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Facoltà di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Civile Orientamento Strutture PROPOSTA di una METODOLOGIA

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  • Facolt di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Civile Orientamento Strutture PROPOSTA di una METODOLOGIA per la VALUTAZIONE SPERIMENTALE delle CAPACITA di AUTO-RIPARAZIONE di COMPOSTI CEMENTIZI FESSURATI Relatore:dr. Ing. Liberato FERRARA Correlatori:Ing. Patrick BAMONTE Ing. Visar KRELANI Tesi di Laurea di: Irene PESSINA
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  • OBIETTIVO dello STUDIO Valutazione della capacit di auto-riparazione del calcestruzzo fessurato indotta da un additivo aero- cristallizzante Indice degli argomenti trattati: il problema della fessurazione il fenomeno del self-healing (auto-riparazione) campagna sperimentale
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  • IL PROBLEMA della FESSURAZIONE ASSESTAMENTO PLASTICO RITIRO PLASTICO CONTRAZIONI TERMICHE MICROFESSURE CORROSIONE ARMATURE RITIRO IGROMETRICO REAZIONI ALCALI-AGGREGATI Fenomeno inevitabile imputabile alla ridotta resistenza a trazione del calcestruzzo Determina un incremento di deformabilit e permette agli agenti aggressivi di penetrare nel calcestruzzo, compromettendo la durabilit della struttura ASSESTAMENTO PLASTICO MICROFESSURE RITIRO PLASTICO
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  • CONTROLLO della FESSURAZIONE RIFERIMENTI NORMATIVI (Eurocodice 2) Lampiezza delle fessure definita: w k = s r,max ( sm - cm ) dove: s r,max distanza massima tra le fessure sm deformazione media dellarmatura cm deformazione media del calcestruzzo tra le fessure Questo valore non deve superare lampiezza ammissibile w max definita in funzione delle condizioni ambientali e del tipo di carichi applicati Classe di esposizione Elementi di calcestruzzo armato normale e precompresso con cavi non aderenti Elementi precompressi con cavi aderenti Combinazione di carico quasi-permanente Combinazione di carico frequente X0, XC10,4 mm0,2 mm XC2, XC3, XC4 0,3 mm 0,2 mm XD1, XD2, XS1, XS2, XS3Decompressione
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  • IL FENOMENO del SELF-HEALING Capacit dei composti cementizi di auto-riparare le fessure presenti nel materiale senza un intervento di riparazione esterno CAUSE: Idratazione del cemento non idratato Formazione dei cristalli di carbonato di calcio Chiusura delle fessura attraverso le particelle provenienti dalla superficie della fessura stessa o da impurit presenti nellacqua ELEMENTO ESSENZIALE: Presenza dacqua
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  • PARAMETRI che INFLUENZANO il FENOMENO: Ampiezza della fessura Pressione, pH, temperatura e durezza dellacqua Concentrazione di cloruri BENEFICI: Riduzione della permeabilit del calcestruzzo Recupero di resistenza e del modulo elastico del materiale IL FENOMENO del SELF-HEALING
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  • ADDITIVI AERO-CRISTALLIZZANTI Vengono inseriti nel mix-design in fase di confezionamento del calcestruzzo Gli ingredienti reagiscono con i minerali presenti nel calcestruzzo e formano un composto cristallino (CSH, silicato di calcio idrato) Riducono la permeabilit garantendo la protezione della matrice interna allattacco di sostanze aggressive Cristalli filiformi e insolubili
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  • ATTIVITA SPERIMENTALE Valutare la capacit di auto-riparazione del calcestruzzo Confezionamento di una serie di provini prismatici contenenti o non contenenti ladditivo aero-cristallizzante Variabili della ricerca: presenza o meno delladditivo differenti esposizioni ambientale: - camera climatica - immersione in acqua - condizioni ambientali reali diverse apertura di fessura: - calcestruzzo vergine - w 1 =100 m - w 2 =200 m
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  • PROVE PRELIMINARI Prova a flessione su 3 punti Prova a compressione OBIETTIVO: Verificare se ladditivo influisce sulle propriet meccaniche del materiale Realizzazione di due tipi di malta: con e senza additivo Stagionatura dei provini prismatici (40 x 40 x 160 cm) in diverse condizioni: T=20C con UR=90% e UR=65% e ambiente esterno
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  • PREPARAZIONE e GETTO dei PROVINI SENZA ADDITIVO CON ADDITIVO Cemento[kg/m 3 ]300 Acqua[kg/m 3 ]165 Sabbia[kg/m 3 ]975 Ghiaia[kg/m 3 ]975 Superfluidificante[kg/m 3 ]33 Additivo[kg/m 3 ]-3 MIX-DESIGN Realizzazione di un calcestruzzo a normale resistenza: a/c = 0,55 Confezionamento di due tipi di calcestruzzo: con e senza additivo 1% del peso del cemento
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  • PREPARAZIONE e GETTO dei PROVINI SENZA ADDITIVOCON ADDITIVO 7 cubi (15 x 15)8 cubi (15 x 15) 4 cubetti (10 x 10) 21 cilindri 4 lastre (50 x 100 x 5) Numero di provini confezionati: Stagionatura in camera umida (T=20C e UR=90%) per 30 giorni Suddivisione delle lastre in 72 travetti
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  • PREFESSURAZIONE Prova a flessione su 3 punti in controllo di apertura di fessura Clip gauge
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  • PREFESSURAZIONE 1 scarico: 150 m 2 scarichi: 150 m 300 m
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  • CONDIZIONAMENTO TERMOIGROMETRICO Camera climatica 3 tempi di condizionamento: 1 settimana28 cicli 2 settimane56 cicli 4 settimane112 cicli
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  • "CONDIZIONAMENTO TERMOIGROMETRICO Immersione in acqua per 4 settimane Esposizione ad ambiente esterno per 4 settimane
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  • PROVA a FLESSIONE POST TRATTAMENTO Prova a flessione su 3 punti in controllo di apertura di fessura fino a rottura
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  • ELABORAZIONE dei RISULTATI SPERIMENTALI PROVE PRELIMINARI resistenza a compressione PROVE di PREFESSURAZIONE e POST TRATTAMENTO: carico massimo e rispettiva resistenza a trazione f ctf rigidezza iniziale rigidezza allo scarico danno al progredire dellapertura di fessura recupero dellapertura di fessura
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  • PROVE PRELIMINARI Ladditivo non modifica le capacit meccaniche del calcestruzzo
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  • PROVA A COMPRESSIONE Legge di indurimento con: f ctm (t) resistenza media a compressione del calcestruzzo al tempo t cc ( t ) coefficiente dipendete dallet del calcestruzzo scoefficiente legato alla velocit di sviluppo della resistenza e dipende dal tipo di cemento (s=0,25)
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  • RESISTENZE a TRAZIONE per FLESSIONE
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  • STIMA della RIGIDEZZA e del DANNO E 0 rigidezza iniziale [N/m] Danno accumulato in corrispondenza dello scarico i-esimo: dove: E i rigidezza relativa allo scarico i-esimo E 1 rigidezza al 1scarico [N/m] E 2 rigidezza al 2scarico [N/m]
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  • RECUPERO dellAPERTURA di FESSURA Curve carico-CMOD: prefessurazione post-trattamento Fare coincidere il punto iniziale della curva post-trattamento con punto finale della curva di prefessurazione
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  • RECUPERO dellAPERTURA di FESSURA Traslazione lungo lasse delle ascisse della curva post trattamento finch il suo valore di carico massimo incontra il corrispondente valore sulla curva vergine Definizione dellindice di recupero: RECUPERO w 0 new w 0 old
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  • INDICE di RECUPERO
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  • CONCLUSIONI La metodologia utilizzata pu essere considerata affidabile al fine di valutare gli effetti del self heling di quantit ingegneristiche Si appurata linnata capacit di auto-riparazione dei composti cementizi Ladditivo promuove le reazioni di cristallizzazione caratteristiche del self healing Leffetto delladditivo pi marcato allaumentare della durata dei cicli di condizionamento termoigrometrico e dellapertura di fessura
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  • SVILUPPI FUTURI Confronto del comportamento dei provini immersi in acqua ed esposti a condizioni ambientali reali Nuovo ciclo di condizionamento in camera climatica: ciclo estivo Condizioni di esposizione pi severe: immersione in acqua marina cicli di gelo e disgelo Estensione della ricerca a calcestruzzi fibrorinforzati con lobiettivo di valutare la sinergia tra leffetto di cucitura delle fessure esercitato dalle fibre e il fenomeno self healing
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  • MODELLO di CALCOLO
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  • MECCANISMI di ADERENZA Tensioni tangenziali Lunghezza di trasmissione
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  • PROVA ad ULTRASUONI OBIETTIVO: Valutazione qualitativa degli effetti del self-healing sui provini Esecuzione delle prove prima e dopo il trattamento termoigrometrico Registrazione del tempo di propagazione da emettitore a ricevitore del treno donda Calcolo delle relative velocit R R R E E E
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  • PROVE ad ULTRASONI Confronto delle velocit di propagazione del segnale prima e dopo il trattamento Nessuna diminuzione della velocit nel tratto in corrispondenza della fessura Si ipotizza che la scarsa attendibilit dei risultati sia dovuta alla particolare geometria dei provini