Indagine sperimentale e numerica su elementi in cemento armato rinforzati con fibre di carbonio

This thesis deals with the reinforcement of RC beams my means of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) materials. Tests were performed in “Laboratorio Prove Materiali” of the “Dipartimento di Ingegneria Strutturale” at the “Politecnico di Milano”. To simulate the behavior of two half-pilaster (shear reinforced with different configurations of CFRP) three points bending configuration tests are conducted; while the four points bending configuration is used to test FRP flexural-strengthened RC beams. These tests are aimed to evaluate the efficacy of the reinforcement system and to determinate witch solutions work correctly; in fact, in some case, some types of configuration may fail before the no-reinforced case. The work continues by comparing the theoretical and experimental flexural behavior of RC beams, in terms of load-deflection curve and reinforcement’s deformations. A first analysis was made considering a perfect adherence of the reinforcement: it turned out that the theoretical behavior is stiffer then the experimental one and reinforcement’s deformations were bigger than those obtained experimentally by strain gauges. A careful study of these aspects has led to hypothesize a non-perfect adherence of the reinforcement, modeled, as first approximation, considering an apparent value of the reinforcement elastic modulus E_(f.)^* This value was obtained applying to real elastic modulus Ef a reductive coefficient; so that the simulation of deflection curves and FRP deformations were efficiently simulated. One reason for this not perfect adherence has been identified in the shear deformation of the adhesive used in the application of the reinforcement. These for we performed series of tests to determine the value of the adhesive’s shear modulus by "double lap shear" test, which is the best way to simulate real conditions of adhesive’s application. The determination of this parameter is a first step for the future development of a model taking into account directly shear deformation of the adhesive.

La tesi tratta il rinforzo con materiali compositi (FRP) di elementi strutturali in c.a.. Sono state svolte presso il Laboratorio Prove Materiali del Dipartimento di Ingegneria Strutturale del Politecnico di Milano sia prove a flessione su tre punti per simulare il comportamento di due mezzi-pilastri, rinforzati a taglio mediante diverse configurazioni di fasciatura in CFRP, sia prove a flessione su quattro punti su travi rinforzate a flessione. Si è quindi valutata l’efficacia delle soluzioni adottate, al fine di definire quali possono essere utilizzate per il rinforzo e quali invece vanno evitate, in quanto, in alcuni casi, possono addirittura portare a collasso l’elemento prima di quanto avverrebbe per la trave non rinforzata. L’elaborato prosegue col confronto teorico-sperimentale del comportamento delle travi rinforzate a flessione, in termini di carico-spostamento e deformazioni del rinforzo. Una prima analisi, svolta considerando la perfetta aderenza del rinforzo, ha mostrato un comportamento teorico più rigido dello sperimentale, con deformazioni del rinforzo maggiori di quelle registrate dagli strain gauges. Un attento studio di questi aspetti ha portato a ipotizzare una non perfetta aderenza del rinforzo, modellata, in prima approssimazione, considerando per il rinforzo un modulo elastico apparente E_f^*, ottenuto applicando al modulo elastico Ef un coefficiente riduttivo; ciò permette di considerare che il rinforzo non sia pienamente efficiente. Questo artificio ha permesso di simulare in modo soddisfacente, per tutte le travi, sia l’andamento della freccia sia le deformazioni del rinforzo, convalidando l’ipotesi fatta. Una delle cause di questa non perfetta aderenza è stata individuata nella deformabilità a taglio dell’adesivo usato per l’applicazione dei rinforzi; si è quindi proceduto con una serie di prove volte a determinarne il valore del modulo di elasticità tangenziale, attraverso prove “double lap shear”, in grado di simulare al meglio le condizioni di applicazione dell’adesivo; la determinazione di questo parametro è un primo passo per lo sviluppo futuro di un modello di calcolo accurato che tenga conto della deformabilità a taglio dell’adesivo.