Studio preliminare sull'interazione armatura calcestruzzo in elementi tesi di c.a. esposti all'alta temperatura

Bar-concrete interaction is investigated – albeit in a rather preliminary way – with the focus on the well-known phenomenon of tension stiffening (= apparent increased stiffness of a reinforcing bar, thanks to the bonding to the concrete). Tension stiffening, however, is studied after heating the specimens to a temperature in excess of 600°C, something that has never been attempted so far, even if tension stiffening has sizable consequences on structural stiffness in the cracked stage, at any temperature. Eleven prismatic specimens reinforced with a single high-bond bar ( = 16 mm, roughly # 5) and made of three self-compacting concretes (fc = 50, 80 e 90 MPa) were heated above 600°C , then cooled down to room temperature and tested in tension, by applying opposite forces at bar extremities. In this way, the effectiveness of residual bond was assessed, and bond stiffness was quantified as a function of the temperature and of concrete grade, taking advantage of a simple axisymmetric unidimensional analytical model. These first results show that bond strength decreases with the temperature similarly to, but slightly more than concrete strength in compression, something that should be taken care of in assessing structural safety and serviceability after a fire.

La tesi affronta – seppure in modo parziale e con risultati da considerarsi preliminari ad una indagine più approfondita – l’argomento dell’interazione armatura-calcestruzzo, dopo esposizione ad incendio con permanenza a temperatura elevata (T  600°C). In particolare viene studiato il fenomeno dell’ irrigidimento apparente dell’armatura grazie all’aderenza con il calcestruzzo, detto tension stiffening. Tale fenomeno ha rilevanti conseguenze sul comportamento strutturale in fase fessurata, in quanto contribuisce alla rigidezza strutturale. Undici provini prismatici armati con una singola barra d’armatura ad aderenza migliorata 16 mm e realizzati con tre calcestruzzi autocompattanti diversi (fc = 50, 80 e 90 MPa) sono stati riscaldati ad oltre 600°C , poi raffreddati e sottoposti a tiri opposti alle estremità della barra, in modo da quantificare sia l’efficacia dell’aderenza in presenza di elevato degrado termo-meccanico, che la rigidezza dell’aderenza in funzione della classe del calcestruzzo e della temperatura, con l’aiuto di un modello numerico monodimensionale assialsimmetrico. Questi primi risultati lasciano intendere che la rigidezza dell’aderenza decresca con la temperatura in modo simile ma lievemente più accentuato che nel caso della resistenza a compressione del calcestruzzo, il che andrebbe tenuto in conto nel valutare il livello di sicurezza e di funzionalità di una struttura in c.a. dopo un incendio.