High performance cementitious composites for sustainable roofing panels

In the last decades, the rapid expansion of the built environment has attracted interest in the development of easy-to-assembly prefabricated components characterized by reliable structural performances, lightness, energy efficiency and durability. In the design of innovative building systems, High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC) are becoming increasingly important, since fibers are the easiest way to enhance toughness and ductility of plain material, fitting the key issue of weight reduction. In this context, this work is focused on the experimental and numerical analysis of thin-walled multilayer concrete panels for roofing applications. The idea is to exploit the potential of sandwich technology by coupling an insulating layer with an outer HPFRCC plate and an inner shell made of Textile Reinforced Concrete (TRC), a combination of fine grained matrices and alkali-resistant glass textiles. In this specific case, it is expected that the coupling of a low stiffness material with concrete layers brittle at the specific level, could give back a lightweight composite panel characterized by multi-cracking phenomena and high inertia. Due to the internal actions insisting on the horizontal bearing component, the insulating core should ensure an adequate shear transfer, able to keep the TRC layer mainly in tension and the FRC plate mainly in compression. Therefore, different insulating materials were taken into account, so as to guarantee good structural performances during the whole service life. During the program, several experimental tests were carried out, in order to perform the mechanical identification of individual and coupled materials and to develop adequate models for the numerical simulation of the composites.

Negli ultimi decenni, la rapida espansione dell'ambiente costruito ha attirato interesse nello sviluppo di componenti prefabbricati caratterizzati da semplicità d’assemblaggio, elevate prestazioni strutturali, leggerezza, efficienza energetica e durabilità. Nella progettazione di sistemi costruttivi innovativi, i compositi cementizi fibrorinforzati ad alte prestazioni (HPFRCC) stanno riscuotendo sempre più successo, in quanto l’utilizzo di fibre rappresenta la migliore strategia per incrementare la tenacità e la duttilità del materiale, ottimizzare i processi di montaggio e garantire una riduzione significativa del peso proprio dei manufatti. In questo contesto, il presente lavoro è focalizzato sull'analisi sperimentale e numerica di pannelli multistrato a base cementizia, per applicazioni di copertura. L'idea è quella di sfruttare il potenziale della tecnologia sandwich, accoppiando un pannello isolante con uno strato d’estradosso in HPFRCC ed uno strato d’intradosso in calcestruzzo rinforzato con reti in vetro alcali-resistente (TRC). Si prevede che l'accoppiamento di un materiale deformabile a strati in calcestruzzo fragili a livello specifico possa restituire un pannello composito leggero, caratterizzato da fenomeni di multi-fessurazione e da elevata inerzia. Durante il programma di ricerca sono state condotte diverse prove sperimentali, al fine di identificare opportune leggi costitutive e di sviluppare modelli adeguati per la simulazione numerica dei compositi.