Capitolo3:
Programma delle prove.
Con il programma di prove eseguite presso il laboratorio d’Ingegneria strutturale si vuole indagare sulle indicazioni dei dettagli d’armatura proposte dall’Eurocodice8. Tale normativa prevede per gli edifici in cemento armato tre classi di duttilità: alta, media e bassa. Già per la classe di duttilità bassa, per il quale non è richiesto un calcolo specifico, si prevedono delle armature minime consistenti in staffe orizzontali nel nodo per aumentarne il confinamento creando qualche difficoltà nel posizionamento di tali armature. Qualora poi si utilizzano calcestruzzi ad alta resistenza, che conducono ad una riduzione di dimensioni degli elementi strutturali e che non necessariamente conducono anche ad una riduzione dei quantitativi di armatura, il problema della disposizione delle barre si accentua.
3.1 Caratteristiche geometriche e meccaniche dei
campioni.
Allo scopo di indagare sul comportamento sotto il carico ciclico dei nodi trave-pilastro in cemento armato, è stato eseguito un programma di prove che consiste in 22 campioni di forma cruciforme con dimensioni delle sezioni al vero. I campioni sono stati dimensionati ed armati come elementi di un telaio piano, progettato seguendo le indicazioni degli Eurocodici. I campioni sono suddivisi in due serie A e B, che differiscono per la classe di calcestruzzo impiegata e quindi per le dimensioni delle sezioni della trave e del pilastro, ed i quantitativi di armatura.
I campioni della serie A erano stati progettati per essere realizzati con calcestruzzo classe C25/30, mentre quelli della serie B con calcestruzzo di classe C50/60.
In realtà, i calcestruzzi impiegati per la realizzazione dei campioni A hanno valori di resistenza cubica compresi fra i 40MPa e 55MPa, quelli della serie B fra i 60 MPa e 88MPa.
Nelle figure 3.1, 3.2 sono rappresentate le carpenterie e le armature dei campioni,, rispettivamente della serie A e B..
Tabella 3- 1: quantitativi d’armature nei campioni della serie A
Serie Trave: 600x300 Colonna: 400x400 Nodo
A Asup Ainf staffe Avert staffe Avert staffe As,1 8 Ø 14 6 Ø 14 (1+1) Ø 6/75 (6+6) Ø 10 As,2 8 Ø 14 6 Ø 14 (1+1) Ø 6/75 (6+6) Ø 10 A1,1 6 Ø 16 5 Ø 16 (1+1) Ø 6/75 (6+6) Ø 10 A1,2 5 Ø 18 4 Ø 18 (1+1) Ø 6/75 (6+6) Ø 10 A1,3 4 Ø 20 3 Ø 20 (1+1) Ø 6/75 (6+6) Ø 10 A2,1 8 Ø 14 6 Ø 14 Ø 8/70 16Ø22 (1+1) Ø 6/100 16Ø22 (6+6) Ø 10 A2,2 8 Ø 14 6 Ø 14 1 Ø 6/100 (6+6) Ø 10 A2,3 8 Ø 14 6 Ø 14 1 Ø 6/150 (6+6) Ø 10 A3,1 8 Ø 14 6 Ø 14 (1+1) Ø 6/75 (4+4) Ø 10 A3,2 8 Ø 14 6 Ø 14 (1+1) Ø 6/75 4 Ø 10 A3,3 8 Ø 14 6 Ø 14 (1+1) Ø 6/75 3 Ø 10 150 15 0 15 0 50 75 = = = = = = 75 50 50 staffe Ø 8 224 300 4 Ø 14 2 Ø 14 staffe (6+6) Ø 10 4 Ø 14 4 Ø 14 lu ngh . f e rr i d' arm a tura = 800 50 50 50 50 135° Ø 6/75 (150) 400 400 Ø 6/75 (150) 16 Ø 22 1 200 60 0 1 200 50 75 = = = = = = = 95 15 0 85 95 75 50 50 50 50 60 0 524 1200 1200 50 70 70 Serie A
Arm atura Trave
Arm atura Pilastro
Tabella 3- 2: quantitativi d’armature nei campioni della serie b
Serie Trave: 500x300 Colonna: 350x350 Nodo
B Asup Ainf staffe Avert staffe Avert staffe Bs,1 8 Ø 16 6 Ø 16 (1Ø 6+1Ø 8)/60 (5+5) Ø 10 Bs,2 8 Ø 16 6 Ø 16 (1Ø 6+1Ø 8)/60 (5+5) Ø 10 B1,1 6 Ø 18 5 Ø 18 (1Ø 6+1Ø 8)/60 (5+5) Ø 10 B1,2 5 Ø 20 4 Ø 20 (1Ø 6+1Ø 8)/60 (5+5) Ø 10 B1,3 4 Ø 22 3 Ø 22 (1Ø 6+1Ø 8)/60 (5+5) Ø 10 B2,1 8 Ø 16 6 Ø 16 Ø 8/80 16Ø22 (1+1) Ø 6/100 16Ø22 (5+5) Ø 10 B2,2 8 Ø 16 6 Ø 16 1 Ø 6/100 (5+5) Ø 10 B2,3 8 Ø 16 6 Ø 16 1 Ø 6/150 (5+5) Ø 10 B3,1 8 Ø 16 6 Ø 16 (1Ø 6+1Ø 8)/60 (4+4) Ø 10 B3,2 8 Ø 16 6 Ø 16 (1Ø 6+1Ø 8)/60 4 Ø 10 B3,3 8 Ø 16 6 Ø 16 (1Ø 6+1Ø 8)/60 3 Ø 10 50 0 staffe Ø 8 224 424 300 1225 1225 4 Ø 16 4 Ø 16 4 Ø 16 2 Ø 16 Ø 6/60 Ø 8/60 135° 350 350 13 0 150 150 150 60 50 60 50 80 80 80 80 staffe (5+5) Ø 10 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 500 1 250 1250 lu n gh. f e rr i d' ar mat u ra = 8 0 0 150 80 60 60 50 60 80 80 90 = = = = = = = = = = = = = = = 16 Ø 22 Serie B
3.2 Schema delle prove
I campioni da sottoporre alle azioni sono vincolati ad un piastrone di base ed ad un telaio d’acciaio di contrasto. I provini sono vincolati al piastrone all’estremità
inferiore del pilastro per mezzo di un dispositivo d’acciaio a forma di bicchiere; mentre l’estremità superiore del pilastro è vincolata al telaio per mezzo di 8 barre Dwidag (4 per parte) pretensionate.
Fra il telaio di contrasto e la trave del campione sono interposti due martinetti, uno per ciascuna estremità della trave. Questi martinetti che nella fig. 3- 3 sono indicati col numero 1 e 2 sono a doppio effetto, cioè riescono ad esercitare sia delle forze verso il basso sia verso l’alto sui bracci della trave. Questi attuatori hanno degli snodi che permettono la rotazione relativa fra l’asse della trave e l’asse del martinetto. Sul piastrone di base sono posizionati due martinetti a semplice effetto, cioè riescono solo ad esercitare solo un’azione di compressione sulla trave, indicati col numero 3 e 4 nella figura 3.3. la portata degli attuatori è di 500 kN in compressione e di 400 kN il trazione.
Illustriamo ora come sono disposti i trasduttori di spostamento ( LVDT ). Quattro LVDT sono disposti nei 4 angoli fra la trave ed il pilastro, 2 a 2 allineati verticalmente, con base di misura 90 mm. Guardando la fig.
3- 3 gli induttivi 1 e 6 misurano la rotazione
della sezione di sinistra, mentre gli induttivi 4 e 5 misurano la rotazione della sezione di destra.
Nella fig. 3- 4 è illustrato, in modo più particolareggiato, come sono posizionati
LVDT 15 e 23 LVDT 13 e 24 LVDT 6 LVDT 5 LVDT 4 LVDT 1
l’estremità della trave con il telaio di contrasto e serve per misurare lo spostamento assoluto della trave, induttivi 23 e 24 della fig. 3- 3. Un secondo trasduttore collega l’estremità della trave con la parte finale di un’asta metallica posta parallelamente alla trave. Questa asta metallica non è fissata alla trave, ma è saldata ad una cornice in acciaio che è resa solidale al nodo. Tutta questa attrezzatura in acciaio serve per misurare lo spostamento relativo dell’estremità della trave rispetto al nodo. Assieme a questi due induttivi ce n’è un altro che serve per pilotare la forza nel martinetto.
LVDT 15 per misurare lo spostamento relativo fra nodo e trave
LVDT 23 per misurare lo spostamento assoluto LVDT per pilotare la
forza del martinetto
fig. 3- 6: Particolare degli induttivi posti alle estremità della trave fig. 3- 5: schema del dispositivo di prova
3.3 Conduzione delle prove
Nell’ambito del programma di prova sono state eseguite prove statiche e cicliche. Le prove statiche sono state eseguite per stimare le frecce della trave quando le armature superiori ed inferiori si sono snervate. La conoscenza di questi spostamenti serve per costruire la storia di carico delle prove cicliche.
Occorre dire che i campioni sono stati disposti in posizione capovolta: le armature che resistono ai momenti negativi nella realtà sono posizionate superiormente, invece nello schema di prova sono dalla parte inferiore. Questa disposizione sperimentale vuole provocare uno sforzo di Taglio in concomitanza del Momento negativo, in modo da simulare il reale stato di sollecitazione sotto l’azione sismica ed i carichi verticali permanenti.
Le prove statiche sono eseguite agendo separatamente prima sul braccio sinistro poi sul braccio destro. Analizziamo com’è stato sollecitato il braccio sinistro. Dapprima i martinetti 1 e 3 contemporaneamente esercitano delle forze di compressione finché creando così sulla sezione d’interfaccia un momento flettente positivo. I martinetti 1 e 3 incrementano la forza di compressione fino a quando non si arriva allo snervamento delle nervature. Ci si accorge dello snervamento, quando incrementando le forze, gli spostamenti agli induttivi 17 o 24 variano di poco. Giunti allo snervamento, il martinetto 1 comincia ad applicare una forza di trazione, mentre il martinetto 3 è inefficace, in questo modo sulla sezione d’interfaccia trave-nodo si crea un momento negativo e taglio. Quando anche le armature a momento negativo sono snervate s’interrompe la prova sul braccio sinistro e, con le stesse modalità si va a sollecitare il braccio destro.
Il pilastro è soggetto anche ad un carico assiale di 400 kN, corrispondente al valore di progetto nel telaio multipiano di riferimento utilizzato per il calcolo delle armature. Il carico assiale è applicato con una coppia di attuatori a semplice effetto, posti alla sommità del pilastro che contrastano contro il telaio in acciaio.
