Progetto di strutture in zona sismica con contenimento del potenziale danneggiamento sarà l ingegneria sismica del futuro?

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1 Progetto di strutture in zona sismica con contenimento del potenziale danneggiamento sarà l ingegneria sismica del futuro? Prof. Ing. Nerio Tullini TekneHub Tecnologie antisismiche innovative a basso danneggiamento per strutture in legno SAIE 2018 Arena Rinforzo strutturale, 18 ottobre 2018

2 2 Pareti in legno innovative LABORATORI: - CIRI-EC UNIVERSITÀ DI BOLOGNA - UNIVERSITÀ NICCOLÒ CUSANO ROMA IMPRESE PARTNER: - VIBROBLOCK - 2SI Reticolare spaziale in legno LABORATORIO: - TEKNEHUB - FERRARA IMPRESA PARTNER: - PRADELLI S.R.L.

3 3 SISTEMI COSTRUTTIVI IN LEGNO «TRADIZIONALI» CLT Ligh-timber frame Heavy-timber frame Blockhaus

4 4 SISTEMI COSTRUTTIVI IN LEGNO «INNOVATIVI» Arts and Media Building Nelson, NZ Timble Buildings NZ RC column Post-tensioned timber beam St. Elmo Bldg, NZ Canada

5 5 SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI - TECNOLOGIA CLT hold-down T angle-bracket V V T timber-to-timber contact C C

6 6 SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI - TECNOLOGIA CLT I sistemi di connessione tradizionali responsabili della duttilità e capacità dissipativa della tecnologia CLT possono mostrare meccanismi di rottura fragili se: - non correttamente progettati in accordo ai criteri di gerarchia delle resistenze; - soggetti a stati di sollecitazione biassiali. Tomasi et al, 2015 Gavric et al., 2011

7 7 SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI - TECNOLOGIA CLT Per migliorare le prestazioni sismiche di edifici realizzati con pareti a pannelli CLT sono stati sviluppati connettori dissipativi. In ogni caso resta non risolta la problematica del ricentraggio del fabbricato. Latour & Rizzano 2017: XL-stub system Tension hysteresis Marchi et al. 2016: X-bracket system Tension hysteresis Shear hysteresis

8 8 SISTEMA A PARETI POST TESE RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE PARETE SINGOLA PARETE + COLONNA PARETI ACCOPPIATE Fuse-type dissipater UFP dissipater

9 9 SISTEMA A PARETI POST TESE RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE COMPORTAMENTO ISTERETICO SISTEMI CON FUNZIONAMENTO A «ROCKING» F D

10 1 SISTEMI TRADIZIONALI vs SISTEMI INNOVATIVI PARETI CLASSICHE (CLT) PARETI POST-TESE VANTAGGI: Posa in opera versatile. SVANTAGGI: Necessario un elevato numero di elementi di connessione; Il danneggiamento in seguito al sisma può risultare ingente; Difficoltà di riparabilità in seguito a danno. VANTAGGI: Sistemi di connessione/dissipazione concentrati in pochi punti; Basse deformazioni residue, grazie alla capacità di ricentraggio fornita dai cavi di post-tensione; Minor danneggiamento in seguito a sisma; Facilità di riparazione in caso di danno. SVANTAGGI: Posa in opera più complessa; Influenza di effetti a lungo termine (effetti viscosi).

11 11 SISTEMA A PARETI POST TESE RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE Iqbal et al., 2015 ESPERIENZE E SPERIMENTAZIONI INTERNAZIONALI Coupled wall Single wall Ganey et al., 2017 Drift (%)

12 12 SISTEMA A PARETI POST TESE RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE SVILUPPO DI MODELLI PREDITTIVI UR Unicusano Analisi sezionale Modellazione numerica Pannelli CLT 2D shell element Cavi di post tensione - elementi «cable» dissipatori Elementi di contatto tipo gap

13 13 SISTEMA A PARETI POST TESE RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE SETUP PER PROVE DI TIPO CICLICO IN SCALA REALE DI PARETE SINGOLA + PILASTRI IN DIFFERENTI CONFIGURAZIONI: - PARETE CON CAVO POST TESO ROKING - PARETE EQUIPAGGIATA CON DISSIPATORI ROKING + DISSIPAZIONE NOTA: VERIFICA DELLA RIPARABILITÀ /SOSTITUIBILITÀ DEI DISSIPATORI A FINE PROVA SPERIMENTAZIONE UR CIRI-EC Dywidag D = 32 mm Pilastro Dywidag D = 26 mm Parete in CLT postcompressa Pilastro Dissipatori

14 14 SISTEMA A PARETI POST TESE RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE Parete in CLT post-compressa SPERIMENTAZIONE UR: CIRI-EC Parete in CLT post-compressa Pilastro Pilastro SETUP PER PROVE DI TIPO CICLICO IN SCALA REALE DI PARETE ACCOPPIATE Dywidag D = 26 mm Dywidag D = 32 mm Dissipatori

15 15 Strutture reticolari spaziali in legno I vantaggi offerti dal sistema: Facilità e rapidità di montaggio e trasporto Coperture di grandi luci

16 16 Strutture reticolari spaziali Tetrasteel è specializzata nella produzione chiavi in mano di strutture reticolari tridimensionali in acciaio, di piccole e grandi luci, utilizzando il proprio sistema a giunti sferici. Le strutture reticolari spaziali possono essere applicate sia per la copertura di una piccola sala che per quella di uno stadio, ma anche di una stazione di servizio o di una chiesa. I vantaggi offerti da questo sistema sono: Estrema versatilità nella realizzazione di qualsiasi forma e dimensione; Facilità e rapidità di montaggio anche con personale non specializzato; Minimo impiego di supporti perimetrali; Elevati standard di sicurezza; Facilità ed economicità di trasporto.

17 17 Sistema tetrasteel Il kit da costruzione Tetrasteel della Pradelli S.R.L è costituito da 2 tipi di componenti: aste tubulari a sezione circolare cava preassemblate in acciaio, di varie dimensioni e spessore sfere (nodi) di varie dimensioni in acciaio opportunamente sagomate e filettate per consentire l avvitamento e il collegamento delle aste tramite viti. Il kit permette l assemblaggio e il montaggio in cantiere di strutture reticolari. 2 3 Fase 1: inserimento della vite all interno dell asta Fase 2: saldatura a completo ripristino del cono in testa all asta Fase 3: serraggio della vite nella sfera

18 18 Tetraedro

19 19 Strutture reticolari in legno Tettoie a semplice falda Maglia 9,5 x 19 x 1,34 m Asta 50 x 50 Asta 60 x 60 Asta 70 x 70 Vincolo elastico con rigidezza traslazionale della colonna

20 20 Sollecitazioni massime Sforzo normale [kn] Neve dominante e vento agente su metà campata lunga verso il basso Sfruttamento [%]

21 21 Sollecitazioni massime Aste 50 x50 Sforzo normale [kn] Neve dominante e vento agente su metà campata lunga verso il basso Sfruttamento [%]

22 22 Collegamento con dado Larsen a Fase 1: 2 fori per la barra filettata (a) e dado Larsen (b) Fase 2: Avvitare la barra filettata (a) nel dado Larsen (b) Fase 3: Inserimento della bussola (c) Fase 4: Regolazione e avvitamento nella sfera c b

23 23 Collegamento con piastra esterna a c b d Fase 1: 2 fori per i bulloni (a) e inserimento della vite (b) nel foro della piastra (c) Fase 2: Inserimento della piastra (c) e dei bulloni (b) Fase 3: Serraggio dei bulloni (b) sulla piastra (c) e inserimento della bussola (d) Fase 4: Regolazione e avvitamento nella sfera

24 24 Verifica collegamento con dado Larsen L EUROCODICE 5 e la CNR-DT-206-R non prevedono una verifica specifica per questa tipologia di collegamento. Tuttavia ci si può ricondurre all unione a doppio piano di taglio con piastra di acciaio di qualsiasi spessore posta internamente all elemento ligneo. La resistenza del solo elemento ligneo risulta essere la più gravosa, e la rottura viene raggiunta per rifollamento. Resistenza dell unione F v,rm = 48,29 kn PROVA FORMULA SPERIMENTALE ANALITICA ERR % % % % k mod = 1 è il coefficiente di correzione della resistenza f h,0,m = 0,082 (1-0,01 d) r mean è il valore medio della resistenza a rifollamento per a = 0 b = 50 mm è la dimensione del lato della sezione trasversale d = 20 mm è il diametro del dado Larsen r mean = 740 kg/m 3 è il valore medio della massa volumica del legno r mean,s = 870 kg/m 3 è il valore medio della massa volumica del legno ricavato da prove sperimentali

25 25 Configurazione di prova Sono stati eseguiti dei test di trazione su provini di lunghezza 80 cm. La configurazione di prova riproduce le condizioni di vincolo previste in opera.

26 26 Risultati prove sperimentali Rottura del collegamento Provino 1 Dado Larsen parallelo alle fibrature delle lamelle Provino 2 Dado Larsen perpendicolare alla fibratura delle lamelle Provino 3 Dado Larsen perpendicolare alla fibratura delle lamelle

27 Risultati prove sperimentali Carico - Stroke 27

28 28 Risultati prove sperimentali Carico Spostamento medio --- > Rottura del collegamento