STRUTTURE DI ACCIAIO PER EDILIZIA ABITATIVA LEGGERA

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1 Milano, 4 ottobre 213 STRUTTURE DI ACCIAIO PER EDILIZIA ABITATIVA LEGGERA Prof. Riccardo Zandonini Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica Università di Trento

2 INTRODUZIONE 1 PROFILI SOTTILI IN ACCIAIO: IL PROCESSO DI PROFILATURA Sezioni aperte Spessore 3mm Sezioni aperte accoppiate Sezioni chiuse accoppiate Z C U

3 2 SOLAI E COPERTURE STRUTTURE SOPRAELEVAZIONI

4 3 PUNTI DI FORZA LEGATI ALL USO DI PROFILI SOTTILI IN ACCIAIO: Libertà nella scelta della geometria; Leggeri (spessori 3mm) facili da movimentare; Processo di lavorazione sartoriale semplici da assemblare; Adatti ad ogni genere di finitura; Garantiscono un elevato grado di durabilità. PUNTI DI DEBOLEZZA: Snellezza instabilità ; Sensibilità agli effetti del secondo ordine; Scarsa rigidezza torsionale; Giunti semi-rigidi. EC3-1-3 DESIGN BY TESTING

5 SISTEMA AD ASTE montante guida 4 Elementi singoli (montanti e traversi) assemblati in sito per creare travi e pareti Elemento singolo traverso SISTEMA A PANNELLI Elementi bidimensionali (pareti e travi) assemblati in stabilimento Trave reticolare Pannello di parete SISTEMA MODULARE Moduli Sistemi volumetrici assemblati in stabilimento, spesso completi di finiture ed impianti

6 5 IN EDIFICI RESIDENZIALI Pannellatura esterna Impianti facilmente integrabili Coibentazione interna

7 6 VANTAGGI DEL SISTEMA COSTRUTTIVO: L acciaio è un materiale riciclabile; Versatilità e libertà architettonica; Non richiede mezzi pesanti per la movimentazione ed il montaggio; Facilità e rapidità di montaggio; Riduzione dei tempi cantierabili con conseguente contenimento dei costi; Riduzione degli sfridi di lavorazione e di montaggio; Facilmente integrabile al passaggio degli impianti; Efficienza energetica dell involucro; Leggerezza del sistema strutturale masse sismiche contenute.

8 7 Pianta piano primo Geometria Pianta piano terra Larghezza Lunghezza Altezza d interpiano Tipologia di copertura Interasse montanti e travi 5 m 1 m 2,7 m Piana,4 m

9 lastra interna materiale isolante materiale isolante lastra esterna Tipo Materiale Peso [kn/m 2 ] Componenti strutturali Componenti non strutturali PESO PARETE INTERNA Profili in acciaio,14 Pannelli isolanti, lastre di finitura,4 qtot,54 PESO PARETE ESTERNA 8 Vista assonometrica controparete lastra esterna cappotto Tipo Materiale Peso [kn/m 2 ] Componenti strutturali Componenti non strutturali Profili in acciaio, lastre in fibrocemento Pannelli isolanti, lastre di finitura,42,423 qtot,843

10 9 CARICO GRAVITAZIONALE - COPERTURA Sezione trasversale OSB isolante Tipo Materiale Peso [kn/m 2 ] Componenti strutturali Profili in acciaio, doppio OSB sp.18mm,37 Componenti non strutturali Pannelli isolanti, lastre di finitura,276 isolante qtot,646 controsoffitto CARICO GRAVITAZIONALE SOLAIO INTERMEDIO Sezione longitudinale OSB isolante pavimentazione Tipo Materiale Peso [kn/m 2 ] Componenti strutturali Profili in acciaio, doppio OSB sp.18mm,37 isolante Componenti non strutturali Pannelli isolanti, lastre di finitura, pavimento in legno,467 controsoffitto qtot,837

11 1 VALORE DEI CARICHI VARIABILI PER DIFFERENTI AREE GEOGRAFICHE Trento Asolo Trieste Trento Asolo Trieste Zone carico da neve kn/m 2 1 1,5 2 1, 3,6 Grosseto Macerata Grosseto Macerata In accordo alle NTC-28 Tipo di carico Carico Accidentale [kn/m 2 ] Macerata (qslm 78m) Trento (qslm 6m) Asolo (qslm 4m) Grosseto (qslm 1m) Trieste (qslm 2m) Copertura,5,5,5,5,5 Solaio intermedio 2, 2, 2, 2, 2, Vento (in copertura),45,38,38,5,55 Neve 1,6 2,4 1,95,6 1,

12 11 CARICHI VERTICALI COMBINAZIONE FONDAMENTALE AGLI SLU Macerata Trento Asolo Grosseto Trieste Q1 - copertura 3,185 kn/m 2 4,385 kn/m 2 3,71 kn/m 2 1,985 kn/m 2 2,285 kn/m 2 Q2 - solaio intermedio 4,7 kn/m 2 4,7 kn/m 2 4,7 kn/m 2 4,7 kn/m 2 4,7 kn/m 2 CARICHI ORIZZONTALI Parete SOTTOVENTO L AZIONE DEL VENTO IN PARETE Parete SOPRAVENTO Macerata (qslm 78m) Trento (qslm 6m) Asolo (qslm 4m) Grosseto (qslm 1m) Trieste (qslm 2m) V - parete SOPRAVENTO,75 kn/m 2,64 kn/m 2,64 kn/m 2,83 kn/m 2,92 kn/m 2 V - parete SOTTOVENTO,45 kn/m 2,38 kn/m 2,38 kn/m 2,5 kn/m 2,55 kn/m 2

13 12 AZIONI ORIZZONTALI: IL SISMA MASSA SISMICA Componente orizzontale Componente verticale FORZE STATICHE EQUIVALENTI W1 = 77,86 kn Spettro di risposta NTC-28 F1 = 97,59 kn 3 m W2 = 167,372 kn Fattore di struttura q=1 F2 = 15,94 kn 3 m Edificio: Dimensioni in pianta 5x1 m Edificio in ZONA 1 L AZIONE DEL SISMA Macerata ZONA (*) 1 Trento ZONA (*) 4 Asolo ZONA (*) 2 Grosseto ZONA (*) 4 Trieste ZONA (*) 3 F1 - copertura 1,952 kn/m 2,634 kn/m 2 1,639 kn/m 2,613 kn/m 2,959 kn/m 2 F2 solaio intermedio 2,119 kn/m 2,688 kn/m 2 1,778 kn/m 2,666 kn/m 2 1,41 kn/m 2 (*) Zona Sismica

14 13 ALCUNE CONSIDERAZIONI: L azione orizzontale del vento può, in questo tipo di strutture, risultare preponderante rispetto all azione sismica; Possibilità di edificare in zone sismiche di media intensità; Necessità di condurre prove sperimentali: 1) approfondire il comportamento dei componenti strutturali e delle connessioni in campo statico (prove monotone) e in campo dinamico (prove cicliche); 2) valutare la capacità dissipativa sotto carichi ciclici degli elementi di parete e dell intero edificio.

15 14 PROVE SPERIMENTALI EFFETTUATE: 1. Studio della sezione prove a compressione e a flessione; 2. Sperimentazione sui pannelli di parete prove a taglio. PROVE SPERIMENTALI IN FASE DI PROGETTO: 1. Travi reticolari prove a flessione; 2. Sistemi di connessione (rivetti, viti e dispositivi hold-down); 3. Materiale di rivestimento (caratterizzazione meccanica); 4. Modulo full-scale.

16 15 STUDIO DELLA SEZIONE: H A y B Influenza degli irrigidimenti intermedi e di bordo PROVE A COMPRESSIONE cerniera F procedura secondo EC3-1-3 t x H: mm B: 55 mm t: mm SONO STATI ESEGUITI 9 TESTS RISULTATI OTTENUTI VALORE DEL CARICO DI COLLASSO cerniera F Test set-up Test set-up MODALITA DI COLLASSO

17 16 PROVE A FLESSIONE (quattro punti): F F F d l VARIABILI CONSIDERATE: -3 geometrie di sezione (H mm); -2 spessori (1-1,2 mm); -3 diverse lunghezze; -3 interassi tra i pressori; -3 condizioni di carico. F F SONO STATI ESEGUITI 211 TESTS

18 17 ALCUNE TIPOLOGIE DI PARETE ANALIZZATE: PARAMETRI INVESTIGATI: 1. La tipologia di parete (presenza o assenza di aperture, controventi, lastre di rivestimento, ); 2. Altezza della sezione (H=1-15 mm); 3. Presenza di dispositivi hold-down; 4. Raddoppio dei montanti; 5. Dimensione degli elementi di controvento reticolari; SONO STATI ESEGUITI 21 TESTS 6. Controventi a croce; 7. Contributo delle lastre di rivestimento.

19 PROVE STATICHE E DINAMICHE REALIZZATE SULLE PARETI: CARICO VERTICALE APPLICATO kn/m Il sistema di applicazione del carico verticale Il set-up di prova

20 19 IL PROTOCOLLO ECCS PER LE PROVE DINAMICHE LA DETERMINAZIONE DI ey 9 rigidezza secante rigidezza tangente PROCEDURA DI APPLICAZIONE CICLICA DEL CARICO Carico (kn) 6 3 curva di inviluppo n. cicli intervallo 1 ciclo e + y/4 e - y/4 1 ciclo 2e + y/4 2e - y/4 1 ciclo 3e + y/4 3e - y/4 1 ciclo e + y e - y e y cicli 2e + y 2e - y Spostamento (mm) 2 cicli (2+2n)e + y (2+2n)e - y

21 Forza laterale (kn) INTRODUZIONE INFLUENZA DELLA TIPOLOGIA DEL SISTEMA DI CONTROVENTO PROVE STATICHE 2 Collasso della diagonale di controvento Lateral Force (kn) Walls with double outer chords and hold-downs on outer chords G5-1-4-XX-1 G9-1-4-XX Rotation Rotazione (mrad) Deformazione locale del montante con pull-out del rivetto

22 Forza laterale (kn) INTRODUZIONE INFLUENZA DELLA LASTRA DI CONTROVENTO PROVE STATICHE 21 Lateral Force (kn) Walls with double outer chords and hold-downs on outer chords G5-1-4-BB-1 G9-1-4-GH-1 G8-1-4-EF Rotation Rotazione (mrad) (mrad)

23 Forza laterale (kn) INTRODUZIONE 22 IL CONTRIBUTO DELLA LASTRA DI RIVESTIMENTO PROVE STATICHE 9 8 Walls with straps with double outer chords and hold-downs on outer chords Lateral Force (kn) G9-1-4-XX-1 G9-1-4-GH Rotation Rotazione (mrad) LA LASTRA DI RIVESTIMENTO INFLUENZA LA RIGIDEZZA E IL CARICO DI COLLASSO DELLA PARETE LA RIGIDEZZA SECANTE AUMENTA DEL 125% IL CARICO DI COLLASSO DEL 114%

24 INTRODUZIONE 23 CONFRONTO TRA PARETI RIVESTITE E PARETI PRIVE DI RIVESTIMENTO PROVE CICLICHE 2 G5-1-4-BB-2 PARETI PRIVE DI RIVESTIMENTO 1 Rotation (mrad) , G6-1-4-XX-2 G9-1-4-XX-2 G8-1-4-EF-2-1 2,5 Rotation (mrad) G8-1-4-EF-2 2, 1,5 1, Rotation (mrad) G9-1-4-GH Lateral top displacement Spostamento (mm)(mm) Rotation (mrad) , PARETI RIVESTITE 12 Lateral Force (kn) Lateral Force (kn) Rotation (mrad) -2, G9-1-4-XX Lateral Force (kn) 1-4 G7-1-4-XX-1 G5-1-4-BB-2 G9-1-4-GH Energy (kj) Energia(kJ) Lateral Force (kn) G7-1-4-XX-1 Lateral Force (kn) Lateral Force (kn) G6-1-4-XX Rotation (mrad)

25 CONCLUSIONI Una prima analisi dei risultati consente di affermare che le scelte di progetto adottate permettono di realizzare un sistema industrializzato leggero per l edilizia che, nel rispetto dei vincoli generali definiti in fase preliminare, soddisfa i requisiti di affidabilità statica anche in zone a media sismicità. Le prove ulteriori che verranno condotte completeranno il set di dati necessario per giungere a una progettazione ottimale del sistema in accordo alle normative vigenti.

26 GRAZIE PER L ATTENZIONE E POSSIBILE REPERIRE IL MATERIALE INFORMATIVO RELATIVO ALL INTERVENTO PRESSO: Promozione Acciaio Stand H1, Pad. 1