Diapositiva 1 - Dipartimento di Strutture per l`Ingegneria e l`Architettura

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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
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.
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
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.
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.
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
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
20
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
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.
Il GFRP- fibre di vetro
Il basso modulo di elasticità
comporta una bassa rigidezza e
quindi elevate deformazioni
sotto l’applicazione di carichi
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.
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 =
η aη1
f fk
γf
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
(SLU)
(SLE)
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.
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
SOLLECITAZIONI
Le sezioni maggiormente sollecitate sono le sezioni 1 e 2
1
2
15
20
1
2
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)
alla
VERIFICHE
Sono state effettuate le verifiche agli SLU:
Flessione
Taglio
e agli SLE:
Limitazione delle tensioni
Verifica sull’apertura delle fessure
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.
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
Nc−Nf= 0
x⎞
⎛
MRd = A f ⋅ f fd ⋅ ⎜ d − 0 ,8 ⋅ ⎟
2⎠
⎝
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
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
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
RCI=0.6cm
12
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
14
12
N
mm 2
3
15
(a)
20
12
3
20
(b)
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.

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