PROVE SUL NODO CON PROTOTIPI DI TRAVE MISTA PAN. PRODOTTI DALLA DITTA TECNOPAN ENGINEERING S.r.l.

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1 Università degli Studi di Catania LABORATORIO UFFICIALE PROVE MATERIALI PROVE SUL NODO CON PROTOTIPI DI TRAVE MISTA PAN PRODOTTI DALLA DITTA TECNOPAN ENGINEERING S.r.l. RELAZIONE DELLO STUDIO TECNICO DELLA TECNOPAN ENGINEERING SULLA BASE DEL RAPPPORTO DI PROVA DEL LABORATORIO

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3 Rapporto di prova N 02/15 pag.1 di Premessa Le prove oggetto della presente indagine riguardano prove di carico a rottura su prototipi sperimentali di Nodi con travi miste acciaio-calcestruzzo, sia in fase provvisoria priva di getto (fase 1), sia in fase finale dopo il consolidamento del getto di calcestruzzo (fase 2). Le Travi PAN unitamente ai pilastri tubolari ed al solaio autoportante rappresentano un NUOVO MODO DI COSTRUIRE nel rispetto assoluto delle elaborazioni di calcolo anche nella esecuzione e nella messa in opera. Le economie, relativamente alla struttura, variano dal 20 al 30%. 2. Descrizione dei prototipi Tabella 1. Riepilogo delle prove effettuate Numero della prova Prototipo Provato Tipo di prototipo Peso (kg) Solo armatura a Solo armatura b Solo armatura Campione con getto di cls Campione con getto di cls 1317

4 Rapporto di prova N 02/15 pag.2 di 29 PROTOTIPI 1.2a e 1.2b - PROVA 2 E PROVA 3 Sono due prototipi identici di un nodo trave-pilastro in fase 1. PROTOTIPI 2.2 E PROVA 4 E PROVA 5 Sono due prototipi identici ai prototipi 1.2, però in fase 2, completati cioè con il getto di calcestruzzo. 2.1 Apparecchio di trasmissione del carico E' stato utilizzato un pistone idraulico da 600 kn, collegato ad una centralina idraulica per il controllo della pressione (fig. 3). Il carico è stato trasmesso al campione di prova mediante opportuni apparecchi di distribuzione, diversi per le diverse prove.

5 Rapporto di prova N 02/15 pag.3 di 29 martinetto idraulico Telaio di contrasto Piastrone di prova Figura 6. Forcelle di appoggio Figura 7. Disposizione delle forcelle come appoggi dei campioni privi di getto.

6 Rapporto di prova N 02/15 pag.4 di 29 Figura 8. Assemblaggio dell'apparecchio di appoggio. 3. Risultati delle prove. 3.1 Prova 1

7 Figura 13. Prova 1. Dispositivo di trasmissione del carico Rapporto di prova N 02/15 pag.5 di 29 Figura 14. Prova 1. Vista d'insieme e dispositivo di trasmissione del carico

8 Rapporto di prova N 02/15 pag.6 di 29 Figura 15. Prova 1. Posizionamento delle forcelle per la trasmissione del carico Figura 16. Prova 1. Posizionamento delle forcelle per la trasmissione del carico

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10 3.1.1 Modalità di crisi Il prototipo ha raggiunto un carico massimo di kg, ed uno spostamento massimo in mezzeria di mm. In corrispondenza di questa configurazione si sono instabilizzati i diagonali del lato destro del prototipo (figura 21, 22, 23, 24).

11 Figure Modalità di crisi del Prototipo Risultati Il diagramma carico spostamento è lineare fino alla crisi. Gli spostamento dei punti di applicazione del carico sono risultati pressoché uguali durante tutta la prova.

12 Carico - Spostamento ch Spostamento [ mm] Figura 25. Prova 1- Spostamento del punto di applicazione del carico sx. Figura 28. Prova 1- Deformazione dei diagonali lato sinistro.

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14 Rapporto di prova N 02/15 pag.12 di Prova 3 La prova 3 è stata condotta sul prototipo 1.2b con le stesse modalità di carico e vincolo della prova 2. Sulla lamiera interna al pilastro sono state saldate due barre quadre di acciaio di lato 40 mm, in modo da evitare che la lamiera si instabilizzi. Le barre non sono state saldate alle pareti del pilastro. Figura 59. Prova 3. Sistema di prova. Vista fronte Figura 60. Prova 3. Sistema di prova. Vista retro Sono state misurate le deformazioni di quattro diagonali compresse mediante strain gauges disposti sui diagonali del lato fronte del prototipo. La numerazione e la disposizione degli strain gauges è indicata nella figura 61.

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16 Rapporto di prova N 02/15 pag.14 di Modalità di crisi La prova è stata condotta a controllo di carico. Durante la prova sono stati effettuati due cicli di carico e scarico, in corrispondenza di una valore del carico applicato pari a 8350 kg. A parte gli assestamenti iniziali non sono stati apprezzati spostamenti residui Il prototipo ha raggiunto un carico massimo di kg, ed uno spostamento massimo in mezzeria depurato dal moto rigido di mm. In corrispondenza di questa configurazione si è instabilizzata la lamiera compressa del lato destro del prototipo in vicinanza del pilastro. La modalità di crisi è documentata nelle foto delle figure Si noti che la lunghezza d'onda della deformata critica è pari a circa 500 mm, e corrisponde alla distanza che intercorre fra i nodi della travatura diagonale. Figure Prova 3 - Modalità di crisi del Prototipo 1.2b.

17 Rapporto di prova N 02/15 pag.15 di Risultati Vengono riportati i diagrammi carico-spostamento rilevati dai trasduttori con la nomenclatura indicata nella figura 61. Il carico riportato è stato misurato da un trasduttore di pressione e trasformato in forza mediante la curva di taratura del Grafico 1. Durante la prova sono stati effettuati due cicli di carico e scarico, in corrispondenza di una valore del carico applicato pari a 8350 kg. Una volta eliminati gli assestamenti iniziali non sono stati apprezzati spostamenti residui Carico - Spostamento ch Spostamento [mm] Figura 66. Prova 3. Spostamento della mensola lato sx. 3.3 Prova 4 La prova 4 è stata condotta sul prototipo 2.2. Il prototipo 2.2 è un campione con getto di calcestruzzo, costituto da due elementi di pilastro alti 500 mm e da due mensole uscenti al pilastro, ciascuna di lunghezza 1030 mm circa. L'armatura del prototipo è la stessa utilizzata nei prototipi 1.2a e 1.2b

18 Figura 75. Prova 4. Configurazione sperimentale Figura 76. Prova 4. Dispositivo di applicazione del carico Figura 77. Prova 4. Realizzazione degli appoggi Figura 78. Prova 4. Realizzazione degli appoggi

19 Rapporto di prova N 02/15 pag.17 di Modalità di crisi La trave inizialmente si comporta elasticamente, fino all'apparizione della prima frattura, che si verifica per un carico inferiore a kg, ad una distanza di circa 30 cm dal filo pilastro, esattamente in corrispondenza della barra trasversale del traliccio di armatura. Le foto delle figure mostrano questa frattura, che si presenta simmetricamente sulle due travi, e che progredisce con l'aumentare del carico. Figura 80. Prova 4. Frattura flessionale. F = 10000kg Figura 81. Prova 4. Frattura flessionale. F = 14500kg

20 Rapporto di prova N 02/15 pag.18 di 29 Figura 82. Prova 4. Frattura flessionale. F = 14500kg Successivamente, con l'aumentare del carico, si presenta una frattura a taglio in prossimità dell'appoggio. Anche questa si forma in corrispondenza della barra trasversale del traliccio di armatura, quindi ad una distanza di erica 50 cm dalla prima frattura flessionale (figure 84, 85). Un'ulteriore frattura si sviluppa all'attaccatura della trave col pilastro (figure 86, 87). L'ampiezza di questa frattura cresce considerevolmente, fino a determinare una rotazione rigida per l'intera trave a sbalzo. Ad un carico pari a circa kg si sviluppa un'ulteriore frattura flessionale in prossimità del pilastro, figure 88, 89. La prova è stata interrotta quando si è verificata l'instabilità del lamierino compresso (foto 90, 91). Figura 88. Prova 4. Fratture flessionale all'incastro. F = kg Figura 89. Prova 4. Fratture flessionali all'incastro. F = kg

21 Rapporto di prova N 02/15 pag.19 di 29 Figura 90. Prova 4. Insorgere dell'instabilità nel piatto compresso. F = kg Figura 91. Prova 4. Posizione finale della trave Risultati La forza massima misurata durante la prova è stata di kg, che genera un momento flettente all'incastro pari a knm. A questo carico va aggiunto il peso del prototipo stesso, pari a kg Il corrispondente spostamento massimo misurato sul bordo del pilastro (pari alla deflessione della mensola) è stato di mm. Vengono riportati i diagrammi carico-spostamento rilevati dai trasduttori numerati come nella figura 79. Il carico riportato è stato misurato con un trasduttore di pressione e convertito mediante la curva di taratura riportata nel Grafico 1. Durante la prova il cedimento misurato agli appoggi è stato al massimo di 0.5 mm. Data l'entità molto maggiore degli spostamenti rilevati lungo la trave, non si è ritenuto significativo depurare le letture da questo moto rigido. I trasduttori ch.1.3 e ch.1.4 hanno cessato di funzionare per carichi superiori a kg, cioè quasi alla fine della prova.

22 Rapporto di prova N 02/15 pag.20 di 29 Figura 92. Prova 4. Spostamento verticale del punto a 30 cm dal filo pilastro, lato sx. Dall'analisi dei risultati si evidenzia che la struttura subisce una riduzione della rigidezza per un valore della forza pari a kg. Dal confronto fra i diagrammi degli spostamenti dei due fili del pilastro, ch. 1.2 e 1.3, si nota che in prossimità del picco di carico si è innescata una lieve eccentricità fra i due lati del campione. Gli spostamenti del lato destro risultano infatti più piccoli di quello del lato sinistro. La massima differenza, nella fase post-picco, raggiunge 4 mm. Dai diagrammi appare che la prima frattura flessionale si sia verificata per una forza F=4000 kg. Nella figura 96 sono confrontati gli spostamenti delle due facce del pilastro, e dal grafico si evince che la prova ha rispettato la simmetria del carico.

23 Rapporto di prova N 02/15 pag.21 di 29 Si osserva quanto segue: Figura 96. Prova 4. Spostamento verticale dei fili sx e dx del pilastro. 1. Gli strain gauges 3 e 6 (bordo inferiore trave) non hanno rilevato deformazioni apprezzabili. Ciò è probabilmente dovuto al distacco della parte tesa dal pilastro, che ha comportato l'annullamento delle tensioni in questa zona. 2. Lo strain gauge 1, disposto sul piatto di lamiera compresso lato sx, inverte il segno della deformazione verso la fine della prova. Ciò è conseguenza dell'imbozzamento verificatosi per instabilità, 3. Lo strain gauge 4, disposto sul piatto di lamiera compresso lato dx, raggiumge deformazioni di oltre 0.3 %, quindi presumibilmente in campo plastico. Figura 97. Prova 4. Deformazione dello strain gauge 1. Lamiera compressa lato sx

24 Rapporto di prova N 02/15 pag.22 di Prova 5 La prova 5 è stata condotta sul prototipo 2.3. Il prototipo 2.3 è identico al prototipo 2.2, ed è costituito da due travi a mensola in calcestruzzo, ciascuna di lunghezza 1030 mm circa, uscenti da due monconi di pilastro alti 500 mm. L'armatura del prototipo è la stessa utilizzata nei prototipi 1.2a e 1.2b. Lo scopo della prova è di determinare la resistenza a taglio della trave. Pertanto è stato previsto di applicare il carico in prossimità dell'incastro mensola-pilastro, in modo da avere un momento flettente pressoché nullo. In particolare si è scelto di applicare il carico ad una sezione distante 300 mm circa dal filo pilastro, in corrispondenza del collegamento fra i diagonali dell'armatura reticolare. Figura 104. Prova 5 - Configurazione sperimentale Figura 105. Prova 5 - Sistema di applicazione del carico

25 Rapporto di prova N 02/15 pag.23 di 29 Figura 106. Prova 5 - Sistema di appoggio. Figura 107. Prova 5 - Dettaglio dell'incastro travepilastro. Figura 108. Prova 5 - Disposizione degli estensimetri nella sezione di taglio massimo

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27 Rapporto di prova N 02/15 pag.25 di Modalità di crisi La trave non ha presentato fessure fino alla formazione di frattura a taglio (a 45 ) nelle sezioni comprese fra gli appoggi ed il pilastro sul lato sinistro (figure 110 e 111). Si noti che la frattura ha attraversato lo strain gauge 2. La frattura si è verificata per un carico pari a kg, cioè il taglio limite misurato sperimentalmente è risultato pari a 239 kn. In seguito all'apertura della frattura non sono stati rilevati altri danneggiamenti sulla trave, se si eccettua uno schiacciamento del calcestruzzo in corrispondenza dell'appoggio lato dx (figura 112). La presenza della lamiera di acciaio consente alla trave di continuare ad assorbire carico anche dopo il raggiungimento del taglio limite per la il calcestruzzo. La prova è stata interrotta in corrispondenza di uno spostamento verticale di 4.5 mm. Figura 110. Prova 5 - Frattura a taglio. Lato dx fronte. F=24350 kg Figura 111. Prova 5 - Frattura a taglio. Lato sx retro. F=24350 kg Figura 112. Prova 5 - Schiacciamento del calcestruzzo nell'appoggio dx.

28 Rapporto di prova N 02/15 pag.26 di Risultati Per questa prova vengono riportati sia i diagrammi dello spostamento delle facce del pilastro (ch.1.2 e ch.1.3) non corretti, sia quelli corretti considerando il cedimento degli appoggi. Infatti in questo caso il cedimento degli appoggi è risultato essere dello stesso ordine di grandezza degli spostamenti misurati: per l'appoggio di sinistra si è avuto un cedimento massimo di 0.9 mm, per l'appoggio di destra un cedimento massimo di 1.92 mm. Di contro, lo spostamento misurato dai trasduttori disposti alla base del pilastro è risultato essere di circa 3.3 mm. Il cedimento dovuto al danneggiamento del calcestruzzo nella zona di appoggio pertanto influenza significativamente il risultato. L'esame dei diagrammi degli spostamenti mostra che si ha un primo cambio di pendenza quando la forza raggiunge il valore di kg. Per un carico verticale di kg si ha la formazione della frattura a taglio, seguita da una perdita di carico. Poi il carico riprende a crescere con una rigidezza minore. La prova è stata interrotta in corrispondenza di un carico pari a kg. Figura 113. Prova 5. Spostamento verticale del filo pilastro, lato sx. Spostamenti non corretti.

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