Ricerca S1 VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO CON CARICO ASSIALE CENTRATO ED ECCENTRICO (INSTABILITÀ), N, N+M

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1 Ricerca S1 VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO CON CARICO ASSIALE CENTRATO ED ECCENTRICO (INSTABILITÀ), N, N+M S1 Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+ M S2 Valutazione del comportamento a compressione e taglio nel piano, N + T// S3 Valutazione del comportamento a taglio fuori dal piano, T S4 Valutazione del comportamento a flessione fuori dal piano, T + M S5 Valutazione del comportamento sotto azioni eccezionali S6 Caratterizzazione dinamica delle pareti Nidyon NYSP S7 Valutazione del comportamento sotto carichi ciclici agenti nel piano delle pareti Nidyon NYSP senza aperture S8 Valutazione del comportamento sotto carichi ciclici agenti nel piano delle pareti Nidyon NYSP con aperture S9 Valutazione del comportamento sotto carichi ciclici agenti nel piano di una porzione di struttura a due piani con sviluppo in pianta ad H S1 Valutazione del comportamento sotto carichi ciclici agenti nel piano e fuori dal piano delle pareti Nidyon NYSP senza aperture e in differenti condizioni di vincolo S11 Valutazione del comportamento sotto carichi ciclici di connessioni tra pareti Nidyon NYSP ortogonali S12 Sviluppo di una metodologia progettuale sulla base degli studi condotti e delle risultanze sperimentali ottenute Il Direttore Tecnico Dott. Ing. Daniele Malavolta Gennaio 211

2 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO CON CARICO ASSIALE CENTRATO ED ECCENTRICO (INSTABILITÀ), N, N+M I consulenti: Dott. Ing. Gilberto Dallavalle Prof. Ing. Tomaso Trombetti Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 1

3 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna Sommario Introduzione Formule predittive di riferimento Osservazioni Calcolo delle eccentricità Valutazione della snellezza e del coeff. di riduzione del carico di rottura Verifica di stabilità Resistenza a pressoflessione e stabilità di forma Le prove sperimentali Generalità Caratteristiche degli elementi provati Modalità di prova Risultati ottenuti Interpretazione dei risultati ottenuti Generalità Applicazione delle formule predittive Confronto analitico sperimentale Conclusioni Rapporto di prova n. 379 del 27/6/2 LA.P.S. Università di Bologna...12 Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 2

4 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna Introduzione Obiettivo del presente lavoro di ricerca è quello di valutare il comportamento delle pareti sandwich Nidyon NYSP nei confronti di azioni verticali di compressione centrata ed eccentrica, al fine di verificare se le formule predittive adottate (di cui al paragrafo seguente) sono in grado di cogliere tale comportamento e possono quindi essere utilizzate nella progettazione. Nei paragrafi seguenti, verranno riportate: 1. le formule predittive per la valutazione teorica della resistenza a sforzo normale centrato ed eccentrico; 2. una breve descrizione delle prove sperimentali effettuate e dei risultati ottenuti; 3. il confronto analitico-sperimentale tra i risultati teorici ottenuti mediante le formule predittive e i corrispondenti risultati sperimentali. In allegato al presente documento si riporta una copia completa del rapporto di prova redatto dal laboratorio ufficiale. L'originale è conservato presso la sede dell'azienda. I riferimenti ad altri allegati utili per la comprensione dei contenuti della presente ricerca sono citati di volta in volta nel testo. 1. Formule predittive di riferimento 1.1 Generalità Quanto riportato nella presente sezione riprende integralmente le formulazioni predittive presenti nella Circ.LL.PP. 11 Agosto 1969 n 69 (capp. da 3.4 a 3.6) e nelle Istruzioni CNR 125/84 (parte III, capp e 2.3.1), le quali si riferiscono in modo specifico, a pannelli in calcestruzzo normale o leggero ed a sezione piena o alleggerita (cfr CNR 125/84, parte III, cap. 1.1 Oggetto ). In particolare, le formule predittive ed il procedimento di calcolo riportato in tali normative tecniche e qui utilizzate permette di valutare la stabilità sotto carico assiale centrato o eccentrico di pareti a sezione piena o alleggerita. Tale procedimento deriva, fra l altro, dalle "Raccomandazioni internazionali unificate per il calcolo e l'esecuzione delle strutture a grandi pannelli" (C.E.B. 1969). Si tratta quindi di un metodo di calcolo già codificato in normative tecniche che possono essere certamente considerate di comprovata validità. Nella ricerca qui presentata il citato metodo di calcolo viene utilizzato per valutare la stabilità sotto carico assiale centrato ed eccentrico delle pareti Nidyon NYSP. Esso è così articolato: a) ricerca dell'eccentricità equivalente "e o " ; b) calcolo della snellezza ridotta "λ"; c) calcolo del coefficiente "F" riduttore del carico di rottura a compressione semplice. d) confronto fra carico sollecitante e carico resistente. Obiettivo principale della ricerca qui presentata è, infatti, quello di verificare la effettiva applicabilità dei metodi di calcolo previsti nelle normative di cui sopra 1 alle strutture a pareti portanti di tipo sandwich Nidyon NYSP. 1 In merito all applicabilità delle normative qui richiamate nell ambito dell inquadramento previsto dal DM 14/1/28, si veda quanto è da esso contemplato nel cap. 12 Riferimenti Tecnici. Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 3

5 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna 1.2 Calcolo delle eccentricità L'eccentricità iniziale di calcolo, o del primo ordine, è la distanza del centro di pressione della sollecitazione di calcolo dal piano meccanico, calcolata senza tenere conto della deformazione; essa si ottiene come sovrapposizione delle "eccentricità strutturali" e delle eccentricità generate dalle azioni esterne: e = e strutt. + e azioni. ( ) ( ) L' eccentricità strutturale di calcolo nella mezzeria del pannello viene così valutata: ( ) ( ) ( ) e strutt. =.3 e + e +.4 e e + e s i s i p In tale espressione le grandezze e s, e i sono le eccentricità delle risultanti ai vincoli superiore ed inferiore, per la valutazione di e s e di e i si utilizzano le seguenti indicazioni (con riferimento alla Figura 2): - all'estremità inferiore la risultante si suppone applicata nel baricentro della sezione di contatto; - all'estremità superiore si ipotizza il diagramma triangolare delle pressioni di contatto dovute al solaio (reazione ad 1/3 della superficie di appoggio), mentre il carico proveniente dalle pareti superiori ha un'eccentricità dipendente dalla disposizione relativa; Nella precedente espressione la grandezza e p rappresenta invece l'eccentricità non intenzionale dovuta al difetto di verticalità, che in mancanza di determinazione sperimentale si assume pari a: ep =.3 h L'eccentricità dovuta alle azioni esterne, e (sisma, vento, variazioni termiche), si valuta dividendo il momento flettente associato a tali azioni per lo sforzo normale unitario presente nella sezione di mezzeria del pannello come di seguito sinteticamente riportato in caso di azione esterna pari al sisma: 2 qsisma H M sisma Msisma = e( azioni) = esisma =. 12 N Figura 1: Eccentricità dovute ai solai ed alle pareti sovrastanti. Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 4

6 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna 1.3 Valutazione della snellezza e del coeff. di riduzione del carico di rottura Nella letteratura tecnica viene individuato il parametro α, definito come "caratteristica elastica" del calcestruzzo, che esprime la relazione fra il modulo di elasticità iniziale del conglomerato e la resistenza media a compressione; con opportuni coefficienti risulta possibile tenere in conto l'effetto del permanere del carico e del fluage del conglomerato. Le istruzioni C.N.R. accolgono sostanzialmente tale formulazione e pongono: α = 1 ( 1+ β ξ) in cui: β = coeff. di deformazione differita = 1.4 ξ = rapporto fra carico di lunga durata e carico totale. Si definisce snellezza ridotta della parete il rapporto: λ = l s α 12 ( ) in cui s è lo spessore della parete e l è la lunghezza libera d'inflessione che, nell'ipotesi di articolazione alle estremità, risulta coincidente con l'altezza della medesima; in condizione di continuità delle pareti sovrapposte si può assumere l =.8 l. 1.4 Verifica di stabilità Riferendosi alle Istruzioni C.N.R. 125/84, la verifica di stabilità assume quindi la seguente forma: n n, γ < φ n f, γ in cui: n è l azione sollecitante di calcolo; Sd n è l azione resistente di calcolo; Rd ( ) ( ) Sd k f Rd k m n k γ f f k γ m φ è il valore caratteristico dell azione considerata; è il coeff. amplificatore del valore caratteristico; è la resistenza caratteristica del materiale; è il coeff. riduttore della resistenza caratteristica; è il coeff. riduttore del carico resistente. Nel caso di pareti in conglomerato cementizio soggette a sforzi di compressione, si ottiene: n = n γ = n Sd k f k 1.5 f.83 R n A.85 A ck ck Rd = = γ c 1.5 Lo sforzo normale unitario ultimo di calcolo n Rd che la parete può raggiungere, viene ridotto del coefficiente φ, funzione di e s e λ secondo il grafico riportato nelle summenzionate normative (Figura 3) il coeff. Riduttore φ ingloba sia l'effetto dell'instabilità che l'effetto dei carichi di lunga durata. Quindi il metodo di verifica sostanzialmente consiste nel confrontare il carico di esercizio (valore caratteristico di calcolo) con l'azione normale resistente ridotta con il coeff. φ ; conglobando tutti i coeff. in un unico coefficiente di sicurezza si ottiene la seguente espressione del carico ultimo di riferimento:.83 Rck 1 n = φ A γ f Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 5

7 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna Il coeff. riduttore φ viene appunto ottenuto dal grafico riportato nella Figura 3, in funzione del rapporto e s e della snellezza λ. La verifica in oggetto si effettua sulla sezione orizzontale a metà altezza della parete, ove sono maggiori gli effetti delle azioni orizzontali e diventa massima l amplificazione delle eccentricità iniziali. Figura 2 : Coefficiente riduttore del carico di rottura. 1.5 Resistenza a pressoflessione e stabilità di forma Quando lo sforzo normale non risulta uniforme lungo la sezione del pannello la verifica verrà compiuta nei seguenti punti della sezione stessa (y = larghezza della zona compressa, L = altezza parete, B = lunghezza parete): - al bordo libero, nel caso di pannello con un bordo verticale vincolato e con (L/B) < 1; - a metà della larghezza del pannello, nel caso siano vincolati entrambi i bordi verticali e con (L/B)<.5; - negli altri casi ad una distanza dal bordo più compresso pari alla minore fra le due grandezze "L/4, y/3". Occorre inoltre verificare alla sola flessione composta (cioè ponendo λ = ) la generatrice maggiormente compressa (Figura 4). Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 6

8 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna Figura 3: Resistenza a pressoflessione e stabilità di forma. Si fa presente come quanto sopra esposto è sostanzialmente illustrato anche nel cap. 4 del Documento Metodo costruttivo antisismico NIDYON per la realizzazione in opera di strutture a pareti portanti anche in combinazione con elementi strutturali tradizionali - Relazione tecnica illustrativa e nel cap. 6.5 del Documento Linee guida per la progettazione di strutture a pareti portanti in conglomerato cementizio debolmente armato realizzate secondo la tecnologia costruttiva Nidyon Pannello Singolo Portanti (NYSP), entrambi allegati alla ricerca S Le prove sperimentali 2.1 Generalità La campagna di prove sperimentali è stata condotta fra il marzo e l aprile del 22, presso il Laboratorio Prove Strutture (LAPS) del Dipartimento DISTART dell Università degli Studi di Bologna. Le prove sono state ideate e progettate dal Prof. Ing. C. Ceccoli e dal suo gruppo di lavoro (composto dal Prof. Ing. T. Trombetti e dal Dott. Ing. M. G. Dallavalle). Le prove sono state eseguite sotto il coordinamento del Responsabile del Laboratorio, Prof. Ing. M. Savoia. 2.2 Caratteristiche degli elementi provati Il rapporto di prova fornisce i dettagli relativi alle caratteristiche degli elementi provati, che sono di seguito riassunte. Le prove sono state eseguite su 8 pareti sandwich Nidyon NYSP di dimensioni pari a cm, di spessore complessivo pari a 14 cm (ovvero 4+6+4cm). Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 7

9 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna Alle estremità (superiore ed inferiore) delle pareti sono stati realizzati due cordoli in c.a. di sezione 14 2 cm armati con 2+2φ12 longitudinali e staffoni a C φ8/15 cm, al fine di garantire l'efficace collegamento con la parete stessa, per agevolare le operazioni di trasporto, sollevamento e applicazione del carico e per simulare la presenza dei collegamenti con i solai e le strutture di fondazione. 2.3 Modalità di prova Il rapporto di prova fornisce i dettagli relativi alle modalità di prova, che sono di seguito riassunte. Le prove sono state condotte con sforzo assiale crescente secondo lo schema statico riportato nella figura 4, riportata a fianco. La forza di compressione è stata applicata alle pareti imponendo differenti valori di eccentricità (e =, e = 25 ed e = 5 mm). Tali valori di eccentricità sono stati individuati con riferimento a quanto indicato dalle CNR 125/84 Istruzioni per il progetto,l'esecuzione e il controllo delle strutture prefabbricate in conglomerato cementizio armato e per le strutture costruite con sistemi industrializzati relativamente ai pannelli gettati in opera in conglomerato cementizio debolmente armato. Figura 4. Schema statico. 2.4 Risultati ottenuti Il rapporto di prova fornisce i dettagli relativi ai risultati ottenuti, che sono di seguito riassunti. In Tabella 1 sono riportati, per ogni parete sandwich provata, l'eccentricità nominale imposta associata all'applicazione del carico e, i valori di forza raggiunti per ognuno dei cicli di carico effettuati F, i corrispondenti valori di spostamento orizzontale v h misurati nella mezzeria della parete ed i corrispondenti valori medi valutati su ogni ciclo. L'ultimo ciclo è quello a cui corrisponde la rottura della parete. Tabella 1: Eccentricità di applicazione del carico, valori di forza massima applicata e spostamenti orizzontali medi rilevati in mezzeria corrispondenti ai valori massimi di forza per i vari cicli di carico effettuati. Cicli di carico Parete e F v h F v h F v h F v h F v h [mm] [kn] [mm] [kn] [mm] [kn] [mm] [kn] [mm] [kn] [mm] media media Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 8

10 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna Cicli di carico media Per ciascun valore di eccentricità imposta, il valore medio delle forze massime raggiunte, durante ciascuna prova, in corrispondenza dell ultimo ciclo di carico applicato, è stato assunto come valore della resistenza sperimentale D. In particolare: Dexp ( e= ) = 1429 kn ; exp Dexp ( e= 25mm) = 1347 kn ; Dexp ( e= 5 mm) = 846 kn. Dai risultati riportati in tabella 1 è possibile desumere le seguenti considerazioni: le pareti sandwich mostrano di essere in grado di sopportare elevati valori di sforzo assiale (a riguardo si veda quanto riportato nel paragrafo seguente concernente l'interpretazione dei risultati di prova); per valori di eccentricità contenuti (e = 25 mm) il carico di rottura è solo lievemente inferiore rispetto al valore ottenuto imponendo un'eccentricità nominale nulla. Ciò significa che o o anche le pareti provate con valore di eccentricità imposta e = mm sono in realtà soggette a eccentricità non intenzionali (imperfezioni dovute alle tolleranze di esecuzione); anche in presenza di imperfezioni (come difetti di verticalità) o di carichi assiali applicati in maniera eccentrica (solai appoggiati su pareti perimetrali) le pareti sandwich rispondono egregiamente, manifestando solo una debole riduzione del carico di rottura (del 5.7 % rispetto al valore medio ottenuto imponendo e = mm); per valori di eccentricità elevati (e = 5 mm) il carico di rottura si riduce notevolmente (di circa il 4% rispetto al valore medio ottenuto imponendo e = mm). 3. Interpretazione dei risultati ottenuti 3.1 Generalità In questa sezione viene fornita l interpretazione dei risultati delle prove sperimentali condotte. In particolare: Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 9

11 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna nella sezione 3.2 vengono valutate due differenti resistenze teoriche R, entrambe ottenute applicando le formule predittive definite al capitolo 1: o o R d (resistenza teorica di progetto) la resistenza calcolata utilizzando le resistenze di progetto (design strengths) dei materiali f yd, f cd ; R act (resistenza teorica effettiva) la resistenza calcolata utilizzando le resistenze effettive (actual strengths) dei materiali f yact,, f cact, ; nella sezione 3.3 viene effettuato il confronto fra le risultanze sperimentali ottenute D exp corrispondenti previsioni teoriche R act e R d ; infine, nella sezione 3.4 vengono sinteticamente riportate le conclusioni dedotte in seguito all interpretazione analitico-sperimentale svolta. 3.2 Applicazione delle formule predittive Si considerano i seguenti dati di partenza: β = 1.4 ; ξ = 1; s = = 14 cm; l = 29 cm ( ) 2 A = s ca.. = = 896 cm Resistenze dei materiali (calcestruzzo di classe C25/3): resistenze di progetto; αcc fck dan fcd = = = γ c 1.5 cm resistenze effettive stimate; dan f cact, = 25 cm 2, e le Applicando le formule predittive riportate nel cap. 1, si ottengono i risultati di seguito riportati: α = 1 1+ β ξ = = 417 ( ) ( ) α ( s ) ( ) λ = l = = 1.1 Per λ = 1.1, la figura 3 consente di ricavare i seguenti valori del parametro φ in funzione dei tre valori di eccentricità imposte alle pareti sandwich provate; in particolare: - Per e = e = s φ =.4; - Per e = 25 mm e.25 = =.2 s 14 φ =.35 ; - Per e = 5 mm e.5 = =.4 s 14 φ =.31; Le formule predittive consentono di valutare i seguenti valori di sforzo assiale ultimo in funzione del valore di eccentricità imposta; in particolare considerando le: resistenze di progetto dei materiali si ha: Rd ( ) cd ( ) ( ) N e = = f A φ =.83 R A φ = = 52 kn Rd ck N e = 25 mm = f A φ =.83 R A φ = = 439 kn Rd cd N e = 5 mm = f A φ =.83 R A φ = = 389 kn cd ck ck Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 1

12 STUDIO CECCOLI E ASSOCIATI Piazza di Porta Maggiore, Bologna resistenze effettive dei materiali si ha: N e = = f A φ =.83 R A φ = = 896 kn ( ) ( ) ( ) R,act cact, ck N e = 25 mm = f A φ =.83 R A φ = = 784 kn Ract, cact, ck N e = 5 mm = f A φ =.83 R A φ = = 694 kn R, act c, act ck 3.3 Confronto analitico sperimentale In tabella 2 i risultati teorici ottenuti in termini di sforzo assiale massimo portato dalla parete vengono confrontati con i risultati sperimentali corrispondenti. In particolare si riportano, per i tre differenti valori di eccentricità imposti, (i) le resistenze teoriche di progetto, R, (ii) le resistenze teoriche effettive, R, (iii) i corrispondenti risultati sperimentali, D exp. Tabella 2: Confronto tra i risultati ottenuti applicando le formule predittive e i corrispondenti risultati sperimentali. R d R act D exp [kn] [kn] [kn] e = e = 25 mm e = 5 mm Conclusioni Dalle correlazioni analitico sperimentali di cui sopra, è possibile concludere quanto segue: sia le resistenze teoriche di progetto R d, sia quelle effettive R act, forniscono valori sensibilmente inferiori rispetto alle resistenze sperimentali D ottenute. Ciò significa che il metodo generale di exp verifica proposto risulta essere ampiamente cautelativo; in particolare, le formule predittive colgono in maniera maggiormente cautelativo il comportamento soprattutto per quanto riguarda i casi che accadono più di frequente nella pratica, in cui le pareti sono soggette a imperfezioni o sollecitazioni tali da applicare valori di eccentricità moderati (compresi fra e 25 mm); ciò consente di dedurre la sostanziale applicabilità del metodo generale di verifica per le strutture a pareti portanti previsto dalla Circolare 69/69 e dalle CNR 125/84 anche per le pareti gettate contro un supporto e non all interno di un cassero, come quelle ottenibili con il metodo costruttivo Nidyon NYSP; l unica variazione che può essere opportuno effettuare consiste nella necessità di tenere conto di eccentricità aggiuntive; precisamente, le eccentricità ai vincoli superiore ed inferiore della parete dovranno essere ottenute sommando la usuale componente nominale (che tiene conto della posizione geometrica delle risultanti dei carichi, come indicato nella fig. 1) ad una componente non intenzionale, costituita dai seguenti termini: o eccentricità dovuta ad imprecisioni di posa dei pannelli = 1 mm; o eccentricità dovuta all indeterminazione del piano meccanico medio =.3 s. Inoltre, fra le eccentricità dovute alle azioni esterne dovrà essere considerata quella di origine termica (e ΔT ), ovviamente da sommare a quelle generate dal sisma (e sisma ) o dal vento (e vento ). In definitiva, la presente ricerca ha permesso di stabilire come il metodo generale di verifica per le strutture a pareti portanti previsto dalla Circolare 69/69 e dalle CNR 125/84 sia sostanzialmente applicabile anche alle strutture a pareti sandwich Nidyon NYSP, avendo cura di considerare, durante la progettazione, le eccentricità aggiuntive sopra descritte. d act Valutazione del comportamento con carico assiale centrato ed eccentrico (instabilità), N, N+M 11

13 Laboratorio Prove Strutture Bologna, Viale Risorgimento, 2 Tel Fax UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BOLOGNA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELLE DISTART STRUTTURE, DEI TRASPORTI, DELLE ACQUE, DEL RILEVAMENTO, DEL TERRITORIO Bologna, 2/6/2 Pos. 33/2 Prova a rottura con carico assiale centrato ed eccentrico su pannelli prodotti dalla Nidyon Costruzioni S.p.A. di Santarcangelo di Romagna. 1. PREMESSA Nella presente relazione sono riportate le misure di spostamento e deformazione eseguite durante le prove a rottura con carico assiale centrato ed eccentrico su n 8 pannelli prodotti dalla Nidyon Costruzioni S.p.A.. Le prove sono state effettuate nei giorni 19, 21, 26, 28 Marzo 22, 11, 22 e 23 Aprile 22 da personale del Laboratorio Prove Strutture del DISTART dell'università di Bologna, in seguito a domanda presentata in data 14 Gennaio 22 da parte della Società Nidyon Costruzioni S.p.A. di Santarcangelo di Romagna (RN). I pannelli in oggetto hanno dimensioni di cm ed uno spessore complessivo di 14 cm. Ogni pannello è costituito da due solette esterne in c.a. di spessore pari a circa 4 cm, fra le quali è interposto uno strato di polistirolo di forma ondulata; le due solette sono tra loro collegate mediante connettori metallici di diametro 3 mm saldati alle 2 reti elettrosaldate annegate nelle solette. I pannelli presentano alle estremità superiore ed inferiore due cordoli in c.a. di sezione 14 2 cm armati, ognuno, con 2+2 φ12 longitudinali e staffoni a C φ8/15" al fine di garantire l'efficace collegamento con il pannello (vedi Figura 1a). L'inserimento dei cordoli alle estremità dei pannelli è stata effettuata per agevolare le operazioni di trasporto, sollevamento e applicazione del carico. L'altezza dei pannelli è del tipo di quelle usuali per gli edifici di civile abitazione ed i cordoli simulano anche la presenza dei collegamenti con i solai e le strutture di fondazione. Le prove sono state condotte disponendo i pannelli in verticale con i cordoli inseriti all'interno di opportuni elementi a in grado di applicare la voluta eccentricità del carico (Figura 1b). Il carico verticale è stato applicato mediante una pressa idraulica. Il Coordinatore del Laboratorio Il Direttore Prof. Marco Savoia Prof. Marco Savoia Prof. Marco Unguendoli

14 Hanno presenziato allo svolgimento delle prove o di parte di esse: gli Ingg. Cutini e Tomassoni della Nidyon, l'ing. Dalla Valle, consulente dell'impresa, il Prof. Ing. M. Savoia (Responsabile della Prova) e l'ing. C. Mazzotti del DISTART. 2. STRUMENTAZIONE DI MISURA IMPIEGATA La strumentazione impiegata per la misura degli spostamenti è costituita da sei trasduttori di spostamento induttivi (LVDT) W5 della H.B.M. con precisione dell'ordine del centesimo di mm; per la misura delle deformazioni sono stati utilizzati estensimetri di lunghezza pari a 6 cm con una precisione pari a circa 1 µε; per la misura della forza applicata è stato utilizzato un trasduttore di pressione con una precisione di circa 5 kn. Il pannello è stato caricato mediante una pressa idraulica, con capacità massima pari a 6 kn. I trasduttori di spostamento sono stati utilizzati per misurare gli spostamenti orizzontali (cioè fuori dal piano del pannello). Sono stati fissati ad una faccia del pannello ed in particolare: due trasduttori sono stati fissati in prossimità dell'estremità superiore del pannello vicino ai bordi laterali (pos. 1 e 4 di Figura 1b), altri due sono stati posizionati in corrispondenza della mezzeria (pos. 2 e 5 di Figura 1b) e gli ultimi due sono stati collocati in prossimità dell'estremità inferiore, sempre vicino ai bordi laterali (pos. 3 e 6 di Figura 1b). I due estensimetri, incollati sulle due facce del pannello in corrispondenza della mezzeria (E1, E2 in Figura 1b), sono stati utilizzati per misurare le deformazioni in direzione verticale. I segnali forniti dalla strumentazione impiegata (i 6 trasduttori di spostamento, i 2 estensimetri ed il trasduttore di pressione della pressa) sono stati registrati attraverso una scheda di acquisizione National Instruments ed elaborati mediante opportuno software di calcolo (Labview 6.). 3. MISURE EFFETTUATE Ognuno degli otto pannelli è stato sottoposto a cicli di carico e scarico di ampiezza massima crescente fino a raggiungere il carico di rottura. Le prove sono state condotte con una velocità di incremento della forza pari a circa 1.5 kn/s. Al termine di ogni ciclo, il carico è stato mantenuto per un minuto circa prima di iniziare la procedura di scarico. La forza di compressione è stata applicata ai pannelli secondo tre valori di eccentricità (valutata nella direzione dello spessore del pannello):, 25 e 5 mm. In Tabella 1, è riportata per ogni pannello l'eccentricità con cui è stata condotta la prova di carico ed i valori di forza raggiunti nei vari cicli di carico, unitamente ai corrispondenti segue, pag. 2/36

15 valori di spostamento orizzontale v h rilevati nella mezzeria del pannello. L'ultimo ciclo corrisponde alla rottura dei pannelli. Per ogni gruppo di prove effettuate con lo stesso valore di eccentricità, sono riportati anche i valori medi di forza e spostamento per tutti i cicli. I medesimi risultati, sempre riuniti per valori omogenei di eccentricità, sono rappresentati graficamente nelle Figure 3a, b, c. Gli spostamenti riportati sono da intendersi sempre come valori medi delle due letture ottenute in corrispondenza dei due bordi laterali del pannello. Per l'interpretazione dei risultati è importante notare che la pressa che applica il carico ai pannelli presenta due cerniere sferiche ad una distanza pari a 8.5 e 7 cm, rispettivamente, dalle estremità superiore e inferiore del pannello (vedi Figure 1b, 2). La rigidezza del sistema di prova consente di affermare che sono trascurabili gli spostamenti orizzontali delle due cerniere. Pertanto, ai fini dell'instabilità, la lunghezza libera di inflessione è pari a 35.5 cm. Inoltre, i trasduttori di spostamento superiori ed inferiori sono posti, rispettivamente, a 32 e 23.5 cm dalle cerniere, per cui gli spostamenti rilevati sono dovuti alla inflessione del pannello. In Figura 4 è riportato il diagramma forza spostamento orizzontale medio v h all'altezza della mezzeria del pannello 1 relativo a tutti i cicli di carico che sono stati effettuati. Nelle Figure 5 e 6 sono riportati i diagrammi forza - spostamento orizzontale medio v h misurato, rispettivamente, alle estremità superiore ed inferiore del pannello. Infine, nella Figura 7 è riportato il diagramma forza - deformazione (misurata su entrambe le facce del pannello) del pannello 1 relativo a tutti i cicli di carico che sono stati effettuati. Analogamente, nelle Figure 8-11, 12-15,,32-35 sono riportati i medesimi diagrammi ma relativi, rispettivamente, ai pannelli 2-8. Infine, nelle Foto 1-22 sono documentate le attrezzature di prova, la disposizione degli strumenti di misura e le modalità di rottura dei pannelli. segue, pag. 3/36

16 Figura 1a: Vista frontale e laterale del pannello tipo impiegato nelle prove (le quote sono in mm). segue, pag. 4/36

17 Carico centrato Carico eccentrico Figura 1b: Vista frontale e laterale del pannello con indicazione della strumentazione utilizzata: trasduttori di spostamento 1-6 ed estensimetri E1, E2 (le quote sono in mm). segue, pag. 5/36

18 355 mm Figura 2: Schema statico per le prove di compressione verticale con carico eccentrico. segue, pag. 6/36

19 Pannello e [mm] Forza [kn] Cicli di carico v h Forza v h Forza v h Forza v h Forza [mm] [kn] [mm] [kn] [mm] [kn] [mm] [kn] v h [mm] media media media Tabella 1: Valori di forza massima applicata e spostamenti orizzontali medi rilevati in mezzeria corrispondenti ai valori massimi di forza per i vari cicli di carico effettuati. Il simbolo "e" indica l'eccentricità del carico assiale. L'ultimo ciclo di carico corrisponde alla rottura del pannello Pannello 1 Pannello 2 Pannello 3 media Figura 3a: Carico verticale e spostamento orizzontale medio v h alla mezzeria del pannello, per i cicli di carico effettuati con eccentricità e = mm. segue, pag. 7/36

20 Pannello 4 Pannello 5 Pannello 6 media Figura 3b: Carico verticale e spostamento orizzontale medio v h alla mezzeria del pannello, per i cicli di carico effettuati con eccentricità e = 25 mm Pannello 7 Pannello 8 media Figura 3c: Carico verticale e spostamento orizzontale medio v h alla mezzeria del pannello, per i cicli di carico effettuati con eccentricità e = 5 mm. segue, pag. 8/36

21 3.1 Eccentricità e = mm Pannello Figura 4: Pannello 1 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio in mezzeria Figura 5: Pannello 1 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità superiore del pannello. segue, pag. 9/36

22 Figura 6: Pannello 1 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità inferiore del pannello Deformazione [µε] Figura 7: Pannello 1 - Diagramma forza - deformazione misurato su entrambe le facce del pannello per tutti i cicli di carico effettuati. segue, pag. 1/36

23 3.1.2 Pannello Figura 8: Pannello 2 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio in mezzeria Figura 9: Pannello 2 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità superiore del pannello. segue, pag. 11/36

24 Figura 1: Pannello 2 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità inferiore del pannello Deformazione [µε] Figura 11: Pannello 2 - Diagramma forza - deformazione misurato su entrambe le facce del pannello per tutti i cicli di carico effettuati. segue, pag. 12/36

25 3.1.3 Pannello Figura 12: Pannello 3 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio in mezzeria Figura 13: Pannello 3 - Diagramma forza - all'estremità superiore del pannello. spostamento orizzontale medio segue, pag. 13/36

26 14 12 Carico verticale[kn] Figura 14: Pannello 3 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità inferiore del pannello Deformazione [µε] Figura 15: Pannello 3 - Diagramma forza - deformazione misurato su entrambe le facce del pannello per tutti i cicli di carico effettuati. segue, pag. 14/36

27 3.2 Eccentricità e = 25 mm Pannello Figura 16: Pannello 4 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio in mezzeria Figura 17: Pannello 4 - Diagramma forza - all'estremità superiore del pannello. spostamento orizzontale medio segue, pag. 15/36

28 Figura 18: Pannello 4 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità inferiore del pannello Deformazione [µε] Figura 19: Pannello 4 - Diagramma forza - deformazione misurato su entrambe le facce del pannello per tutti i cicli di carico effettuati. segue, pag. 16/36

29 3.2.2 Pannello Figura 2: Pannello 5 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio in mezzeria Figura 21: Pannello 5 - Diagramma forza - all'estremità superiore del pannello. spostamento orizzontale medio segue, pag. 17/36

30 Figura 22: Pannello 5 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità inferiore del pannello Deformazione [µε] Figura 23: Pannello 5 - Diagramma forza - deformazione misurato su entrambe le facce del pannello per tutti i cicli di carico effettuati. segue, pag. 18/36

31 3.2.3 Pannello Figura 24: Pannello 6 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio in mezzeria Figura 25: Pannello 6 - Diagramma forza - all'estremità superiore del pannello. spostamento orizzontale medio segue, pag. 19/36

32 Figura 26: Pannello 6 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità inferiore del pannello Deformazione [µε] Figura 27: Pannello 6 - Diagramma forza - deformazione misurato su entrambe le facce del pannello per tutti i cicli di carico effettuati. segue, pag. 2/36

33 3.3 ccentricità e = 5 mm Pannello Figura 28: Pannello 7 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio in mezzeria Figura 29: Pannello 7 - Diagramma forza - all'estremità superiore del pannello. spostamento orizzontale medio segue, pag. 21/36

34 Figura 3: Pannello 7 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità inferiore del pannello Deformazione [µε] Figura 31: Pannello 7 - Diagramma forza - deformazione misurato su entrambe le facce del pannello per tutti i cicli di carico effettuati. segue, pag. 22/36

35 3.3.2 Pannello Figura 32: Pannello 8 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio in mezzeria Figura 33: Pannello 8 - Diagramma forza - all'estremità superiore del pannello. spostamento orizzontale medio segue, pag. 23/36

36 Figura 34: Pannello 8 - Diagramma forza - spostamento orizzontale medio all'estremità inferiore del pannello Deformazione [µε] Figura 35: Pannello 8 - Diagramma forza - deformazione misurato su entrambe le facce del pannello per tutti i cicli di carico effettuati. segue, pag. 24/36

37 4. FOTOGRAFIE 4.1 Disposizione degli strumenti e sistema di prova Foto 1: Sistema di prova: il pannello posizionato in verticale tra le testate della pressa idraulica e gli strumenti di misura degli spostamenti orizzontali (pannello 6). segue, pag. 25/36

38 Foto 2: Strumenti di misura: particolare degli LVDT posizionati in corrispondenza della mezzeria del pannello (pannello 5). Foto 3: Strumenti di misura: particolare degli LVDT posizionati in corrispondenza della parte inferiore del pannello (pannello 5). segue, pag. 26/36

39 Foto 4: Particolare del sistema di ancoraggio inferiore del pannello posizionato in asse con lo stesso (eccentricità nulla, e = ) (pannello 2). Foto 5: Particolare del sistema di ancoraggio inferiore del pannello posizionato in modo da fornire un'eccentricità pari a 5 mm (pannello 7). segue, pag. 27/36

40 4.2 Pannello 1 Foto 6: Pannello 1 - Vista delle deformazioni permanenti del pannello dopo il raggiungimento del carico di rottura. Foto 7: Pannello 1 - Particolare della fessura formatasi all'atto della rottura del pannello. segue, pag. 28/36

41 4.3 Pannello 2 Foto 8: Pannello 2 - Vista dell'elemento rotto in due parti in seguito al raggiungimento del carico di rottura. Foto 9: Particolare della zona danneggiata per schiacciamento in corrispondenza del cordolo superiore del pannello. segue, pag. 29/36

42 4.4 Pannello 3 Foto 1: Pannello 3 - Vista delle deformazioni permanenti del pannello dopo il raggiungimento del carico di rottura. Foto 11: Pannello 3 - Particolare della fessura formatasi all'atto della rottura del pannello. segue, pag. 3/36

43 4.5 Pannello 4 Foto 12: Pannello 4 - Particolare delle deformazioni permanenti del pannello dopo il raggiungimento del carico di rottura. Foto 13: Pannello 4 - Particolare di una superficie laterale apparentemente ancora integra nonostante la rottura del pannello. segue, pag. 31/36

44 Pannello 5 Foto 14: Pannello 5 - Vista delle deformazioni permanenti del pannello dopo il raggiungimento del carico di rottura. segue, pag. 32/36

45 Pannello 6 Foto 15: Pannello 6 - Vista dell'elemento rotto in due parti in seguito al raggiungimento del carico di rottura. Foto 16: Pannello 6 - Particolare delle fessure formatesi all'atto della rottura del pannello. segue, pag. 33/36

46 4.6 Pannello 7 Foto 17: Pannello 7 - Vista dell'elemento rotto in due parti in seguito al raggiungimento del carico di rottura. Foto 18: Pannello 7 - Particolare delle fessure formatesi all'atto della rottura del pannello. segue, pag. 34/36

47 4.7 Pannello 8 Foto 19: Pannello 8 - Vista dell'elemento rotto in due parti in seguito al raggiungimento del carico di rottura. Foto 2: Pannello 8 - Particolare della fessura formatasi per trazione all'atto della rottura del pannello. segue, pag. 35/36

48 Foto 21: Pannello 8 - Particolare della fessura formatasi per compressione all'atto della rottura del pannello. Foto 22: Pannello 8 - Particolare dei ferri che si sono instabilizzati all'interno della soletta compressa quando è stato espulso il copriferro. segue, pag. 36/36