CAPITOLO 2: LA CAMPAGNA DI PROVE

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Presso il Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Pisa è in corso un’ampia campagna di indagini sperimentali aventi lo scopo di valutare il comportamento ciclico di campioni costituenti il nodo trave pilastro realizzato secondo il sistema di prefabbricazione in cemento armato denominato “sistema K” della ditta Toscana Soltravi e di confrontarlo col comportamento di campioni analoghi ma interamente gettati in opera. Nell’ambito del presente studio, sono state eseguite prove su sette campioni, di cui quattro prefabbricati, TST, e tre gettati in opera, OP:

Riepilogo prove seguite Data della prova Campione Armatura delle travi Carico Assiale N Asse Pilastro Crisi

26/08/09 TST/1 Minima 400 kN Debole Trave

04/09/09 OP/1 Minima 400 kN Debole Trave

19/11/09 TST/3 Massima 200 kN Debole Trave 08/02/10 TST/4 Massima 100 kN Debole Trave

Attualmente, nell'ambito della campagna sperimentale di qualificazione del Sistema K, è prevista l'esecuzione di ulteriori prove che saranno eseguite su un campione prefabbricato con il pilastro ruotato di 90 gradi e quindi sollecitato sul suo lato forte, un campione prefabbricato con travi con altezza maggiorata di 4 cm in modo tale da invertire la gerarchia delle resistenze ed un campione gettato in opera armato con armatura massima. Peraltro, le prove fin qui effettuate offrono di per sé i dati utili per ricavare i risultati che ci si era prefissi, in termini di

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caratteristiche di duttilità e capacità dissipativa dei nodi prefabbricati, ed il confronto con le caratteristiche degli analoghi nodi gettati in opera.

FIGURA 12:VISTA DALL’ALTO DEL SISTEMA DI PROVA

PROVE DI CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI

Per ogni campione sono stati confezionati dei provini cubici del calcestruzzo utilizzato per i getti e poi provati a compressione a 28 giorni di maturazione. Sono stati eseguite delle prove su spezzoni di barre di acciaio della medesima partita di acquisto di quelle utilizzare per armare i nodi, tali resistenze sono state poi utilizzate per le verifiche analitiche.

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2.1 I CAMPIONI

Per poter valutare l’equivalenza di comportamento tra i nodi prefabbricati Toscana Soltravi e quelli interamente gettati in opera sono state create due serie di campioni: quelli prefabbricati “sistema K” Toscana Soltravi denominati TST e quelli gettati interamente in opera denominati OP. I campioni di nodi trave/pilastro a due vie, realizzati tutti delle stesse misure, su cui sono state effettuate le prove di carico cicliche sono dimensionati come elementi, in scala reale, di un nodo di un edificio intelaiato in cemento armato progettato secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2008. Le travi ed i pilastri hanno dimensioni standard rispettivamente di 240mm di altezza e 400mm di larghezza per le travi e 250mm lato libero e 400 mm lato in cui si immette la trave per il pilastro, si sono variate le armature longitudinali come riportato nelle due tabelle sottostanti.

Armature campioni prefabbricati "Sistema K" Toscana Soltravi

Campione Trave h·b=240·400mm Pilastro h·b=250·400mm Nodo

Asup Ainf Staffe Averticale Staffe Staffe

TST/1 4Φ18 4Φ14 Φ8/40 4Φ16+4Φ14 Φ8/80 2Φ12

TST/2 4Φ18 4Φ14 Φ8/40 4Φ16+4Φ14 Φ8/80 2Φ12

TST/3 4Φ22 4Φ16 Φ8/40 4Φ22+4Φ16 Φ8/80 2Φ12

TST/4 4Φ22 4Φ16 Φ8/40 4Φ22+4Φ16 Φ8/80 2Φ12

Armature campioni gettati in opera

Campione Trave h·b=240·400mm Pilastro h·b=250·400mm Nodo

Asup Ainf Staffe Averticale Staffe Staffe

OP/1 4Φ18 4Φ14 Φ8/40 4Φ16+4Φ14 Φ8/80 2Φ12

OP/2 4Φ18 4Φ14 Φ8/40 4Φ16+4Φ14 Φ8/80 2Φ12

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FIGURA 14: PARTICOLARE FONDELLO PREFABBRICATO

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I campioni prefabbricati “sistema k” della Toscana Soltravi hanno pilastri prefabbricati collegati al nodo con un collegamento a pozzo solidarizzato dal getto in opera e le travi invece sono costituite da un fondello prefabbricato che funge da cassero ed un getto integrativo di calcestruzzo gettato in opera C28/35 che completa la struttura. I campioni TST sono stati realizzati seguendo la procedura del sistema di prefabbricazione “Sistema K” Toscana Soltravi: sono state create le gabbie di armatura dei pilastri e travi mediante saldatura, successivamente si sono gettati i pilastri e il fondello delle travi, una volta maturati i getti si è assemblato il nodo trave colonna inserendo le armature aggiuntive nelle travi e gettando le travi ed il nodo mediante getto in opera.

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FIGURA 17: FONDELLI PREFABBRICATI DELLE TRAVI.

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FIGURA 19: PARTICOLARE DEL NODO E DEI FERRI AGGIUNTIVI DELLA TRAVE.

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FIGURA 21: FASE DI GETTO IN OPERA.

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I campioni OP sono stati gettati in tre fasi successive (pilastro inferiore, travi e nodo, pilastro superiore) come avviene nella pratica comune. Volendo rendere completamente equiparabili le due serie di campioni i ferri, nei campioni OP interamente gettati in opera, sono stati posizionati e sagomati come nei campioni prefabbricati.

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FIGURA 24: PARTICOLARE ARMATURA DI UN CAMPIONE OP.

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2.2: DISPOSITIVO DI PROVA

1) Campione;

2) Telaio di contrasto;

3) Attuatori oleodinamici portata 450kN a doppio effetto; 4) Telaio di collegamento per trasduttori di spostamento; 5) Celle di carico;

6) 2 Attuatori oleodinamici portata complessiva di 540kN; 7) 4+4 Barre Diwidag.

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I campioni sottoposti alle prove di carico sono vincolati ad un telaio di contrasto fissato sul piastrone del laboratorio, il telaio consente di applicare la forza di compressione al pilastro e dei carichi flettenti e taglianti alle estremità delle porzioni di trave. L’azione flettente e tagliante alle estremità delle due porzioni di trave viene esercitata da due attuatori oleodinamici a doppio effetto con portata di 450kN a controllo di spostamento. Gli assi dei martinetti distano 130 cm dall’asse del pilastro. L’azione di sforzo normale sul piedritto viene applicata da due attuatori a semplice effetto oleodinamici con portata complessiva di 500kN.

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Tutti i martinetti sono contrastati dal telaio di reazione in acciaio. Per evitare lo sbandamento laterale del pilastro la sua testa è stata vincolata al telaio di contrasto mediante 8 barre Diwidag, il vincolo è assimilabile ad un carrello ad asse orizzontale. Il piede del pilastro, a sua volta, è fissato da dei elementi a C in metallo imbullonati alla trave inferiore del telaio di contrasto ed è appoggiato su di uno strato di neoprene che ne permette la rotazione, il vincolo è assimilabile ad una cerniera. Per fissare la piastra di aggancio inferiore al campione sono stati previsti, in fase di getto, 4 fori posti all’estremità di entrambe le travi in cui sono state fatte passare delle barre filettate imbullonate su due piastre poste all’intradosso ed all’estradosso delle travi (figura 5).

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2.2.1 STRUMENTAZIONE DI MISURA

La strumentazione è costituita da celle dinamometriche atte a misurare forze applicate e reazioni, e da trasduttori di spostamento per la rilevazione delle deformazioni e degli spostamenti. Per misurare i carichi applicati dagli attuatori a doppio effetto posti all’estremità delle porzioni di trave si sono utilizzate due celle di carico di portata 500kN, mentre, per la registrazione degli spostamenti dei punti significativi dei campioni sono stati utilizzati 14 trasduttori di spostamento induttivi LVDT con corsa variabile da 40mm a 400mm collegati a due centraline di acquisizione dati. Le letture dei dati tramite le centraline sono state eseguite con una frequenza di 2 Hz che permette, con buona approssimazione un aggiornamento continuo dello stato del campione. Per poter misurare lo spostamento relativo trave/colonna si è provveduto ad un telaio in acciaio svincolato dalla trave e collegato al pilastro tale da seguire la rotazione di quest’ultimo, in questo modo il telaio segue il pilastro nella sua rotazione ed epura la lettura del trasduttore dall’abbassamento della trave dovuta alla rotazione del pilastro.

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FIGURA 29: DISPOSIZIONE TRASDUTTORI DI SPOSTAMENTO.

- Spostamento Assoluto: misura lo spostamento dell’estremo della trave rispetto al piastrone di base;

- Spostamento Relativo: l’induttivo, misura lo spostamento relativo tra trave e pilastro;

- Spostamento al nodo superiore ed inferiore: due induttivi posti sull’intradosso ed estradosso a distanza di 10 e 25 cm dal filo del pilastro; - Spostamento al piede ed alla testa del pilastro: misurano lo sbandamento

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Tutti i dati raccolti dalle centraline sono stati poi rielaborati per poterne ricavare grafici e tabelle per poter impostare i confronti e le conclusioni. Nell’appendice posta in fondo alla tesi sono contenuti, per tutti i campioni, i dati, grafici e tabelle più significativi.

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2.3 MODALITA’ DI PROVA

L’obbiettivo principale della campagna di sperimentazione è quello di valutare il comportamento dei collegamenti prefabbricati Toscana Soltravi, confrontandoli con campioni interamente gettati in opera, per valutarne l’effettivo comportamento assimilabile a quello di un elemento monolitico. Come visto in precedenza le Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 indicano le modalità con cui eseguire le prove:

“L’idoneità di giunzioni atte a realizzare il meccanismo plastico previsto per le strutture a telaio ed a soddisfare le richieste globali e locali di duttilità ciclica nella misura corrispondente alle CD “A” e “B” può essere desunta da normative di comprovata validità oppure da prove sperimentali in scala reale che includano almeno tre cicli completi di deformazione di ampiezza corrispondente al fattore di struttura q , effettuate su sotto-insiemi strutturali significativi 16.”

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La campagna prevede complessivamente la prova di 10 campioni in scala reale, al momento della stesura della tesi sono state eseguite sette prove. Al fine di riprodurre la situazione dei nodi di un telaio posti ai diversi piani di un fabbricato si è variato, nelle prove, il carico assiale sul esercitato sul pilastro dai martinetti per valutarne l’influenza sui risultati.

Riepilogo prove seguite Data della prova Campione Armatura delle travi Carico Assiale N Asse Pilastro Crisi

19/11/09 TST/3 Massima 200 kN Debole Trave 08/02/10 TST/4 Massima 100 kN Debole Trave

Per ogni campione, dopo l’applicazione dell’azione assiale N, si sono effettuate 2 prove di carico:

- Prova di carico monotona; - Prova ciclica.

Lo schema di carico utilizzato per le prove risulta più gravoso rispetto a quello cui è sottoposto comunemente un nodo di un telaio in cemento armato in quanto non si tiene conto dei carici distribuiti, permanenti e accidentali, a cui sono soggette le travi. In queste condizioni il taglio nelle travi il taglio rimane praticamente costante nel suo valore massimo in tutte le sezioni; mentre, l’alternarsi di forze di trazione e compressione agli estremi delle travi in assenza di carichi distribuiti (ad esclusione del peso proprio delle travi) porta ad una completa inversione del momento che, in condizioni reali, non avviene a meno di rari casi con eventi sismici particolarmente violenti.

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Le prove di carico monotone permettono di individuare lo spostamento dy di snervamento delle barre di armatura longitudinale delle travi.

FIGURA 32

Per le prove cicliche è stata imposta una storia di carico con spostamento imposto con incrementi di ampiezza di 20mm fino ad arrivare all’ampiezza data dallo spostamento di primo snervamento dy, valutata 20mm, moltiplicato per il fattore

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di struttura scelto pari a 4, si sono poi effettuati 3 cicli a questa ampiezza per poter valutare il decadimento in termini di massimo carico di ciclo ed energia dissipata.