Lezione PONTI E GRANDI STRUTTURE. Prof. Pier Paolo Rossi Università degli Studi di Catania

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1 Lezione PONTI E GRANDI STRUTTURE Prof. Pier Paolo Rossi Università degli Studi di Catania

2 Punzonamento

3 Considerazioni Il pericolo del punzonamento sussiste nelle piastre con appoggio o carico puntiforme. Ovvero, esso può risultare da un carico concentrato o da una reazione agente su un area relativamente piccola di una piastra o di una fondazione, genericamente definita area caricata. 3

4 Considerazioni Con le piastre con appoggio a punti oppure nelle piastre di fondazione per pilastri singoli, nella zona dei pilastri si producono momenti principali che ambedue negativi si sviluppano in cerchi concentrici e radialmente, originando fessurazioni circolari da flessione che a causa della contemporanea presenza di taglio proseguono nella piastra con una leggera inclinazione. Linee dei momenti principali di un solaio a fungo sottoposto ad un carico uniformemente ripartito 4

5 Modalità di fessurazione e collasso Per bassi valori del carico le dilatazioni tangenziali sono maggiori di quelle radiali. Per tal motivo si producono dapprima delle fessurazioni radiali e solo agli stadi superiori di carico alcune poche fessurazioni circolari Carico di servizio Carico di collasso tratto da F. Leonhardt: Calcolo di progetto e tecniche costruttive 5

6 Considerazioni tratto da F. Leonhardt: Calcolo di progetto e tecniche costruttive 6

7 Generalità La resistenza a taglio deve essere verificata lungo un perimetro critico definito. 2d 2d =arctan(0.5) 2d 2d 7

8 Generalità Nelle piastre di fondazione il taglio agente può essere ridotto per tenere conto della reazione del terreno all interno del perimetro critico. 2d 2d =arctan(0.5) 2d 2d 8

9 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento Il procedimento di calcolo per il taglio punzonamento si fonda sulle verifiche alla faccia del pilastro al perimetro di verifica di base u 1. Attenzione: Se è richiesta l armatura a taglio, si raccomanda che un ulteriore perimetro di verifica u out,ef sia trovato laddove l armatura a taglio non è più richiesta. tratto da: Eurocodice 2 9

10 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento 2d r cont A Sezione di base per la verifica B Area di verifica di base A cont C Perimetro di verifica di base, u 1 = arctan (1/2)= 26,6 D Area caricata A load Ulteriore perimetro di verifica r cont tratto da: Eurocodice 2 10

11 Distribuzione del carico e perimetro di verifica di base Il perimetro di verifica di base u 1 può generalmente essere collocato a una distanza 2.0 d dall area caricata e si raccomanda che sia definito come quello di minima lunghezza. tratto da: Eurocodice 2 11

12 Distribuzione del carico e perimetro di verifica di base L altezza utile della soletta è supposta costante e può generalmente essere assunta pari a: d eff dove d y e d z sono le altezze utili relative alle armature poste nelle due direzioni ortogonali. d y d 2 z tratto da: Eurocodice 2 12

13 Distribuzione del carico e perimetro di verifica di base Per aree caricate in prossimità di aperture, se la minor distanza fra il perimetro dell area caricata e il bordo dell apertura non supera 6d, si ritiene inefficace la parte del perimetro di verifica contenuta entro le due tangenti tracciate dal centro dell area caricata fino al contorno del foro tratto da: Eurocodice 2 13

14 Distribuzione del carico e perimetro di verifica di base Per piastre con pilastri muniti di capitello circolare per le quali l H < 2.0 h H, una verifica delle tensioni di taglio punzonamento è richiesta solo sulla sezione di verifica al di là del capitello. tratto da: Eurocodice 2 14

15 Distribuzione del carico e perimetro di verifica di base La distanza di questa sezione dal centro del pilastro r cont può essere assunta come: dove: l H c r cont = 2d + l H + 0.5c è la distanza della faccia del pilastro dal bordo del capitello; è il diametro del pilastro circolare. tratto da: Eurocodice 2 15

16 Distribuzione del carico e perimetro di verifica di base Nel caso di un pilastro rettangolare con un capitello rettangolare con l H < 2.0d e le dimensioni complessive l 1 e l 2 (l 1 = c 1 +2l H1, l 2 = c 2 +2l H2, l 1 l 2 ), per il valore r cont può essere assunto il minore fra: r cont = 2d + 0,56 (l 1 l 2 )^0.5 e r cont = 2d + 0,69 l 1 tratto da: Eurocodice 2 16

17 Distribuzione del carico e perimetro di verifica di base Nel caso di piastre con capitello allargato dove l H > 2 h H si raccomanda che siano verificate entrambe le sezioni, quella nel capitello e quella nella piastra. tratto da: Eurocodice 2 17

18 Distribuzione del carico e perimetro di verifica di base Nel caso di pilastri circolari le distanze dal centro del pilastro alle sezioni di verifica possono essere assunte uguali a: r cont,ext = l H + 2d + 0.5c r cont,int = 2(d + h H ) +0.5c tratto da: Eurocodice 2 18

19 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento Si definiscono le seguenti tensioni di taglio di progetto [MPa] lungo le sezioni di verifica: v Rd,c v Rd,cs v Rd,max è il valore di progetto del taglio punzonamento resistente di una piastra, priva di armature per il taglio punzonamento, lungo la sezione di verifica considerata. è il valore di progetto del taglio punzonamento resistente di una piastra dotata di armature per il taglio punzonamento, lungo la sezione di verifica considerata. è il valore di progetto del massimo taglio punzonamento resistente lungo la sezione di verifica considerata. tratto da: Eurocodice 2 19

20 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento (a) l'armatura per il taglio punzonamento non è necessaria se: v Ed < v Rd,c (b) (c) se v Ed supera il valore v Rd,c per la sezione di verifica considerata, si raccomanda che sia disposta l'armatura per il taglio punzonamento lungo il perimetro del pilastro, o il perimetro dell'area caricata, si raccomanda che la massima tensione di taglio punzonamento non sia superata: v Ed < v Rd,max tratto da: Eurocodice 2 20

21 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento Se la reazione d appoggio è eccentrica rispetto al perimetro di verifica, si raccomanda di assumere come tensione massima di taglio il valore: v Ed VEd ud i dove: d u i altezza utile media della piastra, che può assumersi come (dy+ dz)/2, essendo dy, dz le altezze utili nelle direzioni y e z della sezione di verifica; lunghezza del perimetro di verifica considerato; tratto da: Eurocodice 2 21

22 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento dove: u 1 k è dato da: MEd u1 1k V W è la lunghezza del perimetro di verifica di base; Ed è un coefficiente che dipende dal rapporto fra le dimensioni del pilastro c 1 e c 2 : il suo valore è funzione delle proporzioni del momento sbilanciato trasmesso da taglio non uniforme e da flessione e torsione 1 c 1 /c k tratto da: Eurocodice 2 22

23 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento W 1 corrisponde a una distribuzione di taglio ed è funzione del perimetro di verifica di base u 1 : W 1 dl è la lunghezza infinitesima del perimetro; e è la distanza di dl dall'asse intorno al quale agisce M Ed. u i 0 e dl tratto da: Eurocodice 2 23

24 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento Per un pilastro rettangolare: dove: c W cc c d d dc c 1 è la dimensione del pilastro parallela all'eccentricità del carico; c 2 è la dimensione del pilastro perpendicolare all'eccentricità del carico. Per un pilastro circolare interno: dove D è il diametro del pilastro circolare D e 4d tratto da: Eurocodice 2 24

25 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento Per un pilastro rettangolare interno, se il carico è eccentrico in entrambe le direzioni : dove: e y, e z eccentricità M Ed /V Ed secondo gli assi y e z ; b y, b z ey e z 11.8 b z by dimensioni del perimetro di verifica. 2 2 tratto da: Eurocodice 2 25

26 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento Nel caso dei pilastri di bordo, se vi sono eccentricità in entrambe le direzioni ortogonali, β può essere determinato con la seguente espressione: u u u k W 1 1 * 1 e par dove: u 1 u 1* e par è il perimetro di verifica di base; è il perimetro di verifica di base ridotto; è l'eccentricità parallela al bordo della piastra prodotta da un momento rispetto a un asse perpendicolare al bordo della piastra; tratto da: Eurocodice 2 26

27 Metodo di calcolo per la verifica a punzonamento Per strutture la cui stabilità trasversale non dipende dal funzionamento a telaio del complesso piastra pilastri, e se le luci adiacenti non differiscono in lunghezza più del 25%, per si possono adottare valori approssimati. Nota: Valori di da adottare in uno Stato possono essere reperiti nella sua appendice nazionale. I valori raccomandati sono dati nella figura. tratto da: Eurocodice 2 27

28 Piastre o fondazioni senza armatura a taglio punzon. La resistenza a taglio per unità di lunghezza v Rd,c di piastre non precompresse è data da: v = C k (100 f ) +k ( v +k ) 13 Rd,c Rd,c l ck 1 cp min 1 cp dove: f ck k èinmpa = 1 + (200/d) 1/2 2(d in mm); ρ1 1y 1z σ = σ +σ 2 cp cy cz ρ ρ 0.02 ; 1y e 1z si riferiscono all armatura tesa disposta nelle direzioni y e z. con cy e cz tensioni normali del cls nella sezione critica nelle direzioni y e z. tratto da: Eurocodice 2 28

29 Piastre o fondazioni senza armatura a taglio punzon. La resistenza a taglio per unità di lunghezza v Rd1 di piastre non precompresse è data da: dove: C Rd,c, v min ek 1 sono specificati negli annessi nazionali. I valori raccomandati sono : C Rd,c = 0.18/ c v min =0.035 k 2/3 f 1/2 ck k 1 =0.1 v = C k (100 f ) +k ( v +k ) 13 Rd,c Rd,c l ck 1 cp min 1 cp tratto da: Eurocodice 2 29

30 Piastre o fondazioni senza armatura a taglio punzon. Nel caso di carico coassiale la forza netta applicata è V Ed,red = V Ed V Ed dove: V Ed V Ed è la forza tagliante applicata; è la forza netta rivolta verso l'alto all'interno del perimetro di verifica considerato, cioé la pressione verso l'alto trasmessa dal suolo meno il peso proprio della fondazione. v Ed = V Ed,red /ud Per carico eccentrico v Ed V Ed,red = 1 ud k M V Ed Ed,red u W tratto da: Eurocodice 2 30

31 Esempio n. 3 3 stadio di comportamento Pianta del solaio Perimetro della sezione di verifica di base A s =14/20 in entrambe le direzioni 20 cm 2 d = 30.2 cm Area caricata 20 x 20 F=60 kn u 1 = = cm 1.5 Sezione trasversale del solaio d eff d x d 2 y 15.1cm v Ed = V Ed ud MPa. 31

32 Esempio n. 3 3 stadio di comportamento Pianta del solaio A s =14/20 in entrambe le direzioni 1.54 x y eff x y Area caricata 20 x 20 F=60 kn v = C k (100 f ) v 13 Rd,c Rd,c l ck min 200 kmin1 ; v Rd,c = 2 ( ) 0561MPa v... 3 min = MPa Poiché v Rd,c è maggiore di v Ed, la sezione è verificata 32

33 Piastre o fondazioni con armatura a taglio punzonamento (6.4.5) Dove è richiesta l'armatura a taglio, si raccomanda che questa sia calcolata in conformità all'espressione: dove: A sw s r f ywd,ef d v Rd,cs = 0.75vRd,c 1. 5 d sr Aswfywd, ef 1 u1d sin è l'area di armatura a taglio a punzonamento situata su di un perimetro intorno al pilastro [millimetri quadrati]; è il passo radiale dei perimetri dell armatura a taglio di punzonamento (mm); è la resistenza di progetto efficace dell'armatura a taglio punzonamento, secondo la relazione f ywd,ef = ,25 d f ywd è la media delle altezze utili nelle due direzioni ortogonali (mm); è l'angolo compreso fra l'armatura a taglio e il piano della piastra. Se è disposta una sola fila di barre piegate verso il basso, allora al rapporto d /s r può essere assegnato il valore 0,67. tratto da: Eurocodice 2 33

34 Piastre o fondazioni con armatura a taglio punzonamento L armatura trasversale, disposta in posizione tale da attraversare la potenziale superficie di rottura, ha lo scopo di bilanciare le forze di trazione nel calcestruzzo. Se l armatura è correttamente dimensionata e stesa fino a opportuna distanza dalla zona caricata, la superficie di rottura diviene pressoché cilindrica con raggio ridotto ed in generale coincidente con quello dell impronta del supporto. L armatura trasversale può essere costituita : da staffe, da ferri piegati, da elementi in carpenteria metallica composti con un piatto a cui saldati chiodi Nelson. 34

35 Piastre o fondazioni con armatura a taglio punzonamento profilati in acciaio elementi in carpenteria metallica composti da un piatto a cui sono saldati chiodi Nelson. tratto da: G.C. Giuliani Costruzioni in calcestruzzo armato, Hoepli 35

36 Piastre o fondazioni con armatura a taglio punzonamento (6.4.5) Verifica in corrispondenza del pilastro In adiacenza ai pilastri la resistenza a taglio punzonamento è limitata a un valore massimo di: v = Ed VEd ud Rd,max dove: u 0 per un pilastro interno u 0 = perimetro del pilastro [mm], per un pilastro di bordo u 0 = c 2 + 3d c 2 + 2c 1 [mm], per un pilastro d'angolo u 0 = 3d c 1 + c 2 [millimetri]; o v Il valore di v Rd,max da adottare in uno Stato può essere reperito nella sua appendice nazionale. Il valore raccomandato è 0.5 f cd tratto da: Eurocodice 2 36

37 Piastre o fondazioni con armatura a taglio punzonamento (6.4.5) Verifica nella sezione oltre l armatura a taglio Si raccomanda che il perimetro di verifica lungo il quale l'armatura a taglio non è richiesta, u out (o u out,ef ) sia calcolato con l'espressione: u out,ef = V Ed / (v Rd,c d ) Nota: Si raccomanda che il perimetro più lontano delle armature a taglio si collochi a una distanza non maggiore di kd all'interno di u out (o u out,ef ). Valore raccomandato per k=1.5. tratto da: Eurocodice 2 37

38 Esempio n. 4 3 stadio di comportamento Pianta della platea Perimetro della sezione di verifica di base A s =14/20 in dir. Y A s =20/25 in dir. X 20 mm 2 d = 919 mm 400 Area caricata 30 x 70 F=1600 kn 500 u 1 = = cm A 1 = ² = cm² Sezione trasversale della platea v Ed = V A ud Ed d eff d x d 2 y 459.5mm ( ) MPa 38

39 Esempio n. 4 3 stadio di comportamento Pianta della platea 400 A s =14/20 in dir. Y A s =20/25 in dir. X 3.14 x y eff x y Area caricata 30 x 70 F=1600 kn kmin1 ; v = C k (100 f ) v 13 Rd,c Rd,c l ck min 0.18 v Rd,c = 2 ( ) 0 349MPa v... 3 min = MPa Poiché v Rd,c è minore di v Ed, occorre disporre armatura a punzonamento 39

40 Esempio n. 4 3 stadio di comportamento Pianta della platea 400 A A f sin ud s yd. v v Rd,c Ed s v 075. v ud 1 Ed Rd,c 1 f sin yd 500 A s =16.2 cm² Bastano 3 barre 14 in una direzione e 3 nell altra, sagomate a 45 gradi 2.5 s A ( )=18.48 cm² 40

41 Esempio n. 4 3 stadio di comportamento Pianta della platea 400 A s =14/20 in dir. Y A s =20/25 in dir. X Area caricata 30 x 70 F=1600 kn Occorre verificare che la sezione di calcestruzzo sia adeguata. Per far questo si deve prendere in esame il perimetro di verifica u 0 u 0 = = 200 cm A 0 = 3070 = 2100 cm² 500 Nota: occorrebbe verificare anche che, laddove si interrompono le armature a punzonamento, v Rd,c sia maggiore di v Ed. Per far questo si deve considerare il perimetro u out,ef. v Ed = V A u d Ed 0 0 ( ) v Rd,max = 0.5f cd 2 3 = =3.54 MPa MPa 41

42 FINE 42