Capitolo 4:
L’indagine sperimentale
4.1 Introduzione
Appurato il forte interesse da parte dell’industria della prefabbricazione verso la completa ed organica soluzione dei problemi della progettazione sismica riferita alle strutture prefabbricate, molti aspetti di questa progettazione sono stati studiati con ricerche su scala nazionale ed europea supportate dall’associazione nazionale di categoria o da singole aziende del settore, [11], [13], [19]. L’analisi dell’assieme strutturale, la valutazione delle sue risorse duttili e della conseguente capacità dissipativa sotto azione sismica, il corretto calcolo dei principali elementi strutturali (travi, pilastri, etc.) sono stati messi a punto con indagini sperimentali e teoriche, [12], [15].
L’attenzione è ora rivolta all’analisi del comportamento dei collegamenti posti a connessione degli elementi prefabbricati. I risultati dello studio di tale comportamento porterà ad una immediata ricaduta industriale e sull’orientamento adottato nella pratica progettuale degli uffici tecnici delle aziende del settore.
4.2 La ricerca
La ricerca, oggetto del presente lavoro, ha come scopo la caratterizzazione sperimentale e numerica del comportamento meccanico delle connessioni delle strutture prefabbricate in c.a., al fine di valutarne l’efficacia in campo dinamico e suggerire adeguati schemi di riferimento per la modellazione dei vincoli delle varie membrature costituenti l’organismo strutturale prefabbricato.
Nel presente studio sono considerate solo le connessioni appartenenti ai sistemi di travi, trascurando quelle di pannelli parete e di sistemi cellulari. Non di
meno, le travi principali coprono la grande maggioranza di strutture prefabbricate esistenti.
In particolare solo tipici sistemi nodali sono trattati, tra cui i giunti a secco realizzati con connettori di acciaio generalmente composti da angoli, piatti, barre con profilo a C, ancoraggi, ganci, tiranti, perni.
Sulla base delle complessive posizioni nelle costruzioni e dei differenti funzionamenti strutturali conseguenti, sono distinte le seguenti cinque classi di nodi: 1- nodi mutui tra elementi di piano (interpiano) che, nel comportamento sismico del
sistema strutturale, interessano l’azione diaframma del piano;
2- nodi tra elementi di piano e travi di supporto che costituiscono il vincolo perimetrale del diaframma piano nel suo comportamento sismico;
3- nodi tra travi e pilastri che assicurano un comportamento incernierato nel piano verticale nella direzione della trave e incastrato nella direzione ortogonale; 4- nodi tra segmenti di pilastri o tra pilastri e fondazioni, realizzati con barre di
ancoraggio aggettanti protetti in situ da riempimento con malta;
5- ancoraggi dei pannelli di rivestimento delle strutture che assicurano la stabilità dei pannelli, ma permettono anche il grande movimento atteso sotto azione sismica.
Al gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Strutturale dell’Università di Pisa, composto dal Professore Ing. Pietro Croce, Professoressa Ing. Maria Luisa Beconcini, Professore Ing. Riccardo Del Corso, Ing. Paolo Formichi, è affidato il compito specifico di indagare sperimentalmente e con simulazioni numeriche il comportamento dei connettori correntemente impiegati per il collegamento degli elementi di orizzontamento in c.a., siano essi tegoli TT o altri profili per copertura (ad esempio profili con sezione alare) con le travi di banchina in c.a.
Il lavoro, nel suddetto ambito della caratterizzazione del comportamento sismico dei connettori nelle strutture prefabbricate in c.a., è destinato all’identificazione dei parametri di comportamento di un particolare tipo di connessione adottato tra elementi di copertura e le travi di supporto.
Tra le principali finalità della ricerca vi sono:
- la caratterizzazione dei meccanismi di collasso dei dispositivi di connessione,
- la valutazione della efficienza delle connessioni in campo dinamico, in relazione alla richiesta di deformazione e di adattamento plastico delle connessioni stesse;
- la proposta di eventuali modifiche per l’aggiornamento degli schemi delle
connessioni al fine di renderle maggiormente adeguate all’impiego in zona sismica, nel senso di poterle rendere sufficientemente duttili da soddisfare i criteri del “Capacity Design”.
Questo ultimo punto con lo scopo di localizzare il danneggiamento conseguente all’evento sismico a livello dei connettori, i quali possono essere facilmente sostituiti proteggendo le membrature in c.a. o c.a.p. da essi collegate.
4.3 Nodi tra elementi di piano e travi di supporto
Le unioni tra elementi di copertura, e/o solaio, e travi portanti, realizzate con connettori tegolo-trave, rientrano, secondo quanto detto al paragrafo precedente, nella seconda classe di nodi e costituiscono i vincoli perimetrali all’orizzontamento di piano, nel suo comportamento a diaframma sotto azione sismica.
Verranno sperimentati i classici tipi di unioni meccaniche in commercio, realizzate da dispositivi metallici variamente ancorati tra le travi di banchina e le gambe del tegolo.
Figura 4.1 Solaio di interpiano: tegolo binervato TT e trave laterale ad L
L’obiettivo di questa ricerca sperimentale è la valutazione del comportamento sismico di elementi di collegamento a secco per strutture prefabbricate in cemento armato; in particolare di quello delle giunzioni tra travi di bordo e elementi di copertura a “pi greco” (tegolo binervato TT). I connettori sottoposti a prova sono stati scelti tra quelli attualmente in commercio.
Al fine di ottenere risultati significativi, per gli esperimenti di laboratorio ci si è attenuti a due regole fondamentali, quali:
- la fattibilità,
- la ripetibilità delle prove.
In questo intento tutte le prove sono state effettuate nelle medesime condizioni, ovvero utilizzando lo stesso dispositivo di prova, la solita struttura di contrasto, il solito attuatore idraulico e il solito sistema di trasduttori di spostamento, tenendo invariata la procedura di prova e ripetendo i test lo stesso numero di volte nelle diverse configurazioni del provino.
4.3.1 Proprietà qualificanti il comportamento delle connessioni
I principali parametri che caratterizzano il comportamento sismico della connessione assegnata sono individuati dalle sei proprietà:
- di rigidezza: massimo valore della forza che può essere trasferita tra le due
parti;
- di duttilità: deformazione plastica ultima comparata con il limite di snervamento;
- di dissipazione: energia specifica dissipata attraverso i cicli di carico;
- di deformazione: deformazione ultima, al limite la rottura;
- di decadimento: minore rigidezza attraverso il ciclo di carico comparato al livello
di forza;
- di danno: residua deformazione allo scarico comparata con il massimo
spostamento.
Posto che una connessione è composta da tre parti, due parti laterali che indichiamo con A e C corrispondenti alle regioni locali dell’elemento adiacente chiuso dalla connessione, una parte centrale individuata da B costituita dalla connessione stessa con le sue componenti di acciaio (Figura 4.2), lo schema risulta:
Figura 4.2 Schema di connessione
In generale le parti A e C hanno un comportamento non duttile, non dissipativo, caratterizzato da rottura fragile, dovuto alla rottura a trazione del calcestruzzo.
Un comportamento dissipativo duttile della connessione può essere atteso dalla connessione di acciaio B, se di forma corretta e per un suo modello a rottura che involve flessionalmente oppure per un suo modello trazione-compressione; non certamente per un modello di rottura a taglio.
Per una connessione duttile, in aggiunta ad un duttile connettore, il suo sotto dimensionamento verso le parti laterali è necessario, nel rispetto del criterio di “Capacity Design”.
4.4 Impostazioni della campagna sperimentale
Parlando in generale secondo gli obiettivi della ricerca, i livelli di prova schedati sono quattro e sono classificati per obiettivi diversi. Di questi, nella sperimentazione condotta, soltanto i primi due sono stati investigati. Nel presente studio i test sui sottoassemblaggi e sugli assemblaggi non sono affrontati. I livelli di indagine messi a punto sono di seguito specificati:
- test preliminari,
Il primo livello è stato definito per qualificare le singole connessioni inserite tra due sovradimensionati blocchi in acciaio e assoggettati alle principali azioni attese sul sistema strutturale reale.
Il secondo per qualificare le singole connessioni inserite tra due significanti porzioni di elementi strutturali, rappresentativi della disposizione strutturale reale, e assoggettati ad una rilevante componente dell’azione sismica.
Per ciascun livello le prove sono state condotte con carico applicato longitudinalmente (sigla L) rispetto al perno di collegamento del connettore e con carico agente assialmente (sigla T).
Figura 4.3 Definizione di prova “longitudinale (L)” e “trasversale (T)”
Il primo livello, indicato nel seguito come prima fase della ricerca sperimentale, è volto a valutare la capacità resistente dei connettori.
Per fare questo sono stati utilizzati provini in acciaio massiccio collegati tra loro dagli elementi di connessione. Fondamentale per l’esito di questa prova preliminare è stato evitare la crisi dei provini sovradimensionati in acciaio e testare invece le qualità di resistenza degli angolari. Le dimensioni dei dispositivi in acciaio, atti a simulare gli elementi prefabbricati da connettere, sono state tali da escludere che durante le prove potesse verificarsi la crisi, globale e/o locale, di tali elementi.
In questa fase si sono potuti dunque determinare il carico ultimo dei soli connettori e il loro meccanismo di rottura.
Il secondo livello, seconda fase della ricerca sperimentale, intende valutare la capacità resistente del sistema di ancoraggio, formato da provini in calcestruzzo
armato di dimensioni rappresentative di una porzione di trave collegata all’elemento di copertura a “pi greco” dal connettore mediante schema analogo a quello adottato nella fase precedente. La prova è stata studiata per ricreare le condizioni reali della zona di ancoraggio, nel modo più attinente possibile, tra cui riprodurre le armature tipiche delle zone di appoggio dei provini, dotando gli elementi di barre di armatura tipiche delle zone di appoggio. Inoltre in alcune prove è stato simulato l'effetto del peso proprio del tegolo sul comportamento della giunzione, applicando una forza di compressione costante agente ortogonalmente al piano di contatto tegolo-trave.
In questa fase si sono potuti determinare con buona approssimazione il carico e il meccanismo di rottura della struttura in prossimità degli appoggi.
4.4.1 Il dispositivo di connessione
Le indagini sperimentali sono state condotte su di un particolare dispositivo di connessione tra quelli disponibili in commercio.
Il dispositivo di collegamento, illustrato nella Figura 4.4, è composto da:
- una piastra angolare in acciaio delle dimensioni 185x60x100x8 mm, irrigidita
con due piastre laterali saldate dello spessore di 8 mm;
- un sistema di fissaggio alla trave di banchina costituito da un bullone M16
con testa a martello (tipo HZS) per l’inserimento in profilo canale (tipo HZA) di lunghezza di 250 mm, completo di inserti che ne consentono la solidarizzazione al getto di calcestruzzo;
- un sistema di fissaggio costituito da una barra filettata M16 in acciaio cl. 4.6,
Figura 4.4 Dispositivo di collegamento
Agendo sui dettagli tipici del collegamento, il dispositivo di connessione è stato di volta in volta modificato per tener conto degli esiti delle prove precedenti, con l'intento di migliorare e ottimizzare il comportamento, pur senza stravolgerne la configurazione iniziale.
Le cinque diverse tipologie di collegamento eseguite nella prima fase della sperimentazione sono classificate secondo la notazione seguente, collegamento:
- Tipo A: il dispositivo di connessione è stato montato secondo la
configurazione originaria, di cui sopra;
- Tipo B-I: le barre filettate M16 “di serie” sono state sostituite con
bulloni M16-8.8, serrati con la stessa coppia di serraggio delle barre filettate, circa 118 Nm (pari alla coppia che un operaio medio è in grado di assicurare serrando il dado con una chiave normale);
- Tipo B-II: l’utilizzo di bulloni M16-8.8 è stato mantenuto, ma i
bulloni sono stati bloccati con dado e controdado;
- Tipo C-I: negli angolari, sono state rinforzate le saldature tra le
- Tipo C-II: il serraggio dei bulloni è stato controllato, adottando la
coppia di serraggio prevista per bulloni M16 di classe 8.8 (250 Nm).
Per ciascuna tipologia di collegamento sono state condotte prove monotone ed cicliche.
Nelle prove della seconda fase sono stati testati dispositivi di connessione indicati secondo la notazione seguente, collegamento:
- Tipo 1: il dispositivo di collegamento è stato modificato
rinforzando le saldature dell’angolare e sono state impiegate barre filettate M16;
- Tipo 2: il dispositivo di collegamento è stato modificato
rinforzando le saldature dell’angolare e le barre filettate M16 sono state sostituite con bulloni M16-10.9 bloccati con dado e controdado;
- Tipo 3: come il Tipo 1 e con precompressione laterale dei
blocchi;
- Tipo 4: come il Tipo 2 e con precompressione laterale dei
blocchi.
La presollecitazione trasversale dei blocchi intende simulare la reazione vincolare presente nella realtà fra tegolo e trave di banchina, dovuta al peso proprio del tegolo e della copertura (nella condizione sismica il contributo dell’azione della neve, che qui si assume quale unico carico variabile in copertura, è nullo). La forza di compressione trasversalmente, di valore pari a 50 kN, è stata applicata al giunto in maniera costante per tutta la durata della prova.
4.4.2 Apparato di prova
Il prototipo di prova, costituito da elementi in acciaio per la prima fase, e in c.a per la seconda, collegati dal dispositivo di connessione, è stato allestito e fissato al piastrone della sala prove del laboratorio.
Il carico è applicato all'elemento centrale tramite un attuatore Magnaghi della portata di 400 kN, corsa 200 mm, fissato al telaio di contrasto e comandato da una centrale di controllo AIP, in grado di gestire la prova a deformazione controllata, in base alle registrazioni del trasduttore di spostamento installato a bordo dell’attuatore.
Le Figure 4.6 e 4.7 illustrano l'apparato di prova.
Figura 4.7 Dispositivo di prova per carico applicato in direzione “trasversale” I dati misurati e registrati durante le prove sono stati:
- il carico applicato al campione mediante una cella di carico HBM con portata
500 kN, disposta in serie fra campione ed attuatore. Poiché essa lavora solo a compressione, una piastra collegata all’attuatore idraulico è servita ad agganciare da sopra il pezzo centrale per consentire il “ritorno” dello stesso.
- lo spostamento relativo in direzione del carico fra l'elemento centrale e gli
elementi laterali tramite quattro trasduttori di spostamento LVDT tipo HBM WA 100, con campo di misura pari a 100 mm.
4.5 Conduzione delle prove
In entrambe le fasi, le prove sono state effettuate secondo due diversi schemi di carico, in modo da simulare i possibili stati di sollecitazione in fase sismica propri delle strutture reali:
- prove "longitudinali", in cui le azioni di prova simulano le azioni
nelle strutture reali spiranti nella direzione del tegolo di copertura;
- prove "trasversali", in cui le azioni di prova simulano le azioni
nelle strutture reali spiranti nella direzione della trave di banchina. Sia nei test preliminari che in quelli locali sono state imposte storie di spostamento in modo da sottoporre il provino a carichi monotoni e ciclici specificatamente definiti per i nodi sopra considerati.
Le prove monotone sono state condotte incrementando lo spostamento della testa dell'attuatore fino ad un massimo di 80 mm in 120 sec, per poi scaricare con la stessa velocità di spostamento.
SPOSTAMENTI IMPOSTI 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 60 120 180 240 300 tempo [sec] s p o s ta m e n to [ m m ]
Figura 4.8 Storia di carico della prova monotona
Le prove monotone trasversali sono state condotte, alcune imponendo spostamenti tali da ingenerare un carico nel verso indicato come "trazione", altre nel verso opposto, indicato con "compressione".
Le prove oligocicliche sono state effettuate eseguendo gruppi di tre cicli a spostamento massimo costante: nel primo gruppo di cicli lo spostamento massimo era pari a ±10 mm, nei successivi gruppi, veniva incrementato di 10 mm ogni
gruppo. Nel corso delle prove, la velocità di incremento dello spostamento è stata mantenuta costante e pari a 1 mm/s.
SPOSTAMENTI IMPOSTI - PROVA CICLICA 1
-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800 1980 2160 2340 2520 2700 2880 3060 3240 3420 3600 tempo [sec] s p o s ta m e n to [ m m ]
4.5.1 Comportamento monotono
In generale dalla prova push-over possono essere dedotti i diagrammi carico-spostamento come quelli di Figura 4.10(a), (b), (c). Questi diagrammi qualificano il comportamento dei connettori o delle connessioni sulla base delle successive definizioni.
Figura 4.10 Diagrammi – (a) duttile, (b) fragile, (c) sovra-resistente
La Figura 4.10(a) rappresenta un comportamento duttile caratterizzato da una rilevante deformazione plastica dopo la fase elastica.
In particolare
- la curva “i” rappresenta un comportamento duttile hardening,
- la curva “s” un comportamento duttile stabile,
- la curva “d” un comportamento duttile softening.
I punti significativi del diagramma sono:
- il limite di snervamento dy-fy
- -il limite ultimo du-fu.
Si può aggiungere il limite di funzionalità da-fa corrispondente alla deformazione
ammessa pur garantendo la funzionalità del nodo.
La Figura 4.10(b) rappresenta un comportamento fragile con deformazione plastica e con rottura prima del limite di funzionalità. Il punto di riferimento corrisponde al limite ultimo.
La Figura 4.10(c) rappresenta un comportamento sovraresistente con il limite sperimentale dopo il limite di funzionalità, ma prima dello snervamento o del limite ultimo. I punti di riferimento sono:
- il limite di funzionalità da-fa
La duttilità dedotta dal comportamento sperimentale è data principalmente dalla risorsa plastica della connessione di acciaio con prevalente deformazione flessionale. Tuttavia effetti non lineari possono originare anche da altri fenomeni, come l’attrito, il danneggiamento del materiale e il cambio di geometria dovuto alla grande deformazione della connessione.
I test push-over oltre alla prima quantificazione dei parametri costitutivi per qualificare i connettori, sono stati usati come prova preliminare per stabilire gli step di carico delle successive prove cicliche.
Le prove monotone hanno consentito di valutare lo spostamento corrispondente al limite di comportamento elastico.
4.5.2 Comportamento ciclico
La risposta sperimentale ciclica è ottenuta dall’applicazione della storia di spostamento descritta in Figura 4.9, dove gruppi di tre cicli della stessa ampiezza
formano gli step con successivi incrementi di spostamento Dd fino allo spostamento
ultimo o ai limiti fissati per la prova.
L’ampiezza d1 del primo iniziale gruppo è fissata come ¼ del minore tra dy, da,
dt e du. L’incremento di ampiezza Dd dei successivi gruppi del ciclo è ottenuto con
uguale d1. In questa definizione i valori sono quelli ottenuti dalla prova push-over su
un prototipo simile. Il processo di incremento di carico può essere condotto fino a rottura.
Il diagramma tipo forza-spostamento ottenuto dalle prove cicliche è mostrato in Figura 4.11. FORCE-DISPLACEMENT CYCLES -90 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 90 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 displacement [mm] F o rc e [ k N ]
Figura 4.11 Curve carico-spostamento
Esso qualifica il comportamento dei connettori o delle connessioni sulla base delle successive definizioni.
Per comportamento non perfettamente elastico, dal diagramma
carico-spostamento (F-d) è ricavato l’istogramma della energia dissipata Ui, calcolata
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 n° mezzi cicli e n e rg ia [ k N m m ]
Figura 4.12 Istogramma dell’energia dissipata
Lo stesso istogramma può essere convertito in forma adimensionale dividendo ogni area per la corrispondente area del ½ ciclo elasto-plastico perfetto in cui un più significativo valore della capacità dissipativa può essere ottenuto
rapportando i valori sperimentali U a quelli teorici U0 associati ad un ciclo elastico
perfettamente plastico.
ui = Ui/U0i dove:
U0i = dpi fimax con dpi = di – dei
dei è calcolata sulla base dell’inclinazione k1 = f1/d1 del ramo iniziale del diagramma
F-d:
4.6 Protocollo di prova
4.6.1 Prove preliminari
I test preliminari sono stati messi a punto in modo da portare i provini a rottura attraverso una legge di spostamento impressa dall’attuatore idraulico a doppio effetto al provino e registrando, al contempo, il livello di carico raggiunto relativamente al proprio meccanismo di rottura.
Le tipologie di prova a rottura previste sono state due:
- una longitudinale,
- l’altra assiale.
Nella prova longitudinale il carico è diretto secondo la direzione principale dell’elemento di copertura a “pi greco”, quindi perpendicolarmente alla barra di collegamento tra trave e gamba del tegolo. Il carico spinge in direzione perpendicolare al perno passante la gamba del “pi greco” e parallelo all’elemento di ancoraggio nella trave di appoggio (HZA);
Figura 4.15 Vista in prospetto e vista laterale del prototipo in acciaio
Nella prova assiale il carico è diretto secondo la direzione principale della trave di appoggio dell’elemento di copertura a “pi greco”, quindi parallelamente alla barra di collegamento tra trave e gamba del tegolo. Il carico spinge in direzione perpendicolare all’elemento di ancoraggio (HZA) nella trave di banchina e parallelo al perno passante la gamba del “pi greco”.
Figura 4.17 Vista in prospetto La campagna di prove condotta consta di:
- n° 5 prove monotone longitudinali,
- n° 5 prove cicliche longitudinali,
- n° 3 prove monotone trasversali,
- n° 2 prove cicliche trasversali.
Sui dati acquisiti si è quindi indagato per conoscere i meccanismi di rottura, le resistenze e la duttilità delle connessioni nell’intento della ricerca.
4.6.2 Prove sulle connessioni
I test locali, ripercorrendo il protocollo di prova messo a punto nella fase preliminare, consistono in prove longitudinali e assiali con le quali si sono portati a rottura i provini. Le prove sono condotte in controllo di spostamento imponendo al provino la legge di spostamento fissata mediante l’attuatore idraulico a doppio effetto.
A seguito delle prove sono stati individuati per ciascun provino il livello di carico ultimo a rottura e il relativo meccanismo di collasso.
Nelle prove longitudinali e nelle prove assiali riprodotte nella seconda fase, è stata mantenuta la corrispondenza tra la direzione del carico e la disposizione del sistema di connessione, così come individuata rispettivamente dalla definizione di cui al paragrafo 4.7.
Figura 4.18 Prototipo in c.a. per le prove “longitudinali” sulle connessioni
Figura 4.20 Vista in prospetto del prototipo in c.a. per la prova trasversale
La campagna di prove condotta consta di:
- n° 4 prove monotone longitudinali,
- n° 9 prove cicliche longitudinali,
- n° 3 prove monotone trasversali,
- n° 6 prove cicliche trasversali.
Sui dati acquisiti si è quindi indagato per conoscere i meccanismi di rottura, le resistenze e la duttilità delle connessioni nell’intento della ricerca.
4.7 I campioni
4.7.1 I campioni della fase preliminare 4.7.1.1 Prova longitudinale
Il campione di prova è composto da tre parti connesse tra loro dai connettori. Due elementi laterali in acciaio vincolati al piastrone della sala prove simulano la trave di bordo (elementi Ba, Figura 4.21) sulla quale si appoggiano gli elementi di copertura e un elemento centrale metallico (Aa, Figura 4.21) simula la gamba del tegolo a “pi greco” ed a cui è applicato il carico di prova. I dispositivi metallici Ba
sono collegati all’elemento Aa tramite due connettori angolari del tipo in prova. I due elementi in acciaio Ba hanno dimensioni 250x250x500 mm; sono ancorati alle strutture di contrasto del piastrone della sala prove mediante angolari e barre filettate, sì da realizzare un vincolo tipo incastro; sugli elementi Ba è fissato il profilo canale HZA del connettore, che nelle strutture reali è ammarrato nel calcestruzzo; per riprodurre l’effetto del confinamento esercitato dal calcestruzzo, attorno al profilo HZA è stata saldata una piastra di uguale spessore (in realtà l’effetto di confinamento offerto è maggiore di quello offerto dal calcestruzzo, ma la circostanza non riduce la significatività delle prove della prima fase finalizzate all’esame del comportamento dei soli connettori).
L'elemento centrale in acciaio Aa ha dimensioni 280x560x518 mm, ed è collegato superiormente all’attuatore idraulico che applica le forze di prova ed inferiormente ai due elementi Ba, mediante una coppia di dispositivi di collegamento, disposti simmetricamente. I due dispositivi sono fissati all'elemento Aa con barre filettate e dadi, a ciascun elemento Ba mediante un bullone M16 con testa a martello (tipo HZS) inserito nel profilo canale saldato all'elemento.
Figura 4.21 Elementi in acciaio utilizzati nelle prove preliminari
Per ottenere simmetria del provino rispetto al punto di applicazione del carico è stata prevista la configurazione di simmetria polare in cui il polo di simmetria è il punto di applicazione del carico.
I due pezzi laterali in acciaio, indicati con Ba nella Figura 4.22, simulano la porzione della trave di bordo e sono ancorati a terra tramite angolari saldati agli
collegamento HZA del connettore, generalmente ammarato nel calcestruzzo, quindi per ricreare l’effetto del confinamento del cemento è stata saldata una piastra di spessore uguale al collegamento sulla faccia del blocco dove è posto l’HZA.
Figura 4.22 Vista in pianta della disposizione del prototipo in acciaio
rispetto al piastrone della sala prove
Il pezzo centrale, indicato con Aa nella Figura 4.14, simula la “gamba” dell’elemento di copertura a “pi greco” ed è ancorato tramite i connettori ai due pezzi Ba. Nell’elemento Aa sono alloggiate due barre filettate M16 serrate con dadi ciascuna su una faccia dell’elemento. I fori, già presenti sul pezzo in acciaio, poiché di spessore 40mm sono stati adattati mediante quattro boccole di diametro esterno 40 mm e interno 25 mm che hanno permesso un posizionamento preciso e rapido delle barre.
I campioni hanno configurazione assial-simmetrica, cosicché, se durante la prova si verifica solo traslazione relativa fra i blocchi metallici nella direzione desiderata, i connettori assorbono quote uguali del carico.
4.7.1.2 Prova trasversale
La seconda serie di prove, preliminari trasversali, è stata condotta su campioni disposti in modo tale da simulare il comportamento della connessione sollecitata da azioni trasversali, cioè da azioni sismiche dirette ortogonalmente all’asse del tegolo.
Il carico agisce in direzione perpendicolare all’elemento di ancoraggio nella trave di appoggio (profilo canale HZA) e parallelamente al perno passante l’anima del tegolo “pi greco” (Figura 4.23).
Figura 4.23 Vista in prospetto e vista in pianta del prototipo in acciaio
Per effettuare questa seconda tipologia di prove sono stati utilizzati gli stessi dispositivi in acciaio delle prove precedenti; è solo cambiata la disposizione dei dispositivi e degli apparecchi di connessione (Figura 4.24).
Figura 4.24 Vista in pianta della disposizione del prototipo in acciaio
rispetto al piastrone della sala prove
Tuttavia per effettuare queste due tipologie di prova non sarà necessario l’utilizzo di due provini distinti in quanto gli stessi elementi in acciaio riescono a simulare sia la gamba del “pi greco”, sia la porzione di trave all’appoggio.
Per tanto per realizzare lo schema della prova longitudinale e quello della prova assiale sono necessari solo piccoli accorgimenti nella disposizione dei pezzi che simulano la porzione di trave d’appoggio. In tutte le prove eseguite sono stati riutilizzati i soliti tre elementi in acciaio.
4.7.2 I campioni per le prove sulle connessioni
Nella seconda fase, per effettuare le due tipologie di prova, è stato necessario l’utilizzo di provini distinti. Pertanto prima di poter attuare le prove è stato necessario studiare la realizzazione dello schema di prova longitudinale e assiale, prevedendo dimensioni, armatura e posizione opportuna per l’alloggiamento dei profili canale propri del connettore da annegare nel getto.
I blocchi sono stati forniti dalle ditte di prefabbricazione RDB - Montepulciano e MABO prefabbricati di Bibbiena (Arezzo), che rispettivamente hanno curato la realizzazione dei blocchi atti a simulare il gambo del tegolo TT e di quelli rappresentativi la porzione di trave di bordo.
Figura 4.25 Gabbia metallica del blocco (A) in c.a. - porzione di tegolo
Figura 4.26 Gabbia metallica blocco (B) in c.a. - porzione di trave di bordo
Inoltre è stato necessario lo studio della connessione dei blocchi al dispositivo di prova mediante piastre per l’ancoraggio al martinetto e dell’opportuno ancoraggio alla piastra di base; nonché la disposizione più adeguata dei trasduttori di spostamento per l’acquisizione dei dati.
4.7.2.1 Prova longitudinale
Nelle Figure 4.18 e 4.19 è illustrata la configurazione dei campioni per le prove longitudinali.
I campioni sono costituiti da due elementi in c.a., ciascuno costituito da un blocco denominato “tipo B”, delle dimensioni di 265x396x300 mm, e dal sottostante blocco denominato “tipo C”, entrambi ancorati alla struttura di contrasto costituita dal piastrone della sala prove mediante barre filettate; tali elementi simulano le porzioni delle travi di banchina interessate dal collegamento.
L'elemento centrale in c.a., blocco denominato “tipo A”, delle dimensioni di 354x150x300 mm, simula una porzione della “gamba” del tegolo; è unito ai blocchi laterali mediante una coppia di dispositivi di collegamento disposti simmetricamente ed è collegato superiormente all’attuatore idraulico.
Gli angolari che compongono il dispositivo di connessione sono fissati ai profili canale HZA, ammarrati nei blocchi tipo B con direzione parallela a quella del carico, e al blocco tipo A con barre passanti, disposte in direzione ortogonale al carico (Figura 4.27).
Figura 4.27 Prototipo in c.a. per la prova longitudinale
Lo schema di prova adottato ha configurazione assial-simmetrica, cosicché, durante la prova e nella direzione investigata, si verifica solo traslazione relativa fra i blocchi da testare ed i connettori assorbono quote uguali del carico.
4.7.2.2 Prova trasversale
La seconda serie di prove è stata condotta su campioni disposti in modo tale da simulare il comportamento della connessione sollecitata da azioni trasversali, cioè da azioni sismiche dirette ortogonalmente all’asse del tegolo (Figura 4.20).
Per questa tipologia di prove, sono stati utilizzati blocchi di calcestruzzo delle stesse dimensioni di quelli delle prove longitudinali, con profilo canale HZA ammarrato nel calcestruzzo dei blocchi tipo B, in modo che il carico sia applicato in direzione perpendicolare a quella del profilo canale stesso e parallelamente ai perni di collegamento con il blocco tipo A.
