UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE PROVE SPERIMENTALI SU PIGNATTE IN PSE RELAZIONE

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA STRUTTURALE PROVE SPERIMENTALI SU PIGNATTE IN PSE RELAZIONE Il Responsabile Scientifico Dott. Ing. Fausto Mistretta Il Committente: SYSTEM CONSULTING NETWORK

2 Sommario Premesse...2 Indicatore 1. Resistenza al calpestio sottoscarpa...2 Indicatore 2. Resistenza alla compressione....3 Indicatore 3. Alleggerimento peso proprio del solaio...4 Valutazione peso solai...5 Valutazione della capacità portante...6 Conclusioni...10 Documentazione fotografica...11 Certificati prove. 1

3 Premesse Con lettera del 17 Aprile 2005 la Società System Consulting Network, affidava al sottoscritto Dott. Ing. Fausto Mistretta Docente di Tecnica delle Costruzioni presso il Dipartimento di Ingegneria Strutturale dell Università degli Studi di Cagliari la consulenza tecnica finalizzata alla verifica delle caratteristiche meccaniche del prototipo delle PIGNATTE in PSE presentato dalla Edilmoderna S.r.l.. Nello specifico veniva richiesto di misurare: - la resistenza al calpestio sotto scarpa; - la resistenza alla compressione; - l alleggerimento del peso proprio del solaio. Veniva richiesto alla società di fornire un quantitativo idoneo di pignatte per effettuare la sperimentazione. Veniva inoltre avviata un attenta ricerca sulle specifiche prestazionali richieste dalle normative vigenti e dal mercato delle costruzioni per prodotti analoghi, al fine di individuare la tipologia di prove sperimentali più significativa e affidabile, per valutare le caratteristiche del prodotto. La presente relazione riporta le risultanze dello studio condotto. In Allegato sono riportati i certificati delle prove sperimentali eseguite dal Laboratorio Prove Materiali del Dipartimento di Ingegneria Strutturale. Indicatore 1. Resistenza al calpestio sottoscarpa Per la verifica della resistenza al calpestio sottoscarpa, cioé della capacità delle pignatte di resistere a sollecitazioni dovute al transito di operai su di un solaio durante la fase di predisposizione delle armature e prima del getto del calcestruzzo, era richiesta dalla Società, una resistenza minima di 100 Kg applicati su di un area pari a 30 cm per 30 cm. A seguito di attenta analisi si è ritenuto che per un idonea valutazione della resistenza al calpestio non fosse sufficiente la prova richiesta, ma che fosse necessario procedere con due distinte prove, di flessione e di punzonamento, più significative e gravose. La prova a flessione viene eseguita ponendo l elemento orizzontalmente su due appoggi, con modalità analoghe a quelle che si verificano nel corso della posa in opera prima del getto di calcestruzzo. Il carico viene applicato nella mezzeria superiore dell elemento mediante piastra d acciaio avente larghezza 13 cm e lunghezza pari alla pignatta. Il carico P viene incrementato progressivamente fino alla rottura. Questa prova simula il carico di un piede che agisce sulla pignatta. La prova di punzonamento simula il carico dovuto ad un oggetto che può essere schiacciato da un piede o da un altro attrezzo, che potrebbe forare la 2

4 pignatta: viene eseguita ponendo l elemento orizzontalmente su due appoggi, con modalità analoghe a quelle che si verificano nel corso della posa in opera prima del getto di calcestruzzo. Il carico viene applicato nella mezzeria superiore dell elemento mediante un blocchetto di legno duro avente le dimensioni di 5 cm x 5 cm x 5 cm. Il carico P viene incrementato progressivamente fino alla rottura. Le risultanze e le modalità di prova sono riportate nei certificati allegati. Indicatore 2. Resistenza alla compressione. Per la verifica della resistenza alla compressione nella direzione dei fori era richiesta una resistenza superiore a 50 KPa (KiloPascal) al 10% di deformazione. Le prove sono state effettuate in data 20 luglio La prova consiste nel disporre su una pressa la pignatta in posizione verticale. La prova ha dato esito positivo, facendo rilevare un valore del carico al 10% superiore ai 50KPa. Purtroppo la grande deformabilità della pignatta non ha consentito di rilevare il valore preciso, né la rottura, in quanto la pressa è andata fuori corsa. 3

5 Indicatore 3. Alleggerimento peso proprio del solaio. Si ritiene che l aspetto della leggerezza del solaio realizzato con le pignatte in PSE sia dal punto di vista strutturale, il più significativo. Il parametro richiesto di riduzione del peso proprio del solaio, di almeno 40 volte rispetto alla situazione attuale, risulta non sufficientemente significativo; il peso proprio del solaio è dovuto in massima parte al peso del calcestruzzo, e l incidenza delle pignatte varia al variare dell altezza del solaio stesso: una stessa pignatta infatti può essere usata con solai di altezze diverse. Valutare le migliorie apportate al solaio in termini di solo peso proprio, risulta riduttivo. In Tecnica delle Costruzioni le prestazioni di un elemento strutturale quale il solaio, si valutano in termini di caratteristiche resistenti. Per valutare il reale incremento prestazionale del solaio, causato dalla riduzione del peso proprio, sono state condotte una serie di calcolazioni, volte ad individuare le migliorie in termini d incremento di momento resistente, rispetto ad un solaio realizzato con pignatte tradizionali in laterizio, a parità di armatura. Questa comparazione ci permette di valutare il vantaggio economico dovuto alla riduzione di peso proprio con l utilizzo di pignatte in PSE. Le tabelle che seguono si riferiscono al calcolo dei momenti massimi di esercizio, di un solaio su due appoggi (una campata) con differenti altezze e differenti armature. Il calcolo è stato effettuato sia con alleggerimenti in laterizio che in PSE, considerando solo i carichi utili (quelli cioè che vengono portati dal solaio ad esclusione del peso proprio), in modo da valutare l incremento di capacità portante dei solai. 4

6 Valutazione peso solai Tabelle riepilogative pesi H_solaio SOLAIO BAUSTA PIGNATTE LATERIZIO h_pignatta t_soletta Peso solaio (KN/m 2 ) p.p. pignatta (KN/m 2 ) 0,16 0,12 0,04 1,968 0,488 0,17 0,12 0,05 2,158 0,488 0,20 0,16 0,04 2,312 0,592 0,21 0,16 0,05 2,502 0,592 0,24 0,20 0,04 2,728 0,768 0,25 0,20 0,05 2,918 0,768 H_solaio SOLAIO BAUSTA - PIGNATTE IN PSE h_pignatta t_soletta Peso solaio (KN/m 2 ) p.p. pignatta (KN/m 2 ) 0,16 0,12 0,04 1,630 0,150 0,17 0,12 0,05 1,820 0,150 0,20 0,16 0,04 1,900 0,180 0,21 0,16 0,05 2,090 0,180 0,24 0,20 0,04 2,160 0,200 0,25 0,20 0,05 2,350 0,200 RIDUZIONE % DEL PESO DEL SOLAIO H_solaio riduzione peso (%) 0,16 20,74 0,17 18,57 0,20 21,68 0,21 19,71 0,24 26,30 0,25 24,17 5

7 Valutazione della capacità portante SOLAIO A UNA CAMPATA SCHEMA STATICO: APPOGGIO SEMPLICE MOMENTO MASSIMO IN CAMPATA IN ESERCIZIO C.C.RARA 2 ( P + G + Q) L M max = = M P + M G + M Q 8 con M P momento dovuto al peso proprio del solaio, M G momento dovuto ai carichi permanenti portati, M Q momento dovuto ai carichi accidentali. ARMATURA DI BASE TRAVETTO BAUSTA ACCIAIO Fe B 44k Inferiore: 2Φ5 A s = 39 mm 2 Superiore: 1Φ7 A s = 38 mm 2 INTERASSE TRAVETTI i = 50 cm DENOMINAZIONE TRAVETTO IN FUNZIONE DELL ARMATURA TIPO Armatura A s ARMATURA (mm 2 ) A 1Φ8 50,00 B 1Φ10 79,00 C 2Φ8 101,00 D 1Φ12 113,00 E 1Φ8+1Φ10 129,00 F 1Φ14 154,00 G 2Φ10 157,00 H 1Φ10+1Φ12 192,00 I 1Φ16 201,00 L 2Φ12 226,00 M 1Φ18 254,00 N 1Φ12+1Φ14 267,00 O 2Φ14 308,00 P 1Φ14+1Φ16 355,00 Il calcolo del momento massimo in campata è stato eseguito con la teoria dell analisi elastica: è stata determinata la posizione dell asse neutro x a partire dal bordo superiore compresso e sono state determinate le caratteristiche geometriche della sezione ideale reagente: Con A s area totale dell armatura tesa, valutata tenendo conto delle armature dei travetti bausta. Dalle Tabelle comparative che seguono si evince che, con le pignatte in PSE, l incremento di capacità portante, a parità di armatura e luce, può arrivare al 100%. 6

8 TABELLE RIEPILOGATIVE MOMENTI MASSIMI DI ESERCIZIO M + AL NETTO DEL P.P. G Q SOLAIO H = 20 cm (16+4) PIGNATTA LATERIZIO LUCE DI CALCOLO Mpp TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D TIPO E TIPO F TIPO G TIPO H TIPO I TIPO L TIPO M TIPO N TIPO O TIPO P 3,00 5,202 3,93 6,82 8,99 10,16 11,73 14,15 14,44 17,83 18,70 21,11 23,80 25,05 28,99 33,49 3,50 7,0805 2,06 4,94 7,11 8,29 9,85 12,27 12,57 15,95 16,82 19,23 21,92 23,17 27,11 31,61 4,00 9, ,77 4,94 6,12 7,68 10,11 10,40 13,78 14,65 17,06 19,76 21,01 24,94 29,44 4,50 11, ,32 2,49 3,66 5,22 7,65 7,94 11,33 12,19 14,61 17,30 18,55 22,49 26,98 5,00 14, ,92 2,48 4,91 5,20 8,58 9,45 11,86 14,56 15,81 19,74 24,24 5,50 17, ,87 2,16 5,55 6,41 8,83 11,52 12,77 16,71 21,20 6,00 20, ,22 3,09 5,50 8,20 9,45 13,38 17,88 6,50 24, ,89 4,58 5,83 9,77 14,27 PIGNATTA PSE LUCE DI CALCOLO Mpp TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D TIPO E TIPO F TIPO G TIPO H TIPO I TIPO L TIPO M TIPO N TIPO O TIPO P 3,00 4,28 4,86 7,75 9,91 11,09 12,65 15,08 15,37 18,75 19,62 22,03 24,73 25,98 29,92 34,41 3,50 5,82 3,32 6,20 8,37 9,55 11,11 13,54 13,83 17,21 18,08 20,49 23,19 24,44 28,37 32,87 4,00 7,60 1,54 4,42 6,59 7,77 9,33 11,76 12,05 15,43 16,30 18,71 21,41 22,66 26,59 31,09 4,50 9, ,40 4,57 5,75 7,31 9,74 10,03 13,41 14,28 16,69 19,39 20,64 24,57 29,07 5,00 11, ,15 2,31 3,49 5,05 7,48 7,77 11,15 12,02 14,43 17,13 18,38 22,32 26,81 5,50 14, ,00 2,56 4,99 5,28 8,66 9,53 11,94 14,64 15,89 19,82 24,32 6,00 17, ,26 2,55 5,93 6,80 9,21 11,91 13,16 17,09 21,59 6,50 20, ,96 3,83 6,24 8,94 10,19 14,12 18,62 7

9 SOLAIO H = 24 cm (20+4) PIGNATTA LATERIZIO LUCE DI CALCOLO Mpp TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D TIPO E TIPO F TIPO G TIPO H TIPO I TIPO L TIPO M TIPO N TIPO O TIPO P 3,00 6,138 5,08 8,64 11,31 12,76 14,69 17,70 18,06 22,27 23,35 26,35 29,70 31,26 36,14 41,73 3,50 8,355 2,87 6,42 9,09 10,54 12,47 15,49 15,85 20,06 21,14 24,13 27,49 29,04 33,93 39,51 4,00 10,912 0,31 3,86 6,53 7,98 9,92 12,93 13,29 17,50 18,58 21,58 24,93 26,48 31,37 36,96 4,50 13, ,96 3,64 5,09 7,02 10,03 10,39 14,60 15,68 18,68 22,03 23,58 28,47 34,06 5,00 17, ,40 1,85 3,78 6,79 7,15 11,36 12,44 15,44 18,79 20,34 25,23 30,82 5,50 20, ,20 3,21 3,57 7,78 8,86 11,86 15,21 16,76 21,65 27,24 6,00 24, ,86 4,94 7,94 11,29 12,84 17,73 23,32 6,50 28, ,68 3,67 7,03 8,58 13,47 19,05 PIGNATTA PSE LUCE DI CALCOLO Mpp TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D TIPO E TIPO F TIPO G TIPO H TIPO I TIPO L TIPO M TIPO N TIPO O TIPO P 3,00 4,86 6,36 9,91 12,59 14,04 15,97 18,98 19,34 23,55 24,63 27,63 30,98 32,53 37,42 43,01 3,50 6,62 4,61 8,16 10,83 12,28 14,21 17,23 17,59 21,80 22,88 25,87 29,22 30,78 35,67 41,25 4,00 8,64 2,58 6,13 8,81 10,26 12,19 15,20 15,56 19,77 20,85 23,85 27,20 28,75 33,64 39,23 4,50 10,94 0,29 3,84 6,51 7,96 9,89 12,91 13,27 17,48 18,56 21,55 24,90 26,46 31,35 36,93 5,00 13, ,27 3,95 5,40 7,33 10,34 10,70 14,91 15,99 18,99 22,34 23,89 28,78 34,37 5,50 16, ,11 2,56 4,49 7,51 7,87 12,08 13,16 16,15 19,50 21,06 25,95 31,53 6,00 19, ,39 4,40 4,76 8,97 10,05 13,05 16,40 17,95 22,84 28,43 6,50 22, ,03 1,39 5,60 6,68 9,67 13,02 14,58 19,47 25,05 8

10 INCREMENTO PERCENTUALE DEL MOMENTO DI ESERCIZIO SOLAIO H = 20 cm LUCE DI CALCOLO TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D TIPO E TIPO F TIPO G TIPO H TIPO I TIPO L TIPO M TIPO N TIPO O TIPO P 3,00 19,07 11,97 9,35 8,36 7,33 6,15 6,03 4,94 4,72 4,21 3,75 3,57 3,10 2,69 3,50 38,04 20,34 15,07 13,22 11,36 9,32 9,13 7,33 6,98 6,16 5,44 5,16 4,45 3,84 4,00 100,00 37,28 25,01 21,22 17,67 14,02 13,68 10,68 10,11 8,81 7,70 7,27 6,20 5,30 4, ,83 45,63 36,29 28,53 21,42 20,80 15,55 14,61 12,50 10,76 10,11 8,49 7,18 5, ,00 100,00 73,76 50,96 34,42 33,14 23,08 21,42 17,84 15,03 14,01 11,54 9,60 5, ,00 100,00 62,48 59,04 35,97 32,69 26,09 21,29 19,61 15,72 12,81 6, ,00 100,00 62,53 54,54 40,26 31,15 28,19 21,70 17,18 6, ,00 100,00 69,73 48,70 42,72 30,82 23,37 INCREMENTO PERCENTUALE DEL MOMENTO DI ESERCIZIO SOLAIO H = 24 cm LUCE DI CALCOLO TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D TIPO E TIPO F TIPO G TIPO H TIPO I TIPO L TIPO M TIPO N TIPO O TIPO P 3,00 20,09 12,89 10,15 9,10 8,00 6,73 6,61 5,43 5,19 4,63 4,13 3,93 3,42 2,97 3,50 37,77 21,32 16,06 14,16 12,24 10,10 9,89 7,98 7,60 6,72 5,95 5,65 4,88 4,22 4,00 88,03 37,04 25,80 22,15 18,64 14,95 14,60 11,49 10,90 9,53 8,35 7,90 6,75 5,79 4, ,91 44,16 36,12 29,07 22,28 21,67 16,45 15,50 13,34 11,55 10,87 9,17 7,79 5, ,96 65,78 48,44 34,33 33,17 23,81 22,20 18,69 15,89 14,86 12,33 10,33 5, ,60 57,22 54,60 35,57 32,65 26,59 22,02 20,40 16,55 13,62 6, ,98 50,86 39,18 31,17 28,47 22,38 17,98 6, ,86 62,02 46,06 41,15 30,82 23,95 9

11 Conclusioni Nella presente relazione sono state valutate le caratteristiche delle pignatte in PSE, in termini sia di prestazioni meccaniche del singolo elemento, sia di comportamento del solaio come elemento strutturale completo. I parametri che sono stati indagati hanno riguardato la resistenza al calpestio, la resistenza a compressione, e l alleggerimento del solaio dovuto all utilizzo delle pignatte in PSE. In particolare è risultata una resistenza al calpestio per flessione ben superiore ai 100 kg richiesti, nonostante il carico sia avvenuto su di un area più piccola e quindi in condizioni più gravose. La resistenza a compressione ha dimostrato la quasi indistruttibilità del materiale che ha grandi capacità di deformazione sotto carichi elevati, senza presentare segni di cedimento. La maggiore leggerezza del solaio realizzato con elementi di alleggerimento in PSE, si traduce in un sensibile aumento della capacità portante ed un consistente risparmio di ferro d armatura. Confermo e sottoscrivo quanto sopra citato. Dott. Ing. Fausto Mistretta Cagliari, 28 luglio

12 Documentazione fotografica Foto n. 1. Strumentazione di prova Foto n. 2. Strumentazione di prova 11

13 Foto n. 3. Prova di flessione sottoscarpa Foto n. 4. La pignatta dopo la prova a flessione 12

14 Foto n. 5. Prova di punzonamento Foto n. 6. La pignatta dopo la prova di punzonamento. 13

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