CAPITOLO 6

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CAPITOLO 6

ANALISI SPERIMENTALE

6.1 Assemblaggio

6.1.1 Descrizione generale dei componenti

Come detto nel capitolo 4, la trave TVT è una struttura modulare. Il prototipo sottopo-sto a prove di laboratorio era composottopo-sto da due pareti vetrate, ciascuna delle quali era costi-tuita da sette moduli standard e due moduli di estremità. Per ottenere una trave di luce maggiore sarebbe sufficiente aumentare il numero dei moduli standard, mentre se si voles-se aumentare l’altezza della trave, sarebbe sufficiente aumentare le dimensioni dei pannelli triangolari di vetro10.

Nodi

I ventidue nodi in acciaio inox della trave possono essere divisi in tre gruppi (ciascuno dei quali può a sua volta essere suddiviso in due sottogruppi) in funzione della posizione che occupano.

La disposizione dei nodi è riportata schematicamente nella figura 6.1: nei

mo-duli standard, otto nodi tipo A1 sono posti

nei vertici superiori e sei nodi tipo A2 nei

vertici inferiori; nei moduli di estremità,

10

Per ottenere luci molto maggiori potrebbe essere necessario aumentare lo spessore dei pannelli di ve-tro e quindi modificare anche le dimensioni dei nodi di acciaio.

Figura 6.1: disposizione dei diversi tipi di nodo. nodo tipo C1 nodo tipo B1 nodo tipo A1 nodo tipo B2 nodo tipo C2 nodo tipo A2

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due nodi tipo B1 e due nodi tipo B2 occupano i vertici superiori, mentre ai vertici inferiori

sono posti due nodi tipo C1 e due nodi tipo C2.

I nodi tipo A1 e tipo A2 sono nodi a quattro bracci di cui due sono attraversati da un

fo-ro passante non filettato per le funi correnti superiori ed inferiori e gli altri due sono pfo-rov- prov-visti di fori filettati per il collegamento con i capicorda dei tiranti diagonali. È previsto un sistema di bloccaggio a vite da serrare dopo la tesatura dei correnti per impedirne lo scor-rimento. I tipi A1 e A2 differiscono per il verso della filettatura dei fori, la distinzione è

ne-cessaria perché altrimenti le azioni sui tenditori provocherebbero lo svitamento di uno dei due capicorda. Inoltre i nodi tipo A1 sono provvisti dei dispositivi di collegamento del

con-trovento superiore.

Figura 6.2: nodo tipo A.

I nodi tipo B1 e B2 sono posti alle estremità della trave, in corrispondenza di vincoli

e-sterni, sono quindi nodi a due soli bracci, entrambi provvisti di fori filettati per il fissaggio dei capicorda del corrente superiore e del diagonale di estremità. In questo caso l’unica dif-ferenza tra i nodi B1 e B2 è il verso della filettatura dei fori.

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I nodi tipo C1 e C2 (nodi di ginocchio) sono collegati a due diagonali ed al corrente

in-feriore mediante tre fori filettati. Le piastre interne dei nodi sono dotate di dispositivi di collegamento analoghi a quelli dei nodi tipo A1. Le due pareti vetrate sono infatti collegate

anche inferiormente (solamente nei nodi di ginocchio). Anche in questo caso l’unica diffe-renza tra i nodi C1 e C2 è il verso della filettatura dei fori.

Interfaccia acciaio-vetro

Il contatto diretto acciaio-vetro è stato evitato collocando delle lamine di alluminio sui vertici dei pannelli di vetro.

Lamine dello spessore di 1 mm, opportunamente sagomate, sono state incollate late-ralmente; altre più spesse (2,5 mm) sono state disposte frontalmente.

Figura 6.5: Lamine di alluminio incollate lateralmente (L1) e frontalmente (L2) Figura 6.4: nodo di ginocchio (tipo C).

L1 L1

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Vetro

I pannelli di vetro sono realizzati mediante stratificazione di lastre da 5 mm temperate chimicamente i cui vertici sono stati arrotondati come indicato nella . Lo strato plastico di

interlayer è PVB da 1.52 mm.

Figura 6.6: dimensioni dei pannelli di vetro.

Tiranti

Per il sistema di precompressione sono state adottate funi spiroidali in acciaio inox del diametro di 6 mm, dotati di apposito tenditore.

I capicorda sono fissati per avvitamento dei nodi metallici.

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Controvento

I montanti di controvento sono profilati circolari cavi CHS 20x2 ed i diagonali sono barre circolari del diametro di 8 mm datate di tenditore.

Figura 6.8: schema di controvento.

6.1.2 Composizione dei piani vetrati

I due piani vetrati che compongono la trave sono stati preassemblati separatamente di-sponendoli su un piano orizzontale. In questa fase a tutti i tiranti è stata data una pretensio-ne di 2,8 kN.

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6.1.3 Collegamento dei piani e controventamento

In una seconda fase i due piani sono stati sollevati e connessi mediante i traversi del controvento superiore e quelli dei nodi inferiori di ginocchio. Successivamente sono stati posizionato i diagonali di controvento.

Per eseguire l’operazione di sollevamento senza danneggiare il vetro i nodi del corren-te superiore sono stati collegati con un profilato di acciaio.

Figura 6.10: sollevamento e collegamento dei due piani.

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6.2 Presollecitazione

6.2.1 Nomenclatura degli elementi

Per identificare con chiarezza gli elementi della trave è stata usata la nomenclatura in-dicata nella figura 6.12. Ai nodi metallici sono state assegnate le lettere maiuscole dalla A alla M, seguendo la stessa nomenclatura usata nel capitolo 5. I tiranti sono identificati dai numeri da 1 a19 preceduti dalla lettera “t”. Ai pannelli di vetro corrispondono i numeri da

1 a 9, preceduti dalla lettera “v”.

Poiché la trave è costituita da due piani uguali, ove necessario, le etichette degli ele-menti del piano anteriore sono seguite dal pedice “a” e quelle del piano posteriore sono se-guite dal pedice “b”. Se si fa riferimento agli elementi corrispondenti di entrambi i piani i pedici “a” e “b” vengono omessi.

Ad esempio, il nodo inferiore di mezzeria del piano anteriore è indicato con l’etichetta “Fa”, il tirante diagonale all’estrema sinistra del piano anteriore con l’etichetta “t4a” ed il

pannello di vetro all’estrema destra del piano posteriore con l’etichetta “v9b”. Se si fa

rife-rimento ad entrambi i nodi di appoggio a sinistra, questi verranno semplicemente indicati come nodi A.

I termini destra, sinistra, anteriore e posteriore si intendono riferiti sempre allo stesso punto di vista (lato manovra).

Figura 6.12: etichette di nodi, tiranti e pannelli di vetro.

Per semplificare e rendere più scorrevole la descrizione nel seguito si farà riferimento alle funi che attraversano i campi t9, t10, t11 e t12 come ai “correnti inferiori”, a quelle che attraversano i campi t1, t2, t3, t18 e t19 come ai “correnti superiori”, ai diagonali t4 e

t17 come ai “diagonali di estremità”, ai diagonali t5, t6, t7, t8, t13, t14, t15, t16 come ai

“diagonali interni”.

I diagonali t4, t6, t8, t13, t15, t17, verranno identificati come “diagonali discendenti

verso la mezzeria” o più semplicemente “diagonali discendenti”. Analogamente i diagonali t5, t7, t14, t16 verranno definiti “diagonali ascendenti”.

I nodi A, B, C, M, L, I, saranno detti “nodi del corrente superiore”, i nodi D, E, F, G,

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6.2.2 Tesatura delle funi

L’operazione di tesatura delle funi è stata eseguita con una chiave dinamometrica. La relazione tra tiro e coppia di sblocco della chiave è stata determinata su una macchina di prova universale INSTRON ed è riportata nella figura 6.13 e nella Tabella 6.1.

Figura 6.13: relazione tra coppia di sblocco della chiave e tiro nelle funi.

Coppia di Sblocco [ Nm ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tiro [ kN ] 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,4 3,7 4,0 4,3 4,6 4,9 5,2 5,5 5,8 6,0 6,3 6,6

Tabella 6.1: : relazione tra coppia di sblocco della chiave e tiro nelle funi.

Come detto, in fase di preassemblaggio la tensione in tutte le funi è stata portata a 2,8

kN. Successivamente, posta la trave sugli appoggi definitivi, a partire da questa

configura-zione uniforme, si è proceduto alla tesatura definitiva.

Per evitare di causare eccessive deformazioni nei nodi, la presollecitazione è stata ef-fettuata progressivamente, in cinque cicli, durante i quali sono stati misurati gli spostamen-ti verspostamen-ticali del nodo di mezzeria e le variazioni di lunghezza del corrente inferiore. I daspostamen-ti registrati sono riportati nella figura 6.14.

Il primo ciclo corrisponde alla tasatura dei diagonali discendenti verso la mezzeria, nei quali è stato imposto un tiro di 3,4 kN. Osservando la figura 6.14 si vede che la trave ac-quista progressivamente una piccola controfreccia (inferiore a 0,2 mm) corrispondente ad una configurazione deformata opposta a quella indotta dallo sforzo di taglio.

Nei cicli successivi si è agito solamente sulle funi perimetrali (correnti inferiori, cor-renti superiori e diagonali di estremità) lasciando invariato il tiro nei diagonali interni.

4 6 8 10 12 14 16 18 20 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 C op p ia d i S b loc co [N m] Tiro [kN]

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Nei cicli 2, 3 e 4 è stato tesato prima il corrente inferiore, poi i diagonali di estremità ed infine il corrente superiore, portando la tensione fino a 4,6 kN. Nella figura 6.14 i cicli sono ben individuati da una brusca variazione di lunghezza del corrente inferiore (curva rossa) cui segue un sollevamento del nodo di mezzeria (curva blu) ed infine un abbassa-mento dello stesso nodo causato dalla tesatura del corrente superiore.

Nel quinto ed ultimo ciclo la tensione nei correnti inferiori e nei diagonali di estremità è stata portata a 5,2 kN. La tesatura dei correnti superiori non è stata effettuata al fine di ot-tenere una controfreccia residua corrispondente ad una configurazione deformata opposta a quella indotta dal momento flettente.

La tabella 6.2 riassume i valori del tiro dei diversi elementi.

Figura 6.14: spostamento verticale del nodo di mezzeria ed accorciamento del corrente inferiore in fase di presollecitazione.

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Sp o st am e n to [m m ] Tempo [min] Tesatura Cavi Freccia Mezzeria Corrente Inferiore

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Preassemblaggio [kN] Ciclo 1 [kN] Ciclo 2 [kN] Ciclo 3 [kN] Ciclo 4 [kN] Ciclo 5 [kN] correnti superiori 2,8 2,8 3,4 4,0 4,6 4,6 diagonali di estremità 2,8 3,4 3,4 4,0 4,6 5,2 altri diagonali discendenti 2,8 3,4 3,4 3,4 3,4 3,4 diagonali ascendenti 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 correnti inferiori 2,8 2,8 3,4 4,0 4,6 5,2

Tabella 6.2: tiro nelle funi in corrispondenza dei cicli di tesatura.

6.3 Strumentazione della trave

6.3.1 Descrizione generale delle prove

Il prototipo TVT  è stato sottoposto a prove di laboratorio sia in campo dinamico che in campo statico al fine di caratterizzare in maniera compiuta il comportamento strutturale della trave.

Le prove dinamiche sono state condotte inducendo delle perturbazioni di natura im-pulsiva, verticali ed orizzontali (trasversali) e misurando accelerazioni e spostamenti di al-cuni punti rappresentativi della trave.

Lo studio dei dati acquisiti, ha consentito di stimare in via preliminare i periodi propri di vibrazione della struttura e valutarne la capacità di smorzare le oscillazioni libere.

Le analisi in campo statico sono state condotte applicando diversi cicli di carico-scarico fino a portare il campione a rottura.

In questo caso sono stati acquisiti gli spostamenti verticali e trasversali di alcuni punti rappresentativi per caratterizzare la risposta meccanica nel piano e per cogliere eventuali fenomeni di instabilità flessotorsionale. Al fine di individuare il punto di decompressione della trave (cfr. par. 5.4.2) sono state misurate le deformazioni nei vertici dei pannelli di vetro.

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6.3.2 Disposizione degli strumenti Prove dinamiche

Per le prove dinamiche sono stati applicati, sui nodi più vicini alla mezzeria della tra-ve, sei accelerometri (tre disposti verticalmente e tre orizzontalmente) ed un trasduttore in-duttivo di spostamenti, collegati ad una centralina dinamica con frequenza di campionamento di 20 ms.

La disposizione schematica dei sette strumenti è riportata nella figura 6.15. Entrambi i prospetti si intendono visti da un osservatore situato anteriormente (lato manovra).

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designazione tipo strumento collocazione orientazione

A 1 accelerometro nodo Ca orizzontale

A 2 accelerometro nodo Ca verticale

A 3 accelerometro nodo Ma orizzontale

A 4 accelerometro nodo Ma verticale

A 5 accelerometro nodo Fa orizzontale

A 6 accelerometro nodo Fa verticale

Id 7 trasduttore induttivo di spostamenti nodo Cb orizzontale

Tabella 6.3: strumenti usati nelle prove dinamiche (per la numerazione dei nodi cfr. par. 6.2.1)

Figura 6.16: accelerometri A1 ed A2 (posteriormente si intravede anche l’induttivo Id7)

Prove statiche

Per le prove statiche sono stati usati sette trasduttori induttivi di spostamento (LVDT), orientati trasversalmente e verticalmente ed otto estensimetri monoassiali a variazione di resistenza (strain gauges),orientati secondo le bisettrici degli angoli dei pannelli di vetro, come indicato nella figura 6.17.

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Figura 6.17: : disposizione degli strumenti usati nelle prove statiche.

Is 1 trasduttore induttivo di spostamenti corrente inferiore orizzontale longitudinale

Is 2 trasduttore induttivo di spostamenti nodo Da

(nodo ginocchio sx) verticale

Is 3 trasduttore induttivo di spostamenti nodo Ha

(nodo ginocchio dx) verticale

Is 4 trasduttore induttivo di spostamenti nodo Mb orizzontale

Is 5 trasduttore induttivo di spostamenti nodo Fb

(nodo mezzeria) orizzontale

Is 6 trasduttore induttivo di spostamenti nodo Fb

(nodo mezzeria) verticale

Is 7 trasduttore induttivo di spostamenti nodo Cb

(nodo sx) orizzontale

E 1 estensimetro elettrico pannello v2a

(bisettrice inferiore) 150° (rif. orizz.)

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E 5 estensimetro elettrico pannello v2b

Tabella 6.4: strumenti usati nelle prove statiche (per la numerazione dei nodi cfr. par. 6.2.1).

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Figura 6.19: l’estensimetro elettrico E1.

6.4 Prove dinamiche

Le prove sono state eseguite collegando una massa di circa 35 kg alla trave mediante un filo metallico e misurando le accelerazioni e gli spostamenti generati dal taglio improv-viso del filo.

Sono state compiute due prove con sollecitazione verticale e due prove con sollecita-zione orizzontale (massa sospesa collegata al corrente superiore con apposito rinvio oriz-zontale).

Dai diagrammi dell’accelerazione e dello spostamento in funzione del tempo è stato determinato il periodo proprio della struttura per due modi di vibrare. Le oscillazioni libere conseguenti al taglio del filo, sono infatti rappresentative della prima forma modale tra-sversale e della prima verticale (nel piano della struttura).

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Figura 6.20: strumentazione della trave durante la prova dinamica.

La stima dei periodi propri della struttura è stata eseguita analizzando l’andamento delle accelerazioni e degli spostamenti in funzione del tempo e valutando la distanza tra due massimi consecutivi. Nella tabella 6.5 si riporta il riassunto dei dati desunti dalle prove dinamiche. Nelle figure 6.21 e 6.22 si riportano i grafici più significativi relativi alle quat-tro prove.

Prova n. Sollecitazione

Impulsiva Forma Modale

Frequenza Misurata [Hz] Frequenza Calcolata [Hz] 1 orizzontale oscillazione

fuori dal piano 13,4 12,1 2 orizzontale oscillazione

fuori dal piano 15,0 12,1 3 verticale oscillazione

nel piano 19,1 76,9 4 verticale oscillazione

nel piano 16,9 76,9

Tabella 6.5: risultati delle prove dinamiche.

L’analisi della tabella 6.5 mostra come le frequenze di vibrazione relative ai modi di oscillazione fuori dal piano, cioè le più basse perché la trave oscilla nel piano di minor ri-gidezza, siano molto vicine a quelle desunte dall’analisi numerica. Le frequenze di vibra-zione relative ai modi nel piano sono invece significativamente differenti da quelle teoriche, questo fatto si può spiegare considerando che nell’analisi numerica è stata impo-sta una deformazione perfettamente piana, mentre nel campione si osservano delle compo-nenti di spostamento trasversale non trascurabili anche per sollecitazioni verticali. Una

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stima della frequenza del modo di vibrare verticale risulta difficile perché nel campione sottoposto a prova questo modo è preceduto da molti altri con componenti di spostamento orizzontali. -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A2 (verticale) -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A4 (verticale) -4,00 -3,50 -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A6 (verticale) -3,50 -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A5 (orizzontale) -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 60,5 61,0 61,5 62,0 62,5 63,0 63,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A2 (verticale) -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 60,5 61,0 61,5 62,0 62,5 63,0 63,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A4 (verticale) -3,50 -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 60,5 61,0 61,5 62,0 62,5 63,0 63,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A6 (verticale) -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 60,5 61,0 61,5 62,0 62,5 63,0 63,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A5 (orizzontale)

Figura 6.21: grafici dell’accelerazione in funzione del tempo relativi alle due prove dinamiche con sollecitazione impulsiva verticale.

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-1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 28,5 29,0 29,5 30,0 30,5 31,0 31,5 A cc el er az io n e [ m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A1 (orizzontale) -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 28,5 29,0 29,5 30,0 30,5 31,0 31,5 A cc el er az io n e [ m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A3 (orizzontale) -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 28,5 29,0 29,5 30,0 30,5 31,0 31,5 A cc eler az io n e [ m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A4 (verticale) -1,40 -1,20 -1,00 -0,80 -0,60 -0,40 -0,20 0,00 0,20 0,40 28,5 29,0 29,5 30,0 30,5 31,0 31,5 Sp o st ame n to [ mm] Tempo [sec] Induttivo Id7 (orizzontale) -8,00 -7,00 -6,00 -5,00 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 28,5 29,0 29,5 30,0 30,5 31,0 31,5 A cc eler az io n e [ m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A5 (orizzontale) -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A1 (orizzontale) -3,00 -2,50 -2,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A3 (orizzontale) -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A5 (orizzontale) -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 A cc el er az io n e [m/ s 2] Tempo [sec] Accelerometro A4 (verticale) -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 Sp o st ame n to [ mm] Tempo [sec] Induttivo Id7 (orizzontale)

Figura 6.22: grafici dell’accelerazione e dello spostamento relativi alle due prove dinamiche con sollecitazione impulsiva orizzontale.

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6.5 Prove statiche

6.5.1 Cadute di tensione nelle funi e variazioni termiche

In una fase intermedia di presollecitazione, prima di mettere in opera la tesatura defi-nitiva e prima di applicare forze esterne sul campione sono state esaminate le deformazioni della trave in un intervallo di tempo di cinque giorni, sotto l’effetto del solo peso proprio strutturale.

Gli spostamenti registrati dai tre trasduttori induttivi verticali (Is2, Is3, Is6) e dal tra-sduttore Is1, collegato ad un filo di invar (lega caratterizzata da un bassissimo coefficiente di dilatazione termica: 1,2∙10-6 K-1) teso tra i nodi di ginocchio mediante la sospensione di una massa (figura 6.23), sono riportati nella figura 6.24.

Figura 6.23: trasduttori induttivi di spostamento Is1 ed Is2.

Si osserva un cedimento iniziale, verificatosi nei primi 30 minuti successivi alla tesa-tura: il corrente inferiore cede e l’allontanamento dei nodi di ginocchio fa risalire la massa sospesa, mentre gli altri tre trasduttori misurano spostamenti di segno opposto, cioè abbas-samenti dei nodi.

Successivamente gli spostamenti dei nodi di ginocchio si stabilizzano; il corrente infe-riore subisce delle variazioni di lunghezza cicliche piuttosto contenute (inferiori a 0,03

mm), mentre il nodo di mezzeria manifesta degli spostamenti più evidenti, ma anch’essi

ci-clici, che sembrano essere stati causati dalle variazioni termiche tra il giorno e la notte. Si notano infatti cicli con un massimo intorno alle ore 13:00 ed un minimo nelle prime ore del mattino.

filo teso tra i nodi di ginocchio Trasduttore Is1 Trasduttore Is2 massa sospesa al filo

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Figura 6.24: deformazioni sotto l’effetto del solo peso proprio e delle variazioni termiche misurate in un intervallo di tempo di 5 giorni.

Si può concludere che le funi manifestano un cedimento anelastico iniziale che può essere facilmente recuperato eseguendo un ulteriore ciclo di tesatura, e che gli spostamenti legati alle variazioni termiche, spiegabili con la differenza tra i coefficienti di dilatazione termica dell’acciaio inox (1,8∙10-5

K-1) e del vetro (9∙10-6 K-1), sono sostanzialmente tra-scurabili.

6.5.2 Prove cicliche non distruttive

Completata la tesatura delle funi (cfr. par. 6.2.2), la trave è stata sottoposta sollecita-zioni cicliche progressive. Il carico è stato applicato nei nodi superiori mediante un dispo-sitivo di ripartizione (figura 6.25).

Figura 6.25:dispositivo di ripartizione del carico.

-0,20 -0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 Sp o st am en to [ m m ] Tempo

Trasduttori Induttivi di Spostamento

Is1: corrente inferiore Is2: ginocchio SX Is3: ginocchio DX Is6: freccia mezzeria

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Poiché la cella di carico è posta tra il ripartitore ed i dispositivo di contrasto superiore, il carico effettivamente gravante sulla trave è la somma della reazione (misurata dalla cella di carico) e del peso del ripartitore (c.a. 1,8 kN).

I cicli di carico sono stati eseguiti in due riprese. I valori della reazione massima per ciascun ciclo, misurata dalla cella di carico nella prima e nella seconda serie, sono riportati nelle tabelle 6.6 e 6.7.

Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 Ciclo 4 Ciclo 5 Ciclo 6 Ciclo 7 Ciclo 8 Carico

[kN] 2,51 3,32 5,25 9,82 12,34 14,80 17,28 19,76

Tabella 6.6: prima serie di cicli di carico.

Ciclo 9 Ciclo 10 Ciclo 11- Ciclo 12- Ciclo 13 Ciclo 14 Ciclo 15 Ciclo 16 Carico

[kN] 24,46 24,96 29,59 34,51 39,45 44,26 48,38 48,46

Tabella 6.7: seconda serie di cicli di carico.

Nel grafico della figura 6.26 si può seguire lo spostamento verticale del nodo di mez-zeria, misurato dal trasduttore induttivo Is6. Il massimo spostamento per un carico di 50 kN è superiore a 30 mm (circa 1 ₁₀₀ della luce). In questa fase la trave non ha mostrato alcun danneggiamento macroscopico.

Figura 6.26: andamento degli spostamenti verticali del nodo di mezzeria (nodo F) in funzione del carico applicato (comprensivo del peso del ripartitore).

0 10 20 30 40 50 60 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 C ar ic o A p p li ca to [ kN ] Freccia Mezzeria [mm] Modello FEM Cicli di Carico

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Il confronto con la curva dedotta dal modello numerico mostra che i risultati teorici sono molto prossimi a quelli misurati durante le prove di carico. In particolare si riconosce la prima variazione di rigidezza, dovuta alla decompressione del vetro nella parte inferiore della trave (corrente inferiore) che si verifica per un carico applicato di circa 15÷18 kN.

La fase di decompressione è ben visibile anche nella figura 6.27, che mostra l’allungamento del corrente inferiore (trasduttore induttivo Is1). Si può notare come nella fase successiva alla decompressione (fase 2) il corrente inferiore sia più rigido di quanto calcolato (spostamenti minori a parità di carico).

Tuttavia cicli di carico con valore massimo molto elevato provocano deformazioni plastiche delle funi con conseguente perdita di precompressione. Per cicli con valore mas-simo fino a 30 kN (fino al ciclo 11) il corrente manifesta un comportamento elastico, men-tre nei cicli successivi si accumulano deformazioni residue ed il punto di decompressione si sposta verso il basso.

Figura 6.27: andamento dell’allungamento del corrente inferiore in funzione del carico applicato (comprensivo del peso del ripartitore); le curve mostrano solo a fase crescente del ciclo di carico.

Il grafico dello spostamento verticale dei nodi di ginocchio conferma la validità del modello numerico anche nella stima della rigidezza al taglio.

Ancora una volta si vede che la trave manifesta una buona elasticità nei primi cicli (al di sotto dei 30 kN), mentre per carichi maggiori le deformazioni non vengono completa-mente recuperate allo scarico della trave.

0 10 20 30 40 50 60 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 C ar ic o A p p lic at o [k N ] Allungamento [mm] Allungamento Corrente Inferiore

Cicli di carico Modello FEM

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Figura 6.28: andamento degli spostamenti verticali dei nodi di ginocchio (nodi D ed H) in funzione del carico applicato (comprensivo del peso del ripartitore).

Le misure estensimetriche confermano i dati ottenuti con i trasduttori induttivi. In par-ticolare, osservando l’andamento delle deformazioni è possibile vedere il brusco cambia-mento di stato tensionale causato dalla decompressione del corrente inferiore

Per il ciclo 10 (figura 6.29) la decompressione corrisponde ad un carico totale di 15

kN.

Figura 6.29: andamento delle deformazioni nei vertici inferiori dei pannelli di vetro misurate con estensimetri elettrici a variazione di resistenza; Il grafico è riferito al solo ciclo 10.

0 10 20 30 40 50 60 -2,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 C ar ic o A p p lic at o [k N ] Spostamento [mm] Spostamento Nodi di Ginocchio

Ciclo 9 Ciclo 10 Ciclo 11 Ciclo 12 Ciclo 13 Ciclo 14 Ciclo 15 Ciclo 16 Modello FEM 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 C ar ic o A p p lic at o [k N ] Deformazione [me] Estensimetri (Ciclo 10) Est 1 Est 2 Est 3 Est 4 Est 5 Est 6 Est 7 Est 8 decompr.

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Gli spostamenti trasversali si sono rivelati molto contenuti (inferiori a 7 mm per un ca-rico di 50 kN). Si può quindi affermare che il controvento superiore ha contrastato molto efficacemente l’instabilità flessotorsionale.

Anche in questo caso il comportamento è stato perfettamente elastico per cicli di cari-co inferiori a 30 kN.

Figura 6.30: andamento dello spostamento trasversale del corrente superiore in funzione del carico applicato (comprensivo del peso del ripartitore); le curve mostrano solo a fase crescente del ciclo di carico.

0 10 20 30 40 50 60 -8,0 -7,0 -6,0 -5,0 -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 C ar ic o A p p lic at o [k N ] Spostamento [mm] Spostamento Trasversale (corr. sup.)

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6.5.3 Prova di carico a rottura

La campagna sperimentale sul prototipo TVT  si è conclusa con una prova di carico a rottura. Il campione è stato spinto fino alla capacità portante ultima applicando un incre-mento di carico monotono con velocità di deformazione costante, pari a circa 0,09 mm/sec (figura 6.31).

Figura 6.31:andamento dello spostamento del nodo di mezzeria in funzione del tempo di prova.

Nelle seguenti figure si riportano i grafici degli spostamenti di alcuni punti significati-vi della trave in funzione del carico totale applicato.

La figura 6.32 mostra come , per effetto dei cicli di carico svolti precedentemente, il livello di precompressione della trave sia sceso al punto che la decompressione si manife-sta molto prematuramente (c.a. 4 kN). Sebbene la curva sperimentale si manife-stacchi quasi subito dalla curva teorica, la trave manifesta comunque una buona rigidezza (leggermente supe-riore a quella stimata con il modello numerico) e continua ad incassare il carico anche oltre la resistenza teorica. Nel modello FEM, infatti il carico ultimo risultava pari a 50 kN, rag-giunta questa soglia l’analisi era stata interrotta perché la tensione nelle funi avrebbe dovu-to raggiungere il carico ultimo.

Le funi, invece, hanno manifestato una notevole sovra resistenza e si è potuto continu-are a cariccontinu-are la trave fino a 62 kN, quando il collasso è avvenuto per instabilità progressi-va dei due pannelli di vetro centrali (pannelli v5).

La rottura comunque non è stata improvvisa, ma è stata preceduta da evidenti segni premonitori (lesioni in alcuni pannelli di vetro, che però hanno conservato una buona capa-cità portante e grosse deformazioni dei due pannelli v5).

La struttura ha manifestato una netta diminuzione di rigidezza intorno ai 52 kN, che può essere spiegata come conseguenza della plasticizzazione delle funi (evidenziata anche da una variazione di pendenza della curva in figura 6.33) e della formazione delle prime lesioni nel vetro.

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Sp o st amen to [mm] Tempo [sec] velocità di sollecitazione

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Lo spostamento trasversale si è dimostrato molto contenuto (figura 6.34).

La deformazione flessionale ultima ha invece prodotto una freccia massima di oltre 40

mm con un allungamento del corrente inferiore superiore a 20 mm, confermando una buona

capacità della trave di sopportare deformazioni consistenti.

Figura 6.32: andamento dello spostamento verticale della mezzeria in funzione del carico applicato.

:

Figura 6.33: allungamento del corrente inferiore (trasduttore induttivo Is1) in funzione del carico applicato. 0 10 20 30 40 50 60 70 -10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 C ar ic o A p p lic at o [k N ] Spostamento [mm] Freccia Mezzeria - Collasso

Prototipo Modello FEM 0 10 20 30 40 50 60 70 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 C ar ic o A p p lic at o [k N ] Allungamento [mm]

Allungamento Corrente Inferiore - Collasso

Prototipo Modello FEM

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Figura 6.34: spostamento trasversale del corrente superiore (nodo C) e del corrente inferiore (nodo F).

Figura 6.35: misure estensimetriche durante la prova di carico a rottura. 0 10 20 30 40 50 60 70 -10,0 -8,0 -6,0 -4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 C ar ic o A p p lic at o [k N ] Spostamento [mm] Spostamento Trasversale - Collasso

Corr. Sup Corr. Inf. 0 10 20 30 40 50 60 70 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 C ar ic o A p p lic at o [k N ] Deformazione [me] Estensimetri - Collasso Est 1 Est 2 Est 3 Est 4 Est 5 Est 6 Est 7 Est 8

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Il brusco salto nella misura della deformazione registrata dall’estensimetro E6 (curva rossa nella figura 6.35) consente di identificare con precisione il punto in cui iniziano a formarsi le prime cricche nel vetro (figura 6.36). Il valore del carico applicato in quel pun-to è 54 kN (87% del carico ultimo).

Figura 6.37:lesione nel pannello v4 (simmetrico del pannello v6 rispetto alla mezzeria).

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Figura 6.38: una fase della prova di carico in cui la sollecitazione aveva già superato i 50 kN e la trave era ancora integra e mostrava una buona rigidezza.

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Figura 6.40: dettaglio dei due pannelli centrali collassati per instabilità progressiva.

Figura 6.41: anche dopo la crisi i pannelli di vetro sono rimasti nel loro alloggiamento e il foglio di interlayer di PVB ha mantenuto incollati i frammenti più grandi.