Collegamenti rigidi per telai costituiti da elementi prefabbricati in c.a.

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1 Collegamenti rigidi per telai costituiti da elementi prefabbricati in c.a. Ing. Lorenzo BIANCO Via R. Bitti, Milano tel.-fax Fino ad oggi la realizzazione di collegamenti rigidi tra elementi prefabbricati in c.a. è stato un problema praticamente irrisolvibile. La possibilità di realizzare strutture intelaiate mediante vincoli rigidi tra pilastri e fondazioni e tra travi e pilastri offre innegabili vantaggi economici rispetto alle soluzioni tradizionali adottate per le strutture prefabbricate. Purtroppo l esecuzione di vincoli rigidi tra travi e pilastri ha sempre comportato notevoli difficoltà ed oneri. Per rispondere a queste esigenze costruttive è stato sviluppato un collegamento bullonato semplice ed economico che permette di connettere velocemente i pilastri alle fondazioni e le travi ai pilastri in qualunque situazione ed in qualunque condizione meteorologica. Il sistema è stato studiato in Finlandia. L aspetto economico ed i dettagli per la realizzazione di telai in elementi prefabbricati in c.a. sono stati studiati e testati con il progetto ELECON 1. Nell ambito di questo progetto i sistemi tradizionali di collegamento rigido pilastro-fondazione e trave-pilastro più utilizzati in tutta Europa sono stati confrontati con un sistema che consente di collegare gli elementi prefabbricati tra loro mediante unioni bullonate. Sono state così studiate due tipologie diverse di telai costituiti da elementi prefabbricati collegati tra loro con i sistemi usuali e con collegamenti bullonati per quantificare quale fosse il risparmio di materiale ottenuto. E stato inoltre considerato il tempo impiegato per il montaggio di detti telai. Il calcolo strutturale è stato eseguito secondo l ENV 1992, mentre la lunghezza di ancoraggio dei tirafondi è stata calcolata in base alla resistenza del calcestruzzo utilizzato. 1 Progetto ELECON: progetto di ricerca per collegamenti bullonati (Bolt based connection for precast frames) 1996, Tampere University of Technology Finland.

2 Telai con collegamenti bullonati Collegamento pilastro-fondazione. Il sistema normalmente utilizzato per il collegamento rigido del pilastro alla fondazione è quello di impiegare fondazioni a bicchiere alle quali fissare il pilastro mediante getto integrativo. Figura 1: Fondazione a bicchiere. Figura 2: Collegamento pilastro-fondazione mediante tirafondi collegati al pilastro con getto di sigillatura. Questo sistema è in generale oneroso e richiede fondazioni piuttosto profonde. Il pilastro, durante la fase di montaggio, deve essere provvisoriamente mantenuto in posizione verticale mediante cunei e per pilastri di una certa altezza è necessario inoltre puntellare il pilastro. Anche il sistema schematizzato in figura 2 necessita di puntelli per sostenere il pilastro durante le fasi di montaggio fino a stagionatura avvenuta del getto di sigillatura. Il collegamento bullonato consta dei seguenti elementi: 1. Tirafondi, posizionati prima del getto, nella fondazione. 2. Scarpe per pilastri, che trasmettono i carichi dal piastro ai tirafondi. Le scarpe per pilastri possono essere posizionate sia negli angoli del pilastro che lungo i lati. Le scarpe per pilastri stanno completamente entro la sagoma del pilastro per cui le usuali casseforme non necessitano di alcuna modifica. 3. Dopo che il pilastro è stato montato e i dadi dei tirafondi serrati, lo spazio tra la base del pilastro e la fondazione viene sigillato mediante il getto di malta ad alta resistenza ed antiritiro. Figura 3: Collegamento bullonato pilastro-fondazione. Il collegamento è utilizzabile anche per connessioni pilastro-pilastro.

3 Trasferimento delle sollecitazioni Le scarpe per pilastri trasmettono normalmente i carichi mediante sovrapposizione con i ferri di armatura longitudinale del pilastro. Il calcolo della sezione tra la base del pilastro e la fondazione può essere fatto secondo l ENV Le tensioni di compressione vengono affidate alla malta utilizzata per il getto di completamento e ai tirafondi, le tensioni di trazione derivanti da momenti flettenti vengono assorbite dai tirafondi. La rigidezza del nodo dipende dalle dimensioni della sezione e dal diametro dei tirafondi. Gli sforzi di taglio possono essere assorbiti dai tirafondi, da cordoli in c.a. o da idonee barre a taglio. Durante il montaggio tutti i carichi possono essere affidati ai soli tirafondi. Il tipo di ancoraggio dei tirafondi dipende dalle dimensioni della fondazione. I tirafondi con testa a martello possono essere calcolati per aderenza e per contrasto della testa a martello. I tirafondi possono anche essere ancorati tramite l aderenza acciaiocalcestruzzo calcolati secondo l ENV 1992 (tirafondi HPM/P, PPM/P). Figura 4: Scarpe per pilastri. Figura 5: Tirafondi HPM/L. Montaggio Solitamente si dispone sopra alla fondazione un pacchetto di piastre (dim. 10cm x 10cm) in acciaio fino alla quota del fondo del pilastro. I dadi inferiori vengono abbassati al di sotto della quota esatta, il pilastro viene messo a piombo utilizzando i dadi superiori. Successivamente i dadi inferiori vengono serrati contro la piastra di base delle scarpe per pilastri. In questo modo si ha già un collegamento rigido nella fase transitoria di montaggio e non è necessario alcun altro elemento di sostegno del pilastro. Lo spazio rimasto tra la base del pilastro e la fondazione viene poi gettato con malta ad alta resistenza e antiritiro.

4 Collegamento trave-pilastro Il collegamento rigido trave-pilastro è stato fino ad oggi realizzato attraverso giunti saldati oppure mediante giunti umidi che prevedono il completamento dell armatura metallica con successivo getto di chiusura del nodo. Entrambi i sistemi presentano notevoli difficoltà durante la fase di montaggio e possono rivelarsi molto costosi. Il collegamento bullonato consta dei seguenti elementi: 1. Tirafondi (con o senza manicotti filettati) inseriti nel getto nel pilastro 2. Scarpe per travi inserite nel getto della trave (analoghe alle scarpe per pilastri) 3. Mensole per assorbire lo sforzo di taglio, se richiesto 4. Scanalature ricavate sia sulla superficie del pilastro che all estremità della trave per assorbire lo sforzo di taglio per attrito 5. Dopo aver montato la trave ed aver serrato i dadi, nello spazio tra la trave ed il pilastro viene effettuato un getto di sigillatura con malta ad alta resistenza ed antiritiro. Figura 6: Collegamento bullonato trave-pilastro. Si utilizzano principalmente tre tipi di collegamento diversi: Unione pilastro-trave prefabbricata: Figura 7: La trave è bullonata al pilastro, le scarpe per travi possono avere incavi più profondi. Il collegamento nella parte superiore della trave viene realizzato con tirafondi e manicotti filettati.

5 Collegamento pilastro-trave semiprefabbricata: Figura 8: La trave è bullonata al pilastro, Il collegamento superiore viene realizzato attraverso manicotti filettati con successivo getto in opera, a seconda del tipo di solaio adottato (ad esempio solai realizzati con predalles). Unione pilastro-trave prefabbricata superiore: Figura 9: La trave superiore viene montata analogamente a quanto avviene per le unioni pilastro-pilastro o pilastro-fondazione. I tirafondi possono essere piegati all interno della trave. Trasferimento delle sollecitazioni Le scarpe per travi trasmettono lo sforzo normale attraverso la sovrapposizione con l armatura longitudinale della trave. I tirafondi vengono imbullonati alle scarpe per travi e trasferiscono le sollecitazioni al pilastro. Le sollecitazioni di taglio vengono assorbite solitamente da mensole in c.a.. E possibile creare scanalature nel pilastro e nella trave per assorbire gli sforzi di taglio una volta effettuato il getto di completamento. La lunghezza di ancoraggio può essere calcolato utilizzando l ENV 1992 (ad esempio per sovrapposizione o con piastre di ancoraggio). Sono stati eseguiti test circa l utilizzo di tirafondi con testa a martello per assorbire gli sforzi di trazione. Montaggio Solitamente si dispone un pacchetto di piastre in acciaio sulla mensola in c.a.. La trave viene appoggiata sul pacchetto di piastre, si serrano i dadi. Nello spazio vuoto tra trave e pilastro viene effettuato un getto di sigillatura con malta ad alta resistenza ed antiritiro.

6 Conclusioni Quando gli elementi in c.a. sono fissati tra di loro mediante bullonatura, il collegamento è rigido e non c è bisogno di alcun supporto. Il montaggio non è assolutamente influenzato dalle condizioni meteorologiche. Il tempo di stagionatura richiesto dalla malta utilizzata per l inghisaggio non diventa critico nel processo costruttivo. E stato eseguito anche il confronto tra il tempo richiesto per il montaggio di due telai costituiti da pilastri alti e monopiano (un telaio con collegamenti bullonati ed uno con fondazioni a bicchiere e nodi trave-pilastro a cerniera) -progetto ELECON-, ottenendo una riduzione dei tempi di circa il 35%. Il tempo richiesto per il montaggio di travi collegate rigidamente ai pilastri mediante bullonatura è di gran lunga inferiore a qualunque altro tipo di collegamento rigido. Anche in questo caso il montaggio non è in alcun modo influenzato dalle condizioni meteorologiche mentre si ha già un collegamento rigido in fase di montaggio. E stato inoltre oggetto di ricerca anche il risparmio di materiale per i telai -progetto ELECON-. Il quantitativo totale di calcestruzzo ed acciaio utilizzati per realizzare telai rigidi può essere inferiore del 30% rispetto a telai realizzati con i collegamenti usuali. Il risparmio di materiale comincia già in fondazione. La quantità di terreno che deve essere scavato è inferiore rispetto alle fondazioni a bicchiere così come si riduce la lunghezza dei pilastri. Il collegamento rigido travi pilastri consente di ridurre inoltre il momento flettente al piede dei pilastri. I collegamenti rigidi bullonati per elementi prefabbricati in c.a. offrono una soluzione economica e veloce alternativa agli usuali sistemi di collegamento. La realizzazione di collegamenti rigidi pilastri-fondazioni e travi-pilastri risulta in questo modo semplificata e veloce. I vantaggi in fase di montaggio propri delle strutture in acciaio possono essere così applicati alle strutture prefabbricate in c.a..