14/04/2010 1 Convegno: COSTRUZIONI ECOSOSTENIBILI: IL SISTEMA COSTRUTTIVO IN LEGNO CEMENTO PER LA REALIZZAZIONE DI PARETI STRUTTURALI ING. ROBERTO SCOTTA DIPARTIMENTO DI COSTRUZIONI E TRASPORTI UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA PARETI STRUTTURALI IN LEGNO CEMENTO: PROVE SPERIMENTALI e INTEPRETAZIONE MODELLI ANALITICI DI RESISTENZA ESEMPI APPLICATIVI ORDINE DEGLI INGEGNERI DI BELLUNO Venerdì 07 Maggio 2010 COMPORTAMENTO STRUTTURALE DELLE PARETI Comportamento fuori piano: la snellezza assume valori non trascurabili; gli effetti del 2° ordine non sono trascurabili; il taglio non è dimensionante; il collasso avviene per presso-flessione. Comportamento nel piano: la snellezza assume valori trascurabili; fungono da elementi controventanti; il taglio è dimensionante; il collasso può avvenire sia per presso-flessione che per taglio;
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PARETI STRUTTURALI IN LEGNO CEMENTO · ORDINE DEGLI INGEGNERI DI BELLUNO Venerdì 07 Maggio 2010 COMPORTAMENTO STRUTTURALE DELLE PARETI Comportamento fuori piano: la snellezza assume
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Convegno:COSTRUZIONI ECOSOSTENIBILI:
IL SISTEMA COSTRUTTIVO IN LEGNO CEMENTOPER LA REALIZZAZIONE DI PARETI STRUTTURALI
ING. ROBERTO SCOTTA
DIPARTIMENTO DI COSTRUZIONI E TRASPORTIUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA
PARETI STRUTTURALI IN LEGNO CEMENTO:PROVE SPERIMENTALI e INTEPRETAZIONE
MODELLI ANALITICI DI RESISTENZAESEMPI APPLICATIVI
ORDINE DEGLI INGEGNERI DI BELLUNOVenerdì 07 Maggio 2010
COMPORTAMENTO STRUTTURALE DELLE PARETI
Comportamento fuori piano:
la snellezza assume valori nontrascurabili;
gli effetti del 2° ordine non sonotrascurabili;
il taglio non è dimensionante;
il collasso avviene per presso-flessione.
Comportamento nel piano:
la snellezza assume valori trascurabili;
fungono da elementi controventanti;
il taglio è dimensionante;
il collasso può avvenire sia perpresso-flessione che per taglio;
Curva Mrd ottenutamediante processo iterativoper un assegnato valore disforzo normale N
Condizione di tangenza
0
10
20
30
40
50
60
0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030
(1/r)
Mrd
Msd
,to
t(K
Nm
)
Mrd
Msd,tot
r
1
10
HeN
eeNM
2
I
IIItotsd
Curva sollecitazione:
Condizione di tangenza
N
MMmaxe i2,sdrd
max,I
eccentricità massimadel I° ordine
E’ possibile costruire dei grafici del coefficiente diriduzione Φ in funzione di snellezza, eccentricitàtrasversale del I° ordine e percentuale di armatura.
Considero contemporaneamente effetti del secondoordine (snellezza) ed eccentricità trasversale
;etrasv longee ottenuti dai grafici che considerano la percentuale di armatura ω
Sforzo normale massimo: ccdmax,R Af85.0N
L
e21 long
elong
;e trasvottenuto dal grafico che considera l’inviluppo inferiore delle diverse curve
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Verifica a presso-flessione - armatura uniformemente distribuita
In una sezione orizzontale della parete, la parte resistente è costituita da unaserie di nuclei in calcestruzzo (montanti);
Le barre in acciaio costituenti l’armatura, se presenti, sono in genere distribuitein modo uniforme e disposte in posizione pressoché baricentrica di ognisingolo montante;
la resistenza al carico verticale di una paretee per unità di lunghezza, nrd, è definita come:
25.1
nn
i
b85,0tfn 0,rd
0,rdLTL
cdLTrd ΦΦωΦΦ
La verifica a presso flessione deve essere svolta nelle sezioni di sommità(locale) e mezzeria (globale) del setto murario.
Sezione tipo
Coefficiente di riduzione della resistenza del muro
Coeff. per carichi eccentrici fuori piano
T= T(mT,l,w)
coeff. di eccentricità mT=6 eT/t;
snellezza l=0 (sezione di sommità);
l≠0 (sezione di mezzeria);
w non influenza la variabilità di T.
Coefficiente T di riduzione della resistenza del muro
inviluppo inferiore
m=0.3
m=0.6
m=0.9
m=1.2
m=1.5
m=1.8
m=2.0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 5 10 15 20 25 30
l
fT
Coeff. per carichi eccentrici nel piano
L= L(mL,w)
coeff. di eccentricità mL=6 eL/L;
w influenza la variabilità di L.
CoefficienteL di riduzione della resistenza del muro
Verifica a presso-flessione: armatura non uniformemente distribuita
Si determina il campo resistente della sezione rettangolare equivalente incalcestruzzo armato di lunghezza b pari alla lunghezza della parete e spessoreequivalente teff;
Il campo resistente così ottenuto viene ridotto per il coefficiente fT che tieneconto dell’eccentricità del primo ordine dei carichi e degli effetti del secondoordine;
Calcolate le sollecitazioni Nsd e Msd si verifica che siano interne al camporesistente ridotto.
Campo resistente
Camporesistente
Campo resistente
ridotto
(Nsd;Msd)
0
10
20
30
40
50
-500 0 500 1000 1500 2000 2500
Nsd,L
Msd,L
Prove sperimentali a presso-flessione: grafico riassuntivo
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Prove sperimentali di compressione diagonale
Prove sperimentali a taglio: caratteristiche delle prove
Blocchi DURISOL
n° provino tipo angolo a armatura
1 IL20 45 nessuna armatura
2 IL20 22.5 F10/25 solo orizzontale
3 IL20 22.5 F10/25x25 verticale e orizzontale
4 IL20 45 F10/25x25 verticale e orizzontale
5 IL30 22.5 nessuna armatura
6 IL30 45 F10/25 solo orizzontale
7 IL30 22.5 F10/25x25 verticale e orizzontale
8 IL30 45 F10/25x25 verticale e orizzontale
Blocchi ISOSPAN
n° provino tipo angolo a armatura
13 TW30 45 nessuna armatura
14 TW30 45 F10/25x25 verticale e orizzontale
15 N20 45 F10/25 solo orizzontale
16 N20 45 F10/25x25 verticale e orizzontale
17 TW30 22.5 F10/25 solo orizzontale
18 TW30 22.5 F10/25x25 verticale e orizzontale
19 N20 22.5 nessuna armatura
20 N20 22.5 F10/25x25 verticale e orizzontale
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Prove sperimentali a taglio: confezionamento pannelli
PROVE SPERIMENTALI A TAGLIO
Ad ogni provino sono statiapplicati ortogonalmente tra di
loro dei trasduttori adinduzione magnetica inposizione verticale e in
posizione orizzontale, così dapoter misurare nelle due
direzioni le corrispondentideformazioni derivate dal
La maggiore dissipazione di energia è dovuta al fatto che nel muro tozzo si hauna rottura per taglio del pannello nel quale vengono coinvolti un gran numero ditraversi, mentre nel muro snello la rottura avviene per flessione ed interessa solopochi montanti
Simulazione prove Uni-Bo – prove di taglio diretto
Interpretazione delle prove di compressione diagonale
All’aumentare dell’angolod’inclinazione la componenteN del carico P assume unruolo determinante neimeccanismi di resistenza
Pannelli a 22.5°
Pannelli a 45° Passaggio da una rottura per taglio ad una rottura percompressione
Aumento di resistenza dovuta all’attrito che si innescanello scorrimento tra i traversi nella rottura per taglio
Interpretazione delle prove di compressione diagonale
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neCompressio
Taglio
R
V
V
V
max
max
max min
accclsTaglio VVVmaxmaxmax
traversin
NthfV '
ctdcls
max
l
MV uacc
2
max
ydscd fAthfN 'max 4.0
cosmaxmax PV neCompressio
sen
NP max
max
Interpretazione delle prove di compressione diagonale
MODELLO ANALITICO PER LA RESISTENZA A TAGLIO
La resistenza ultima a taglio dei setti è limitata dal raggiungimento della crisi deitraversi orizzontali che rappresentano “l’elemento debole” della struttura a
graticcio della parete.
Traversi non armati:
la crisi strutturale dei traversi avviene per taglio puro una volta superata laresistenza a trazione del calcestruzzo.
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La resistenza ultima a taglio dei setti è limitata dal raggiungimento della crisi deitraversi orizzontali che rappresentano “l’elemento debole” della struttura a
graticcio della parete.
Traversi armati – effetto della presenza di armatura:
la crisi avviene per flessione a causa della rottura dell’armatura tesa o delpuntone di calcestruzzo compresso (effetto trave di accoppiamento tra i montanti).
Si somma la resistenza dibase del cls a quellafornita dall’armatura
ResistenzaRaggiungimento delmomento resistenteultimo del traverso
MODELLO ANALITICO PER LA RESISTENZA A TAGLIO
MODELLO ANALITICO PER LA RESISTENZA A TAGLIO
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CONFRONTO SPERIMENTALE ANALITICO
Confronto tra i valori sperimentali e teorici
8-DURISOL IL30, 45°
2-DURISOL IL20, 22.5°
5-DURISOL IL30, 22.5°
1-DURISOL IL20, 45°
3-DURISOL IL20, 22.5°7-DURISOL IL30, 22.5°
4-DURISOL IL20, 45°6-DURISOL IL30, 45°
18-ISOSPAN TW30, 22.5°
16-ISOSPAN N20, 45°
20-ISOSPAN N20, 22.5°
17-ISOSPAN TW30, 22.5°
19-ISOSPAN N20, 22.5°
14-ISOSPAN TW30, 45°
15-ISOSPAN N20, 45°
13-ISOSPAN TW30, 45°
-50
50
150
250
350
450
550
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
V (teorico)[kN/m]
V(s
pe
rim
en
tale
)[k
N/m
]
DURISOL
ISOSPAN
equivalenza teorico-
sperim entale
INQUADRAMENTO NORMATIVO PER L’UTILIZZO DEL METODOCOSTRUTTIVO
Secondo recenti pareri espressi dal Servizio Tecnico Centrale del Cons. Sup.LL.PP. :
“… il sistema costruttivo è riconducibile ad un sistema realizzato mediantepareti debolmente armate gettate in opera, con ricorso quindi ad unatecnologia riconducibile a lavorazioni usate nell’edilizia tradizionale”.
“… non rientra nell’ambito di applicazione degli artt. 1 e 7 della legge 64/74(legge antisismica). Va altresì ribadito che non possono essere applicateintegralmente a tale sistema le norme tecniche vigenti, in particolare perquanto riguarda le indicazioni relative a disposizioni e minimi di armatura,tipici delle costruzioni intelaiate, non applicabili alla tipologia costruttiva inesame”
PRESCRIZIONI DI DM. 14.01.2008
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INQUADRAMENTO NORMATIVO PER L’UTILIZZO DEL METODOCOSTRUTTIVO
Continua ….:
“…per il calcolo di tali strutture occorre far riferimento alle regole generali diScienza e Tecnica delle Costruzioni e per quanto applicabili alle norme
tecniche vigenti. … Tutto ciò ovviamente, nell’ambito della responsabilità delprogettista”.
“Il progettista può far riferimento a norme di comprovata validità facendoricorso a a scelte progettuali che devono essere sempre garantire il rispettodelle prescritte prestazioni e dei margini di sicurezza non inferiore a quelli
fissati dalla normativa vigente”.
“Non si esclude la possibilità di fare ricorso al sistema per la realizzazione diedifici in zona sismica ferma restando la necessità che il progettista dimostrila validità delle calcolazioni effettuate e dei materiali impiegati. L’equivalenza
dei pannelli ottenuti con tale sistema a “pareti debolmente armate” deveessere dimostrato dal progettista con teorie di riconosciuta validità
supportate da adeguate prove sperimentali.”.
STRUTTURE IN C.A , DEBOLMENTE ARMATE
PRESCRIZIONI DI DM. 14.01.2008
meno gravosa della verifica aSLU come da noi impostata
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FATTORI DI SICUREZZA SUI MATERIALI
Nel testo abbiamo consigliato:
FATTORI DI STRUTTURA PER LA RIDUZIONE DELLO SPETTRO SISMICO
non in contrasto con le prescrizioni di NTC 08 per pareti debolmente armate
Visti anche i soddisfacenti risultati ottenuti dalle prove sperimentali di tagliodiagonale, si ritiene di poter pertanto suggerire l’adozione di fattori di strutturaalmeno pari a quello delle strutture in muratura, ovvero:
Nel testo abbiamo consigliato:
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Modelli a mensole(fasce di piano infinitamente rigide)
Modelli a telaio equivalente(fascie di piano deformabili)
Modelli adelementi finiti
Modelli tipo POR(fascie di piano infinitamente rigide)
MODELLI NUMERICI PER L’ANALISI STRUTTURALE
MODELLI A TELAIO EQUIVALENTE
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ESEMPIO DI CALCOLO DI UN EDIFICIO
Si illustra l’esempio di calcolo di un edificio a 4 pianiprogettato per zona sismica 2.