Elementi multistrato in composito fibrorinforzato ad alte prestazioni con anima in schiuma

The use of Ultra High performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (UHPFRC) allows the designer to reduce dead weight of roofing, making concrete covering structures more competitive in terms of cost, thermal and acoustic insulation, and fire resistance when compared with traditional steel structures. Usually configured in thin plates 2 meters wide, these elements are characterized by extraordinary load bearing capacity. For this reason they are widely used in roofing technologies, combined with simply supported precast beams; these innovative secondary structures are able to cover a span up to 2.5 m. The idea is to maximize the potential of sandwich technology by coupling the exceptional mechanical characteristics of textile reinforced concrete (TRC) and Ultra high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) with the insulation capability of a polystyrene (or cellular glass) layer. This configuration makes lighter structures possible, because it fully exploits the material used and, secondly, makes them more environmental friendly ought to recycled materials used. This thesis is a part of a wider experimental investigation and is aimed to mechanically characterize sandwich elements and identify all the parameters necessary for a proper structural design, for instance stiffness, bearing capacity, fire resistance and durability. Uniaxial tension tests were performed to determine the mechanical behavior of textile materials, reinforced with glass fabrics, while the mechanical characteristics in tension of UHPFRC is made by means of four point bending tests on structural specimens according to CNR DT 204/2006 Italian Recommendations. Mechanical properties of the insulation layer were tested with both destructive tests as well as with ultra sound non-destructive tests. Furthermore, a specimen was specifically designed to estimate the bond-slip behavior that takes place along the contact surface of each layer. The last part of the activity was dedicated to determine the structural behavior of a sandwich specimen (600x150x106 mm) by means of four-point bending test; the results were then compared with the most widely used linear and non-linear sandwich structures theories.

L’impiego dei compositi cementizi fibrorinforzati ad alte prestazioni consente al progettista di ridurre il peso proprio delle strutture secondarie di copertura rendendole più competitive nei confronti dei pannelli d’acciaio in termini di costi, d’isolamento termoacustico e di resistenza al fuoco. Con le capacità portanti di queste coppelle di larghezza pari a 2 m è possibile coprire luci di 2,5 m e realizzare coperture, accoppiandole con travi di bordo ed elementi precompressi semplicemente appoggiati. L’idea è di sfruttare le potenzialità delle strutture sandwich, accoppiando le eccezionali proprietà meccaniche di malte rinforzate con reti in fibra di vetro (TRC) e di compositi cementizi fibrorinforzati ad altissime prestazioni (UHPFRC) con le proprietà isolanti di uno strato intermedio in polistirene o in vetro cellulare. Questa scelta progettuale snellisce la struttura e incide in modo significativo a livello ambientale, poiché sfrutta le proprietà dei materiali impiegati e utilizza prodotti riciclabili ed eco-compatibili. La campagna sperimentale, che comprende anche gli studi descritti in questo elaborato, si pone l’obiettivo di caratterizzare il comportamento meccanico dei materiali impiegati e di identificare tutti i dati necessari ad una buona progettazione quali: la rigidezza, la capacità portante, la resistenza al fuoco e la durabilità di questi elementi. La capacità tensionale del TRC, realizzato con reti in fibra di vetro alcali-resistente (AR), è stata ricavata attraverso prove uni-assiali di trazione diretta, mentre la resistenza a trazione del materiale UHPFRC, le cui fibre sono state orientate con specifiche modalità di getto, è stata dedotta con prove su travetti strutturali in conformità con quanto richiesto dalla norma CNR DT 204/2006. Le proprietà meccaniche dei materiali isolanti sono state ricavate con prove distruttive e test a ultrasuoni non distruttivi. Si è progettato inoltre un provino in grado di caratterizzare il comportamento Bond-Slip delle superfici di contatto tra i diversi materiali. Il comportamento strutturale dei travetti multilayer è stato infine dedotto tramite prove flessionali su elementi rappresentativi di dimensione 600 x 150 x 106 mm3, quindi confrontato con le principali teorie lineari e non lineari delle strutture sandwich.