30 progettare. industrie manufatti cementizi - n 23. Stefano Knisel, CTE. Figura 1. Esempio di impiego della coppella in calcestruzzo

Transcript

1 30 progettare COPPELLA NERVATA IN CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO Stefano Knisel, CTE ELEMENTO PRINCIPALE COPPELLA PIANA NERVATA MONTANTE METALLICO Figura 1. Esempio di impiego della coppella in calcestruzzo Figura 2. Sezione trasversale e vista in pianta della coppella. f.1, f.2, f.3 corrispondono alla posizione dei flessimetri ELEMENTO PRINCIPALE 1 2 Premessa Le aziende di prefabbricazione di elementi strutturali in calcestruzzo sono da sempre molto attente e sensibili all innovazione e al costante aggiornamento dei propri tecnici, attività che sono principalmente necessarie per l adeguamento normativo ma che trovano anche una valida ragione per migliorare e nel contempo differenziare i propri prodotti da altri similari. A maggiore ragione oggi, in un momento di forti cambiamenti che riguardano anche il settore dell edilizia in generale, le aziende di prefabbricazione, pur trovandosi in un contesto avverso e in forte contrazione, sentono l obbligatorietà ma anche la necessità di investire in questo settore per trovare un nuovo equilibrio tra nuove regole di mercato, norme tecniche nazionali, europee e di prodotto unito alle aspettative sempre maggiori degli standard qualitativi dei prodotti. Al raggiungimento di tali obiettivi contribuiscono, da un lato la sempre più stretta richiesta di supporto e di collaborazione con il mondo accademico, dall altro con una mirata attività di miglioramento e di adeguamento che le aziende sviluppano al proprio interno con l ausilio dei propri tecnici. È in questo ambito che, l azienda di prefabbricati ha sentito l esigenza di svolgere una campagna di prove sull utilizzo delle fibre in materiale plastico, rivolta a migliorare la qualità e la conseguente durabilità dei suoi prodotti in calcestruzzo e in particolare delle coppelle, elementi largamente utilizzati nella prefabbricazione come elementi complementari nei sistemi di copertura prefabbricati in unione con gli elementi speciali di copertura (Figura 1). La tipologia della coppella trattata si riferisce al tipo nervata con sviluppo piano, il cui schema statico prevede delle nervature portanti che, oltre ai carichi di esercizio, sostengono anche una soletta inferiore la cui funzione principale è quella di separare l ambiente interno dell edificio da quello ester-

2 progettare 31 1 Passo Incrementi di carico (dan) Tabella di collaudo Letture (mm) f.1 f.2 f Valore medio della freccia (mm) (q=~61 dan/m 2 ) (q=~55 dan/m 2 ) (q=~89 dan/m 2 ) (q=~84 dan/m 2 ) (q=~84 dan/m 2 ) temporaneamente sospesa prova alle ore 12 h 20 tolti i flessimetri zero (q=~79 dan/m 2 ) lettura eseguita letto (q=~89 dan/m 2 ) con misuratore laser distanza tra pavimento (q=~74 dan/m 2 ) e intradosso nervatura (q=~77 dan/m 2 ) laterale (q=~74 dan/m 2 ) lettura diretta con il metro preventivamente (q=~76 dan/m 2 ) posato al passo zero lettura diretta lettura diretta (q=~102 dan/m 2 ) ROTTURA --- Tabella 1. Tabella riassuntiva dei carichi applicati ad ogni passo e relative deformazioni no. Tale tipologia inoltre presenta uno spessore, il minimo in grado di sostenere un carico puntuale di 2.5 kn su un impronta di 200x200 mm come richiede la norma UNI EN 13693, che nel caso trattato è pari a 18 mm. Questo permette di ottenere un ridotto peso proprio, generalmente compreso tra kn/m 2, che fa della coppella in calcestruzzo un elemento di largo impiego nella prefabbricazione, e come tale deve rispettare tutti i criteri e i requisiti di normativa. Per garantire maggiormente il prodotto sotto l aspetto della durabilità, al calcestruzzo sono state aggiunte una combinazione di fibre plastiche, una parte con caratteristiche più strutturali in fibra polimerica e una parte in polipropilene, utilizzate prevalentemente per controllare il ritiro plastico del calcestruzzo, entrambe con Certificato di Conformità CE, con prestazioni in accordo alla norma UNI EN , sistema di attestazione 3 e ottima resistenza agli alcalini del cemento. La campagna di prove è consistita principalmente nel trovare il giusto mix di fibre in grado di controllare e limitare il fenomeno della fessurazione della soletta, fenomeno innescato principalmente dalla deformazione assiale per ritiro del calcestruzzo, dagli sbalzi termici e dalle sollecitazioni della soletta durante le fasi di sformatura di stoccaggio e movimentazione. Una volta raggiunto l obbiettivo del controllo del fenomeno fessurativo della soletta attraverso l uso combinato delle fibre, si è proceduto al collaudo statico della coppella, come riportato nello schema di Figura 2 e con i risultati riportati in Tabella 1, dal quale si è cercato principalmente la conferma della corretta progettazione statica della coppella, e secondariamente di cogliere l influenza delle fibre nel comportamento sotto carico, anche se queste non sono state aggiunte con funzione strutturale. n 23 - industrie manufatti cementizi

3 32 progettare Figura 3. Dettaglio del sistema di carico Figura 4. Grafico carico /deformazione Figura 5. Passo 4: comparsa di piccole fessure Dati della prova di carico e risultati Di seguito si riporta una breve descrizione della prova di carico, riportandone i dati più interessanti senza entrare nel merito dei dettagli ricavati dal punto di vista dell analisi statica, visto che l argomento della nota qui presentata è riferita più all interpretazione del contributo dato dalle fibre sul comportamento sotto carico della coppella. Materiali - calcestruzzo Rck = 55 N/mm 2 acciaio B450C rete elettrosaldata B450A - fibra polimerica, lunghezza 30 mm, larghezza 1.15 mm, spessore 0.60 mm, con doppia uncinatura, resistenza a trazione 600 MPa, modulo elastico 3500 N/mm 2, dosaggio 4 kg/m 3 - fibra in polipropilene, lunghezza 50 mm, diametro equivalente 0.48 mm, resistenza a trazione 600 MPa, modulo elastico 3500 N/mm 2, dosaggio 1 kg/m 3. Dimensioni - dimensioni della coppella: larghezza cm - lunghezza cm - altezza 14 cm - soletta inferiore 1.8 cm - luce tra gli appoggi = 310 cm. La coppella è stata caricata con sabbia (Figura 3) precedentemente pesata, con frazioni di carico che permettessero di cogliere quanto più possibile il comportamento nei punti chiave come la sollecitazione di esercizio del passo 3, il momento di fessurazione del passo 4-5, e di avvicinarsi lentamente al carico di rottura. Il grafico carico/deformazione (Figura 4) mette in evidenza il classico schema a trilatera tipico delle sezioni in calcestruzzo, sul quale si possono fare le seguenti osservazioni: - passo 1-4, tratto lineare con sezione interamente reagente omogeneizzata a calcestruzzo con momento d inerzia J=17282 cm 4. Non vengono evidenziate fessure fino al passo 3; al passo 4 (Figura 5) si evidenziano piccole fessure a metà campata, il momento flettente corrispondente (M = 1898 danm) infatti è prossimo al valore teorico del momento di prima fessurazione (pari a M = f ctk 0.95 x Wi = 2096 danm), calcolato con i valori caratteristici (f ctk 0.95 = 4.9 N/mm 2 ); - al passo 5 (Figura 6) la sezione è parzializzata e il momento corrispondente (M = 2306 danm) è sensibilmente superiore al valore del momento teorico di prima fessurazione. Il marcato salto della deformazione giustifica anche il fatto che il momento d inerzia della sezione parzializzata, pari a J* = 2361 cm 4, è circa sette volte inferiore a quello della sezione interamente reagente;

4 progettare 33 - dopo il tratto corrispondente alla plasticizzazione dell acciaio, è stato assunto come momento ultimo della sezione, e a favore di sicurezza, quello corrispondente al passo 11, corrispondente a 4526 danm. Il passo 12 corrispondente al collasso della coppella è evidenziato nella Figura 7. Commento dei risultati La sperimentazione svolta con l impiego combinato di due differenti tipologie di fibre, una di tipo polimerica e una in polipropilene, per la produzione di coppelle in calcestruzzo, ha avuto un esito positivo. È stato infatti verificato un netto miglioramento meccanico del calcestruzzo, in particolare quello della soletta, che ha portato ad una riduzione delle fessure conseguenti le sollecitazione delle varie fasi di vita, contribuendo ad alzare il grado di durabilità e l aspetto estetico della coppella. Come già detto nella presente nota, alle fibre non è stato dato un impiego strutturale, anche perché mancano ancora dati sperimentali e normative a riguardo, ma sicuramente la loro resistenza meccanica ha influenzato il comportamento della coppella. Il numero delle fessure è risultato più contenuto e con apertura controllata, dovuto ad una possibile capacità di fare aumentare il contributo del calcestruzzo teso tra fessura e fessura. Nella prefabbricazione, in particolare nella produzione dei pannelli di tamponamento, è noto l utilizzo delle fibre, con esempi che risalgono alla fine degli anni ottanta, ma che successivamente non hanno trovato largo impiego, per una serie di difficoltà come quelle di natura tecnologica e della mancanza di normative specifiche. Oggi il loro utilizzo, anche se non può essere considerato una innovazione in senso stretto, trova senza dubbio delle condizioni tecnologiche molto più favorevoli come le elevate caratteristiche meccaniche delle fibre, l uso del calcestruzzo autocompattante che ne facilita l applicazione, e un approccio più consapevole nel trovare soluzioni che possono migliorare il prodotto, in questo senso è auspicabile che la ricerca industriale, unita ad un approfondito studio a livello accademico, possa permetterne quanto prima anche un consapevole utilizzo strutturale. Sarà sicuramente d aiuto anche l introduzione del calcestruzzo fibrorinforzato in uno dei più autorevoli documenti pre-normativi internazionali, il Codice Modello del fib nella versione del Ringraziamenti È doveroso un ringraziamento alla ditta Zanon Prefabbricati srl per avere messo a disposizione i dati delle analisi svolte sull impiego delle fibre, unito ai risultati della prova di carico e al relativo materiale fotografico. # Figura 6. Passo 5: deciso aumento dell ampiezza e del numero di fessure Figura 7. Passo 12 : collasso della coppella 6 7 n 23 - industrie manufatti cementizi

5 34 progettare - notizie e informazioni da ANIT Nuova versione 2011 del Protocollo ITACA Daniela Petrone, Vice Presidente Anit Itaca si sdoppia e si semplifica: la semplificazione dei criteri e la definizione di un protocollo specifico per gli uffici costituiscono gli aspetti chiave del nuovo sistema nazionale di certificazione della sostenibilità ambientale ITACA 2011, approvato dal Consiglio Direttivo lo scorso 21 aprile. La semplificazione del protocollo è un dato importante perché va ad eliminare la doppia versione, esistente in passato (protocollo completo e sintetico) a favore di una versione univoca contenente un numero minore di criteri di sostenibilità più facilmente applicabili e valutabili. L esigenza di univocità potrebbe essere vista come invito all adeguamento a questo nuovo protocollo da parte di quelle Regioni che hanno già deliberato sulla sostenibilità in edilizia, spesso personalizzando troppo il protocollo e creando altrettanti protocolli, addirittura prevedendo, in alcuni casi, l inserimento di criteri nuovi con nuove numerazioni. La possibilità di acquisizione della nuova versione del protocollo da parte delle Regioni andrebbe a definire un quadro nazionale della sostenibilità meno frammentato e soprattutto aggiornato alle nuove norme tecniche UNI TS parte 1-2 e alle Linee Guida nazionali per la certificazione energetica. Il lavoro di revisione del protocollo residenziale interpreta e traduce le osservazioni apportate dalle Regioni che hanno avuto modo di applicare lo strumento e i commenti tecnici avanzati dalle associazioni nazionali degli operatori economici, sia del settore imprenditoriale che della produzione e degli ordini professionali. Le novità Novità importante è l estensione del protocollo a una destinazione d uso, quale quella degli uffici, diversa dal solo residenziale, che di fatto supera una limitazione del protocollo precedente sia nella sua applicazione che nel confronto con sistemi di certificazione concorrenti. Protocollo ITACA Indipendentemente dalla versione, è un sistema di valutazione di tipo a punteggio organizzato in aree di valutazione. Ogni area comprende un certo numero di criteri raggruppati in categorie, si acquisiscono punti in funzione del soddisfacimento dei criteri e la somma dei punti definisce il livello di certificazione. In questo articolo, nel confronto tra i due protocolli sono stati indicati in corsivo i nomi delle aree, categorie e criteri in modo da poterli facilmente rintracciare per un approfondimento.