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Corso tecnico - Sismica
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I SOLAI NEL RINFORZO DI EDIFICI ESISTENTI APPROCCIO SISMICO E STATICO INTEGRATI
Il rinforzo di solai con la tecnica della soletta collaborante: la progettazione statica.
Belluno18 Maggio 2015
Relatore: ing. Enrico Nespolo
INDICE
1 Pro e contro della tecnica della soletta collaborante
2 I solai esistenti:rilievo, diagnostica, classificazione (cenni)
3 Il calcolo dei solai misti: 3.1 Principi3.2 Legno e calcestruzzo3.3 Acciaio e calcestruzzo (cenni)3.4 Calcestruzzo e calcestruzzo (cenni)
4 I dettagli esecutivi2
LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTEI vantaggi
3
Miglioramento antisismico
Creazione piano rigido + collegamenti perimetrali = > comportamento scatolare
LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTEI vantaggi
Miglioramento statico Caso di restauro:• Maggiori carichi possibili• Minore deformata ottenuta
4
Caso di nuove strutture: • Utilizzo di sezioni minori• Minori spessori di solaio
5
Vantaggi applicativi:- connessione puntiforme ben si adatta ad irregolarità travi esistenti;- calcestruzzo messo in opera fluido:
ben si adatta ad travi deformate o inclinate;- calcestruzzo messo in opera fluido: più facile da posizionare rispetto ad un elemento rigido;
Risparmi:- Non serve fare il cordolo - E’ facile realizzare i collegamenti perimetrali-Calcolo semplice
LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTEI vantaggi
6
Efficacia per azioni verticali :Solaio solo legno EJ = 0,9 x 1012 Nmm2
Solaio legno + doppio tavolato EJ = 1,3 x 1012 Nmm2
Solaio legno + doppio tavolato (45°) EJ = 0,9 x 1012 Nmm2
Solaio legno + triplo tavolato (45°x2) EJ = 0,9 x 1012 Nmm2
Solaio legno + soletta collaborante EJ = 3,0 x 1012 Nmm2
Travi 12x20 in legno C24
LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTEI vantaggi
7
CostiInstallazione connettori / puntelli / armatura / gettoLimiti- Fare attenzione ai carichi globali- Classificazione dell’intervento (int. locale – miglioramento)- Sistemi artigianali di calcolo, di funzionamento (carenza normativa)
LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTE
Carichi rimuovibili:
- piastrelle ceramiche e colla: 2.5 cm ≈ 50 kg/m2
- cretonato sabbia cemento: 2200 kg/mc x 7.5 cm
≈ 165 kg/m2
Totale ≈ 215 kg/m2
I SOLAI ESISTENTI:
RILIEVODIAGNOSTICA (CENNI)
CLASSIFICAZIONE (CENNI)
8
DEGRADO DEL LEGNO• Funghi della carie – le spore germinano se il legno supera il 20% di umidità interna. Forte degrado della resistenza anche non visibile.
• Insetti xilofagi: per quercia, castagno, larice solo la zona esterna (alburno) è soggetta ad attacco. Per abete pioppo tutte. Dopo 80 – 100 anni, legno non più gradito.
• Inflessione dovuta a carico eccessivo.
9
1
DEGRADO DEL LEGNO
10
CLASSIFICAZIONE LEGNO
• Non dipende dal materiale di base, ma dalla presenza di difetti.
•UNI 11035-2-2010
11
2
DEGRADO DELL’ACCIAIO
• Ossidazione.
12
CLASSIFICAZIONE ACCIAIO• Prova di laboratorio
13
IL CALCOLO DI TRAVI MISTE SOGGETTE AD AZIONI DI TIPO
STATICO
14
Due elementi strutturali uniti che si comportano come unico elemento.
Un solaio misto è composto da:1) travi (legno, acciaio o calcestruzzo)2) soletta in calcestruzzo 3) connettori.
La soletta è un elemento comunemente presente dato che permette la distribuzione dei carichi e crea un piano rigido.
COS’È UN SOLAIO MISTO
15
SENZA CONNESSIONE: il solaio è fatto di 2 strati, uno dei quali molto sottile
CON CONNESSIONE: lo strato aggiunto non scorre, comportamento unitario
FUNZIONAMENTO DI UN SOLAIO MISTO
16
ASSENZA DI CONNETTORISCORRIMENTI PERMESSI
PRESENZA DI CONNETTORISCORRIMENTI IMPEDITI
Azioni interne nel solaio misto- compressione nella soletta,- trazione nella trave,- resistenza allo scorrimento orizzontale tra le due forze.
Ne conseguono una maggiore capacità portante e una maggiore rigidezza.
Calcolo travi miste legno e calcestruzzo
18E’ disponibile un documento Tecnaria con esempi di calcolo numerici dettagliati.
INQUADRAMENTO NORMATIVONTC2008 EN 1995-1-1
EN 1994-1-1EN 1992-1-1
DM 14/01/2008 §4.4.10 : “Le verifiche dell’elemento composto dovranno tener conto degli scorrimenti nelle unioni. A tale scopo è ammesso adottare per le unioni un legame lineare tra sforzo e scorrimento. Nel caso di utilizzo del legno accoppiato anche a materiali diversi tramite connessioni o incollaggi, la verifica complessiva dell’elemento composto dovrà tenere conto dell’effettivo comportamento dell’unione, definito con riferimento a normativa tecnica di comprovata validità ed eventualmente per via sperimentale.”
In conformità a queste indicazioni Tecnaria ha ricavato per via sperimentale le resistenze e le rigidezze dei propri connettori in funzione del tipo di posa (su trave o su tavolato) e del tipo di legno da utilizzare nel calcolo dei solai misti.
19
3
LA TEORIA DI MÖHLER
20
Il calcolo dei solai misti legno-calcestruzzo si basa sulla teoria di Möhler nella versione proposta nell'Eurocode 5 “ Design of timber structures” (EN 1995-1-1:2009) Annex B: Mechanically jointed beams.
Le ipotesi di base sono: - travi semplicemente appoggiate con luce l.- le singole parti sono monolitiche- le singole parti sono collegate tramite mezzi di unione meccanici aventi modulo di scorrimento k- la spaziatura tra i mezzi di unione è costante oppure varia uniformemente secondo la forza di taglio tra smin e smax con smax smin- il carico agisce in direzione z.
Le altre ipotesi di base sono:-sezione di calcestruzzo interamente reagente; qualora sia soggetta a tensioni di trazione è necessario disporre un'armatura in grado di assorbire interamente tali sforzi -elasticità lineare;-carico ripartito uniformemente sulla luce-unica fase di calcolo (struttura puntellata in fase transitoria).
di
Q i=Kdi
di
LA TEORIA DI MÖHLER
22
= 0
=1
0 < <1
LA TEORIA DI MÖHLER
Appendice B - UNI EN1995-1-1:2005
23
2
1
111
21
11/1lK
sAE
2222
211112211,)( aAEaAEIEIEEI yef
3bisLA TEORIA DI MÖHLER
VERIFICHE SLU
24
Le tensioni normali risultano:
Le massime tensioni di taglio sono:
Lo sforzo massimo sul connettore più sollecitato:
ove si= è la spaziatura dei mezzi di unione.
VERIFICHE A TINF
25
Verifiche a tempo infinito
I valori di calcolo si ottengono dalla media delle caratteristiche elastiche intere e ridotte pesata in funzione della durata del carico.
El ,inf = El x = 11.000x0,72 = 7923 N/mm2
Kcon,u,inf = Kcon,ux 0,72 = 7410 x 0,72= 5337 N/mm
Ec,inf = Ec x =30.500 x0,44 =13.437 N/mm2
Il calcolo a tempo infinito va fatto quindi utilizzando queste caratteristiche elastiche.
4
VERIFICHE DI DEFORMABILITÀ
26
Freccia a tempo infinito da EC5 § 2.2.3 e CNR DT 206 del 2007.
Deformabilità a tempo infinito – combinazione “quasi permanente” NTC2008 §2.5.3
5
27
Limiti alla deformata :Il DM 14/01/2008 non riporta limiti alle deformazioni verticali specifici per le strutture in legno (Cap 4.4.7). Ci si riferisce quindi ai limiti riportati nell’Eurocodice 5
Rapporto ammissibile luce/freccia: a tempo zero (deformazioni istantanee) da 300 a 500 a tempo infinito da 250 a 350.
Limiti bozza nuova norma tecnica:Nei casi in cui sia opportuno limitare la freccia iniziale dovuta ai soli carichi variabili nella combinazione di carico rara, si raccomanda che essa sia inferiore a L/300.
Nei casi in cui sia opportuno limitare la freccia finale si raccomanda che essa sia inferiore a L/200.
VERIFICHE DI DEFORMABILITÀ
VERIFICHE RESISTENZA A TAGLIO
28
NTC2008 § 4.4.8.1.8
NTC2008 § 11.7.2
NTC2008 § 11.7.4.2
UNI EN 338:2004 C24 fv,k = 2,5UNI EN 1194:2000 GL24h fv,k = 2,7
6
29
EN 1995-1-1 : 2009§6.1.7
UNI EN 338:2009 C24 fv,k = 4,0UNI EN 1194:2000 GL24h fv,k = 2,7
.
VERIFICHE RESISTENZA A TAGLIO
Connettori Turrini – Piazza.
Recuperare n. 5, 6 e 7 198330
LE CARATTERISTICHE DEI CONNETTORI7
Barre B450C
10 – 12 – 14
Foro + 2 mm
Pulizia foro
Resina epossidica bicomponente
Tixotropica, con inerti inorganici, privi di solventi, diluenti o
plastificanti.
Infissione > 10 - 15
Ancoraggio ≈ 10 -12
Connettori Turrini – Piazza (Recuperare 1983)31
LE CARATTERISTICHE DEI CONNETTORI
-A taglio
-A flessione e taglio
- A taglio con tavolato carotato
- Assiale
Maggiore attrito grazie all’efficacia dei ramponi combinata con le viti.
I connettori sono smontabili.32
LE CARATTERISTICHE DEI CONNETTORI
Completa testazione dei connettori
Un elemento ad alto contenuto tecnico
33
I CONNETTORI
PROVE SVOLTE PRESSO IL CNR Istituto per la ricerca sul legno Firenze
Programma delle prove a taglio80 provini
APPARECCHIATURA E STRUMENTAZIONE
PROCEDURA DI PROVA(UNI EN 26891)
35
PROVE SVOLTE PRESSO IL CNR Istituto per la ricerca sul legno Firenze
36
PROVE SVOLTE PRESSO IL CNR Istituto per la ricerca sul legno Firenze
0 5 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
Scorrimento (slip) [ mm ]
Forz
a [ k
N ]
CONNETTORE BASE SU ABETE (c lasse C24)
0 5 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
Scorrimento (s lip) [ mm ]
Forz
a [ k
N ]
CONNETTORE MAXI SU ABETE (classe C24)
0 5 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
Scorrimento (s lip) [ mm ]
Forz
a [ k
N ]
CONNETTORE BASE SU QUERCIA (c lasse D50)
0 5 10 15 20 25 300
10
20
30
40
50
60
70
80
Scorrimento (slip) [ mm ]
Forz
a [ k
N ]
CONNETTORE MAXI SU QUERCIA (classe D50)
ABETE
QUERCIA
BASE MAXI
Tav. assente
Tav. 2 cm
Tav. 4 cm
37
PROVE SVOLTE PRESSO IL CNR Istituto per la ricerca sul legno Firenze
I DETTAGLI ESECUTIVI
38
La distribuzione dei connettori
I DETTAGLI ESECUTIVI
39
8
La puntellazione
40
9
I DETTAGLI ESECUTIVI
La rete elettrosaldata
41
10
I DETTAGLI ESECUTIVI
L’armatura complementare
42
11I DETTAGLI ESECUTIVI
43
1° Requisito:
FUNZIONAMENTO A DIAFRAMMA - Rigidezza di piano
I DETTAGLI ESECUTIVI12
44
1° Requisito:
FUNZIONAMENTO A DIAFRAMMA - Aperture di piano12bis
I DETTAGLI ESECUTIVI
45
2° Requisito:
COLLEGAMENTO AI MURI - Continuità strutturale13
I DETTAGLI ESECUTIVI
46
2° Requisito:
COLLEGAMENTO AI MURI - Continuità strutturale
I DETTAGLI ESECUTIVI
Calcolo travi miste acciaio e calcestruzzo
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IPOTESI DI CALCOLO
48
I connettori hanno rigidezza elevata => è valida l’ipotesi del mantenimento delle sezioni piane.
Restauro di strutture esistenti.- Metodo elastico di calcolo della resistenza. (NTC2008 4.3.4.2.1.1 )- Distribuzione dei connettori coerente con l’andamento del taglio.
Il calcolo di tipo plastico è ammesso solo se- fu /fy >=1.2;- allungamento valutato su una base pari a 5.65 (A0)0.5, dove A0 è l’area della sezione trasversale >= 15 %;- eu (deformazione a rottura corrispondente a fu) >= 20 ey(deformazione a snervamento corrispondente a fy)- sezioni in classe 1 o 2- connettore duttile (NTC2008)
CALCOLO PLASTICO RESISTENZA
49
Calcolo plastico, Momento resistente Mpl,Rd EC4 6.2.1.3
Momento resistente relativo ad Nc
CALCOLO PLASTICO RESISTENZA
50
Calcolo plastico, Momento resistente Mpl,Rd EC4 6.2.1.3
Momento resistente relativo ad Nc
CALCOLO PLASTICO RESISTENZA
51
Momento resistente relativo ad Nc
CONNETTORI - RESISTENZA
52
CONNETTORI – DISTRIBUZIONE - PLASTICO
53
CALCOLO ELASTICO RESISTENZA
54
Calcolo elastico, Momento resistente elastico Mel,Rd EC4 6.2.1.5
- fibra inferiore acciaio a fyd ;- fibra superiore calcestruzzo a fcd.A questo Mel,Rd corrisponde il numero di connettori chiamato NC.el
Momento resistente relativo ad Nc EC4 6.2.1.4.(6)
CALCOLO ELASTICO CONNETTORI
55
Nc è la compressione totale che si deve avere nella soletta, si ottiene tramite i connettori presenti su metà trave. Questi connettori devono essere distribuiti in modo tale da seguire gli andamenti dei tagli.In pratica si dispongono i connettori in due modi:- a spaziatura variabile- a spaziatura costante
RESISTENZA E DUTTILITÀ CONNETTORI
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PROVE SUI CONNETTORINTC2008 4.3.4.3.2 per altri connettori rispetto a quelli connettori da saldare.
UNI EN1994-1-1:2005 Annesso B
Tecnaria ha ricavato per via sperimentale la resistenza e la duttilità dei propri connettori da utilizzare nel calcolo dei solai misti. 57
Calcolo travi miste calcestruzzo e calcestruzzo
58
CALCOLO RESISTENZE
59
Basi di calcolo :• calcolo di tipo elastico• connessione di tipo infinitamente rigida.
JSTb
bPs Rd
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