con materiali permeabili alle radiofrequenze, da impiegare per la protezione di Infrastrutture Strategiche. DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ SAS-2006 “Security of Airport Structures: from stand-off fences to blast resistant barriers using radio frequency transparent material systems SAS-2006”, presentato all'”European Programme for Critical Infrastructure Protection” nel gennaio 2006 Obiettivi: sviluppare ed implementare la tecnologia necessaria per bloccare l’accesso di intrusi o terroristi a strutture critiche dal punto di vista della sicurezza pubblica; utilizzare materiali, permeabili alle radiofrequenze, che non interferiscano con gli apparati di radiocomunicazione. DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ SAS-2006 Il progetto fa parte dell'area di attività "Homeland Security" del centro di ricerche AMRA e sarà realizzato con la direzione scientifica del Prof. Antonio Nanni. Collaborano al progetto: AMRA (capofila) ENAV ATP Srl Weidlinger Associates Ltd Saint-Gobain Vetrotex DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ I VOR Acronimo di VHF Omnidirectional Range, sistema di radionavigazione per aeromobili. Dal 1949 l'ICAO (International Civil Aviation Organization) lo ha definito come standard per le navigazioni a corto e medio raggio. In Italia sono presenti diverse stazioni VOR che sono parte dell’Eurocontrol System, organizzazione europea per la sicurezza del traffico aereo. DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ I VOR Trasmette onde radio in VHF che vengono captate da un ricevitore a bordo che le elabora e fornisce informazioni utili al pilota per capire la sua posizione rispetto al radiofaro. DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ LA STRUTTURA La recinzione si compone di elementi tubolari in GFRP inseriti su moduli prefabbricati in cemento armato. Diametro esterno D=85mm Passo s=65mm DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ LA STRUTTURA Il modulo prefabbricato è realizzato in calcestruzzo armato con barre in GFRP → durabilità eccellente B1 B2 3,25 b1 15 8,5 20 3,25 30 70 DAVIDE SINISCALCO - 520/363 20 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ LA STRUTTURA Un elemento così concepito si adatta molto bene in presenza di pendii sensibilmente acclivi e non è suscettibile alla corrosione dovuta all’ubicazione in ambienti aggressivi. ↓ Grande versatilità DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ Il GFRP Il GFRP è un materiale composito, eterogeneo ed anisotropo, che mostra un comportamento prevalentemente elastico lineare fino al collasso. I GFRP, come tutti i materiali compositi, presentano le seguenti caratteristiche: sono costituiti da due o più materiali (fasi) di natura diversa e “macroscopicamente” distinguibili; almeno due delle fasi presentano proprietà fisiche e meccaniche “sufficientemente” diverse tra loro, in modo da impartire al composito proprietà differenti da quelle dei costituenti. DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ Il GFRP- fibre di vetro Il basso modulo di elasticità comporta una bassa rigidezza e quindi elevate deformazioni sotto l’applicazione di carichi DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ Il GFRP- matrici Le più utilizzate sono quelle polimeriche a base di resine termoindurenti. Tali resine si presentano liquide o pastose a temperatura ambiente. Per miscelazione con un opportuno reagente esse polimerizzano (reticolano) fino a diventare un materiale solido vetroso. Le resine termoindurenti più diffuse nel settore civile sono: epossidiche poliestere vinilestere. DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ Il GFRP- barre Sono realizzate principalmente mediante processi di pultrusione a cui possono seguire fasi di intrecciatura o tessitura di filamenti trasversali di fibre attorno alla sezione. ffd = DAVIDE SINISCALCO - 520/363 η aη1 f fk γf UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ CARATTERISTCIHE MECCANICHE DEI MATERIALI UTILIZZATI Rck50 Ф8 - Ф12 ATP fck = 41,5 MPa ffk = 900 MPa Ec = 40305 MPa ffd = 420 MPa fcd = 25,94 MPa ffd = 189 MPa fcd’= 22,05 MPa ffr = 210 MPa fctm = 3,66 MPa Ef = 41000 MPa fctk = 2,56 MPa εfd = 0.0092 fctd = 1,6 MPa fcfk = 3,07 MPa DAVIDE SINISCALCO - 520/363 (SLU) (SLE) UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ ANALISI E COMBINAZIONE DEI CARICHI VENTO Secondo il DM 16 Gennaio 1996 e la Circ. 156 del 04.07.1996 è possibile schematizzare l’azione del vento con un sistema di pressioni statiche equivalenti URTO Secondo il DM 04/05/1990 , l’azione dell’urto dei veicoli in svio è introdotta come azione sul muro in ragione di almeno 45 KN posta ad un’altezza di 60 cm dal suolo. DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ ANALISI E COMBINAZIONE DEI CARICHI qt= 937,93 N/m2 qc= 1148,8 N/m2 F’u= 11,25 KN qt COMBINAZIONE Fd = Gk + Qdk + γcxQcx F'u qc DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ SOLLECITAZIONI Le sezioni maggiormente sollecitate sono le sezioni 1 e 2 1 2 15 20 1 DAVIDE SINISCALCO - 520/363 2 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ SOLLECITAZIONI Applicando la combinazione di carico più sfavorevole sezione 1, si ha: Vdu = 17 KN (SLU) Mdu = 5,22 KNm (SLU) Vsd = 11,30 KN (SLE) Msd = 3,44 KNm (SLE) Per la sezione 2: Mdu = 8,28 KNm (SLU) Msd = 5,47 KNm (SLE) DAVIDE SINISCALCO - 520/363 alla UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ VERIFICHE Sono state effettuate le verifiche agli SLU: Flessione Taglio e agli SLE: Limitazione delle tensioni Verifica sull’apertura delle fessure DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ VERIFICHE-flessione Le ipotesi fondamentali sono: conservazione della planeità delle sezioni rette fino a rottura; perfetta aderenza tra calcestruzzo e barre di FRP; incapacità del calcestruzzo di resistere a sforzi di trazione; incapacità delle barre di FRP di resistere a sforzi di compressione; legame costitutivo del calcestruzzo parabola-rettangolo; legame costitutivo del composito elastico lineare fino a rottura. DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ VERIFICHE-flessione Conformemente a quanto previsto dal DM 16/01/1996 è possibile avvalersi per il calcestruzzo di una distribuzione semplificata delle tensioni normali del tipo “stress-block” per le due regioni di rottura cu x 1 h d Af 2 fd b DAVIDE SINISCALCO - 520/363 Nc−Nf= 0 x⎞ ⎛ MRd = A f ⋅ f fd ⋅ ⎜ d − 0 ,8 ⋅ ⎟ 2⎠ ⎝ UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ VERIFICHE-taglio La resistenza di calcolo a taglio di un elemento sprovvisto di staffe può essere valutata mediante la seguente relazione fornita dal CNR DT 203/2006: VRd = min{VRd,ct,VRd,max } VRd,ct = ⎛ Ef 1,3 ⋅ ⎜⎜ ⎝ Ec ⎞ ⎟⎟ ⋅τ Rd ⋅ k ⋅ (1,2 + 40 ρ1 ) ⋅ b ⋅ d ⎠ Per elementi armati con staffe: VRd = min{VRd,ct + VRd,f ,VRd,max } = A fw ⋅ f fr ⋅ d V Rd,f s DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ VERIFICHE-SLE LIMITAZIONE DELLE TENSIONI Le tensioni nel cls devono essere minori dei valori forniti dalla norma Le tensioni nelle barre minori di ffd (SLE) LIMITAZIONE DELLE FESSURE Le aperture devono essere in ogni caso < di 0,5mm DAVIDE SINISCALCO - 520/363 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ VERIFICHE-Sezione 1 Utilizzando come armatura a flessione 2 barre Φ 12 di GFRP e come armatura a taglio una doppia staffatura con barre Φ8 poste ad una distanza di 13 cm si ha: MRd = 23,58 KNm > Mdu = 5,22 KNm VRd = 22,63 KN > Vdu = 11,3 KN Mfes =4,7 KNm > Msd = 3,44 KNm 30 2 2,4 centro del raggio di curvatura interno RCI 2,4 8 13 RCI=4.25cm 30 2,6 RCI=0.6cm 7,5 RCI=0.6cm 12 12 15 8,3 2,4 4,1 25,4 30 DAVIDE SINISCALCO - 520/363 RCI=0.6cm 12 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ VERIFICHE-Sezione 2 Utilizzando come armatura a flessione 2 barre Φ 12 di GFRP e come armatura a taglio una staffatura con barre Φ8 poste ad una distanza di 14 cm si ha: MRd = 12,72 KNm > Mdu = 8,28 KNm VRd = 61,53 KN 8 > Vdu = 0 3 Mfes = 3,12 KNm < Msd = 5,47 KNm 8 17 σc= 20,9 MPa ≅ 0,5 ⋅ f ck = 20,75MPa σf = 149 MPa ≤ f fd ( SLE ) = 189 wk = 0,59 mm DAVIDE SINISCALCO - 520/363 14 12 N mm 2 3 15 (a) 20 12 3 20 (b) UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II “ CONCLUSIONI Le verifiche, sui risultati ottenuti considerando, per semplicità, la sola combinazione dell’azione del vento e dell’urto di un veicolo, risultano ampiamente soddisfatte. Si è dimostrato che con l’utilizzo di un materiale innovativo come il GFRP è possibile: superare le problematiche relative alle radiocomunicazioni; garantire un’ottima resistenza; fornire alla recinzione dei requisiti di durabilità estremamente superiori. DAVIDE SINISCALCO - 520/363