C.A. fibrorinforzato: determinazione del coefficiente di ridistribuzione strutturale Krd

UN APPROCCIO NUMERICO SULLA DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE DI RIDISTRIBUZIONE STRUTTURALE KRD PER STRUTTURE IN CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO

Memoria tratta dagli atti delle GIORNATE AICAP 2014, Bergamo 22-24 maggio 2014

SOMMARIO
Le strutture in calcestruzzo fibrorinforzato sono penalizzate da un’elevata deviazione standard del materiale e mostrano spesso una capacità portante molto superiore a quella computabile a partire dai valori caratteristici identificati attraverso le prove di caratterizzazione che si basano su provini di piccole dimensioni. Questo aspetto è enfatizzato qualora le strutture siano caratterizzate da un elevato grado di iperstaticità. La normativa Italiana e più recentemente il nuovo codice modello hanno introdotto un coefficiente (fattore di ridistribuzione strutturale, KRd) in grado di tener conto di una più limitata variabilità della resistenza meccanica, qualora associata ad un grande volume coinvolto nel processo fessurativo o in presenza di significativa ridistribuzione tensionale. In questi casi la risposta è controllata da una resistenza più prossima al valor medio che a quello caratteristico. Viene introdotta una procedura numerica in grado di tener conto della reale eterogeneità delle caratteristiche meccaniche della struttura per la valutazione del coefficiente di ridistribuzione strutturale. Come esempio applicativo si mostra il calcolo di una piastra su suolo elastico.

A NUMERICAL APPROACH FOR THE EVALUATION OF THE STRUCTURAL REDISTRIBUTION FACTOR KRD

SUMMARY
Structures made of a material with a very high standard deviation, as fibre reinforced concrete, show a too safe prediction of the maximum bearing capacity when derived from characteristic values identified by means of small specimens. This phenomenon is emphasized when the structures are characterized by a large redundancy. To this regards a full–scale ground slabs considered as reference test. Italian Standard and more recently Model Code 2010 have introduced a coefficient (structural redistribution factor, KRd) able to take into account the reduced variability of the mechanical strength when associated to a large volume involved in the failure process or when the structure is able to significantly redistribute stresses. It favours a strength closer to the average rather than the minimum one in the computation of the bearing capacity. A numerical procedure taking into account the real heterogeneity of the mechanical characteristics in the structure is for the first time introduced for its evaluation.

 

1. INTRODUZIONE
Il calcestruzzo fibro-rinforzato è stato studiato per più di 50 anni come un materiale caratterizzato da un rinforzo diffuso in grado di sostituire l’armatura secondaria. L’aggiunta di fibre d’acciaio incrementa drasticamente la resistenza residua a trazione in fase fessurata. Uno dei principali problemi irrisolti riguardante il calcestruzzo fibro-rinforzato è il collegamento tra proprietà medie e caratteristiche del materiale. Questo problema ha ritardato la diffusione del calcestruzzo fibro-rinforzato come materiale da costruzione all’interno delle Normative per il calcolo strutturale. Le variabilità topologica e temporale influenzano infatti pesantemente il valore della resistenza residua; ne consegue una grande dispersione nel ramo di softening che comporta una rilevante riduzione del valore caratteristico. In questo modo viene spesso vanificato il contributo positivo garantito dall’aggiunta di fibre nella matrice cementizia. Se da un lato le prove sperimentali condotte su provini standardizzati intagliati (test flessionali con 3 o 4 punti di carico) sembrano essere governate dalla resistenza caratteristica, dall’altro lato la risposta di strutture mostra una maggiore affidabilità e la loro capacità portante calcolata adottando il valore caratteristico risulta spesso troppo conservativa. Le strutture, a differenza di provini standardizzati di piccole dimensioni, sono caratterizzate da un grande volume coinvolto nel processo fessurativo e da una significativa capacità di ridistribuire gli sforzi favorendo la resistenza media piuttosto che la resistenza caratteristica.
Questi concetti sono stati introdotti nel nuovo codice modello [1] attraverso la proposizione del coefficiente di ridistribuzione strutturale KRd. Lo scopo di questo lavoro è definire un approccio numerico per la valutazione del fattore KRd. Nel lavoro viene inizialmente presentata un’analisi critica degli approcci statistici presenti in letteratura utilizzati nella progettazione strutturale. I valori caratteristici e di progetto della resistenza del materiale possono essere definiti, da un punto di vista probabilistico, come specifici frattili di una appropriata distribuzione probabilistica. Questa distribuzione è generalmente definita attraverso alcune sue intrinseche caratteristiche (i.e media e deviazione standard) ma, in molti problemi applicativi, tali proprietà non sono note e devono essere stimate basandosi su un numero limitato di prove. Quindi, invece del valore caratteristico esatto può essere ottenuta solo una stima ed essa viene trattata come una nuova variabile aleatoria. L’approccio utilizzato in questo lavoro controlla la probabilità della stima del valore caratteristico basandosi su un prescritto intervallo di confidenza. Sono state scelte come prove di riferimento per la valutazione del coefficiente di ridistribuzione strutturale KRd alcune prove sperimentali eseguite su piastre appoggiate su un supporto continuo. Viene fornitala descrizione dei modelli numerici utilizzati per la simulazione delle prove sperimentali sopra descritte in termini sia di geometria, sia di materiali. I modelli numerici prendono in esame materiale omogeneo e materiale eterogeneo pensati dispersi nella struttura secondo una distribuzione normale e sono validati attraverso il confronto sperimentale. Nel presente lavoro sono state introdotte diverse misure possibili per la definizione del fattore KRd:queste vengono discusse in relazione ai risultati numerici ottenuti nella valutazione del fattore di ridistribuzione strutturale.