Misure di spostamento e deformazione eseguite su pannelli sandwich durante prove di carico in flessione a quattro punti

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1 DISTART DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELLE STRUTTURE, DEI TRASPORTI, DELLE ACQUE, DEL RILEVAMENTO, DEL TERRITORIO LABORATORIO PROVE STRUTTURE Bologna, 1//3 Pos. 73/3 Misure di spostamento e deformazione eseguite su pannelli sandwich durante prove di carico in flessione a quattro punti 1 PREMESSA Nella presente relazione sono contenuti i risultati delle prove di carico in flessione a quattro punti eseguite nei giorni 11 e 1 novembre 3 da personale del Laboratorio Prove Strutture del DISTART dell'università di Bologna presso il Laboratorio stesso, in seguito a domanda presentata da parte della Nidyon Costruzioni di Rimini in data 9//3. Oggetto della prova sono stati due pannelli sandwich prodotti dalla Nidyon Costruzioni S.p.A.; i pannelli hanno dimensioni di 11 9 cm ed uno spessore complessivo di 1 e 1 cm circa. Ogni pannello è costituito da due solette esterne in c.a. di spessore pari a circa cm, fra le quali è interposto uno strato di polistirolo (EPS) di forma ondulata; le due solette sono tra loro collegate mediante connettori metallici di diametro 3 mm saldati alle reti elettrosaldate annegate nelle solette. I due pannelli si differenziano tra loro per lo spessore dello strato di EPS interposto tra le solette in c.a.; in particolare, il pannello P1 ha uno strato di EPS di spessore equivalente pari a 1 cm mentre il pannello P di soli cm (Figura 1a). I pannelli sono stati realizzati in modo tale che la direzione di ondulazione dello strato di EPS fosse ortogonale rispetto all asse longitudinale del pannello (Figura 1b); i pannelli sono stati sottoposti a prova di flessione su quattro punti fino a rottura. Hanno presenziato allo svolgimento delle prove o a parte di esse: l Ing. Capella per la Nidyon, il Prof. Ing. M. Savoia e l Ing. C. Mazzotti per il DISTART. Il Responsabile della prova Il Direttore Il Coordinatore Prof. Ing. M. Savoia Prof. Ing. Pier Paolo Diotallevi Prof. Ing. M. Savoia

2 STRUMENTI DI MISURA UTILIZZATI Per la misura degli spostamenti sono stati impiegati 7 trasduttori di spostamento induttivi (LVDT) caratterizzati da una precisione di.1 mm; per la misura delle deformazioni ai lembi teso e compresso del pannello, sono stati impiegati estensimetri resistivi di lunghezza pari a mm e con una precisione di 5 με. I due pannelli sono stati strumentati secondo uno stesso schema, riportato in Figura 1b. L unica differenza è rappresentata dal fatto che nel pannello P1, avente altezza di polistirolo pari a 1 cm, non è stato posizionato l estensimetro E3 nella zona tesa. Il carico applicato è stato misurato mediante un trasduttore di pressione caratterizzato da una precisione di. kn. 3 SVOLGIMENTO DELLE PROVE I due pannelli, caratterizzati da differenti altezze dello strato interno di polistirolo, sono stati sottoposti allo stesso tipo di prova di flessione a quattro punti (Figura 1b). In particolare, in entrambi i casi è stato effettuato un ciclo a basso livello di carico ( 3% del carico di rottura) per assestare il sistema di prova e rilevare il comportamento ciclico del pannello; successivamente si è proceduto ad incrementare il carico fino a raggiungere il carico di rottura. In entrambi i casi la crisi del pannello è sopraggiunta per flessione con rottura della rete metallica, nella porzione centrale a momento costante. Le prove sono state condotte in controllo di forza utilizzando una velocità di carico di circa 1 kn/min. Nei successivi diagrammi è riportato il valore della forza esercitata da ogni singolo pistone. Nelle Figure -5 sono riportati i risultati relativi alla prova eseguita sul pannello P1; in particolare, nelle Figure -3 sono riportati, in funzione del carico applicato, la freccia assoluta in mezzeria e la freccia relativa della sezione di mezzeria rispetto ai punti di applicazione delle forze (riguardante quindi il tratto di pannello a flessione costante); la prima misura si basa sull ipotesi che gli appoggi del pannello non abbiano manifestato alcun spostamento in direzione verticale, ipotesi realistica considerando il modesto livello di carico raggiunto. Per la valutazione dello scorrimento relativo tra le due solette del pannello sono state applicate allo stesso due coppie di LVDT disposti a croce e vincolati alle estremità alle due solette (LVDT indicati con la sigla L1-L in Figura 1b). A partire dalle misure di allungamento ed accorciamento fornite dai due LVDT costituenti ogni coppia, si è segue, pag. /1

3 ottenuto un valore approssimato dello scorrimento δ tra le due solette utilizzando l espressione: δ = B L LVDT H, (1) dove B e H sono, rispettivamente, larghezza e altezza della croce (Figura 1b) mentre L LVDT si ottiene sottraendo alla lunghezza iniziale della diagonale la semidifferenza degli spostamenti rilevati lungo le due diagonali dalla coppia di strumenti. Tale espressione fornisce il valore esatto dello scorrimento nel caso in cui le due solette si mantenessero tra loro parallele; tale circostanza non si è verificata nel caso del pannello 1, a causa di una discontinuità nel getto tra cordolo di estremità ed una delle due solette del pannello. In Figura sono riportati gli scorrimenti ottenuti secondo la (1) nelle due posizioni di estremità dei pannelli in funzione del carico verticale applicato. In Figura 5, infine, sono riportate le deformazioni longitudinali rilevate mediante gli estensimetri al centro della soletta compressa durante la prova di carico. I due estensimetri, posti sull asse longitudinale del pannello, in prossimità della mezzeria e quindi nel tratto a momento costante, hanno fornito risultati del tutto analoghi. Nelle Figure -9 sono riportati risultati analoghi a quelli appena descritti ma relativi alla prova eseguita sul pannello P, avente un altezza dello strato di polistirene pari a circa cm. In Figura 1 sono riportate, inoltre, le deformazioni misurate all intradosso della soletta tesa. Ad un livello di carico pari a. kn si è verificata la fessurazione del calcestruzzo (teso) della soletta. In corrispondenza di tale livello di carico si è quindi osservato un significativo incremento di deformabilità, evidenziato nelle Figure, 7, e di sollecitazione nel calcestruzzo compresso (Figura 9). segue, pag. 3/1

4 Pannello P1 - s=1 cm Pannello P - s= cm (a) L1 L E1 E L3 L H B E3 L5 L L7 95 cm 5 cm 5 cm 95 cm cm Figura 1: (a) Sezione trasversale dei due pannelli sottoposti a prova e (b) schema del set-up sperimentale con indicazione degli strumenti di misura. (b) segue, pag. /1

5 3.1 Pannello P Spostamento [mm] Figura : Spostamento verticale assoluto nella mezzeria del pannello (LVDT L) Spostamento [mm] Figura 3: Spostamento verticale relativo tra la sezione di mezzeria del pannello P1 e quelle di applicazione delle due forze (porzione di pannello a momento costante). segue, pag. 5/1

6 1 1 LVDT 1- LVDT Scorrimento [mm] Figura : Scorrimento relativo tra le due solette del pannello P1; misure fornite dalle due coppie di strumenti L1-L e L3-L. 1 1 E1 E Deformazione [με] Figura 5: Deformazioni longitudinali misurate all estradosso della soletta compressa del pannello P1. segue, pag. /1

7 3. Pannello P Spostamento [mm] Figura : Spostamento verticale assoluto nella mezzeria del pannello P (LVDT L) Spostamento [mm] Figura 7: Spostamento verticale relativo tra la sezione di mezzeria del pannello P e quelle di applicazione delle due forze (zona a momento costante). segue, pag. 7/1

8 1 1 LVDT 1- LVDT Scorrimento [mm] Figura : Scorrimento relativo tra le due solette del pannello P; misure fornite dalle due coppie di strumenti L1-L e L3-L. 1 1 E1 E Deformazione [με] Figura 9: Deformazioni longitudinali misurate all estradosso della soletta compressa del pannello P. segue, pag. /1

9 Deformazione [με] Figura 1: Deformazioni longitudinali misurate all intradosso della soletta tesa del pannello P. segue, pag. 9/1

10 FOTOGRAFIE Foto 1: Pannello 1 Vista del sistema di prova con il pannello in posizione. Foto : Pannello 1 Particolare di una coppia di LVDT per la misure dello scorrimento tra le solette. segue, pag. 1/1

11 Foto 3:Pannello 1 Disposizione degli estensimetri nella mezzeria della soletta compressa. Foto : Pannello Vista del sistema di prova con il pannello in posizione. segue, pag. 11/1

12 Foto 5: Pannello Particolare di una coppia di LVDT per la misure dello scorrimento tra le solette. Foto : Pannello Disposizione degli LVDT per la misura degli abbassamenti del pannello e dell estensimetro all intradosso della soletta tesa. segue, pag. 1/1

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