CA 3. Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato

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1 Università degli Studi della Campania Luigi Vanvitelli Dipartimento di Architettura e Disegno Industriale Corso di Laurea in Architettura Tecnologia dell Architettura B caterina.frettoloso@unicampania.it Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato

2 Herzog & de Meuron, Fiera di Basilea, Svizzera

3 Il calcestruzzo armato_ CONCEZIONE STRUTTURALE Si definisce telaio semplice l elemento strutturale costituito da due ritti ed un traverso rigidamente connessi.

4 Il calcestruzzo armato_ CONCEZIONE STRUTTURALE Il principio del telaio si basa sul fatto che il piedritto e l architrave, ovvero il pilastro e la trave, sono collegati tramite vincoli d incastro più o meno perfetti oppure a cerniera sfruttando le loro proprietà elastiche. Una struttura portante discontinua risulta dall accoppiamento di strutture a telaio parallele (le cui travi principali A portano i solai), collegate da altre travi orizzontali (secondarie B), che sono normalmente di minor altezza e che servono solo per irrigidire la struttura. Nella struttura ogni elemento (pilastro, trave) è solidale agli altri e collabora alla resistenza del tutto. Tutte le chiusure esterne in una struttura portante discontinua sono portate (non portanti), ossia di tamponamento. Anche le partizioni interne non sono portanti (tramezzi).

5 Il calcestruzzo armato_ gli elementi costruttivi 2

6 Il calcestruzzo armato_ gli elementi costruttivi 2

7 Il calcestruzzo armato_ gli elementi costruttivi 2

8 Il calcestruzzo armato_ CONCEZIONE STRUTTURALE Deformazioni di ritti e traversi in funzione dei vincoli

9 Il calcestruzzo armato_ CONCEZIONE STRUTTURALE Ai fini della resistenza, nel pilastro conta soprattutto la quantità di superficie della sezione. Snellezza: rapporto lunghezza su diametro

10 Il calcestruzzo armato_ CONCEZIONE STRUTTURALE Ai fini della resistenza, per la trave, a parità di superficie, conta molto l altezza della sezione.

11 Gli elementi costruttivi

12 Il calcestruzzo armato_ GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI Struttura di elevazione orizzontale Struttura di elevazione verticale Struttura di Fondazione

13 Gli elementi costruttivi_ I PILASTRI Unità tecnologica Classi di elementi tecnici Elementi tecnici Strutture di elevazione Strutture di elevazione verticali Strutture puntiformi (Pilastri) Norma UNI

14 Gli elementi costruttivi_ I PILASTRI I pilastri (larghezza > 25 cm) sono disposti secondo allineamenti ortogonali costituenti maglie regolari, la loro sezione varia in funzione della resistenza del materiale, del carico che sorreggono e della loro altezza libera.

15 Gli elementi costruttivi_ I PILASTRI Le verifiche strutturali da effettuare per la stabilità di un pilastro sono la resistenza a compressione e la verifica ad instabilità per carico di punta, ossia l inflessione laterale rispetto all asse nelle deformazioni trasversali fra pilastri. Ogni pilastro sostiene una porzione di carico che corrisponde alla metà delle campate ad esso adiacenti. I più caricati sono quindi quelli disposti al centro della pianta.

16 Gli elementi costruttivi_ I PILASTRI LE ARMATURE Il numero minimo di ferri per pilastri di sezione quadrata o rettangolare è 4 Il diametro delle barre longitudinali non deve essere minore di 12 mm. Deve essere sempre prevista una staffatura posta ad interasse non maggiore di cm. 25. Abaco dei pilastri con sezioni trasversali in scala 1:10

17 Gli elementi costruttivi_ I PILASTRI LE ARMATURE Per questioni pratiche, dovute alla realizzazione dei vari elementi strutturali, i ferri dei pilastri devono essere interrotti in corrispondenza di ogni piano, al di sopra dell impalcato. In pratica, si lasciano i cosiddetti ferri di attesa, al disopra dell ultimo getto, per una lunghezza di circa 1 metro, che si andranno a sovrapporre alle armature longitudinali del pilastro del piano superiore.

18 Gli elementi costruttivi_ I PILASTRI I pilastri degli ultimi piani, riducendosi i carichi agenti, possono essere di dimensioni minori rispetto a quelli posti inferiormente ma devono avere una maggiore percentuale di ferro, necessaria per contrastare la spinta del vento e altre sollecitazioni di flessione. La riduzione di spessore da un piano all altro avviene rispettando i così detti fili fissi, ossia le facce dei pilastri che per tutta l altezza della struttura non hanno variazioni planimetriche.

19 Gli elementi costruttivi_ I PILASTRI Disposizione dei pilastri rispetto alle pareti perimetrali

20 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI Unità tecnologica Classi di elementi tecnici Strutture di elevazione Strutture di elevazione orizzontali ed inclinate Elementi tecnici Travi Norma UNI

21 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI Le strutture orizzontali (travi e solai) hanno la funzione di: Trasferire i carichi verticali e orizzontali alla struttura di elevazione verticale e ad eventuali elementi strutturali di irrigidimento (che a loro volta li trasmettono alle fondazioni). Garantire un collegamento rigido tra gli elementi strutturali verticali in modo da assicurare un comportamento spaziale della struttura, molto importante al fine di assorbire le forze orizzontali dovute a vento e sisma.

22 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI Schema di un impalcato in c.a. Trave portante: porta se stessa, il solaio e, se in posizione perimetrale, tamponature e/o parapetti. Trave perimetrale: porta se stessa, tamponature e/o parapetti. Trave di collegamento: porta solo se stessa.

23 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI Un dimensionamento orientativo della trave in c.a. di forma rettangolare sottoposta a carico normale può essere ottenuto in funzione dell altezza della sezione resistente h e della luce l. Le dimensioni ottimali si hanno quando il rapporto tra base e altezza è: b/h ½ h 2 x b b 1/2 x h La rigidità della trave dipende dal rapporto tra altezza e larghezza (base) in relazione alla distanza (luce) tra i sostegni.

24 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI

25 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI

26 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI TRAVI EMERGENTI La larghezza usuale delle travi emergenti è compresa tra 15 e 40 cm. La dimensione più comune è 0 cm. In linea di massima la base della trave è pari alla larghezza del pilastro oppure è più sottile. Un criterio grossolano per dimensionare l altezza di una trave portante è: H = L/(10 12)

27 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI TRAVI EMERGENTI

28 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI TRAVI A SPESSORE L altezza di una trave a spessore è pari a quella del solaio. In caso di trave portante una regola grossolana permette di dimensionarne la base come: B = L/6 Nella pratica, la larghezza di una trave a spessore varia tra i 60 e i 120 cm.

29 Gli elementi costruttivi_ LE TRAVI TRAVI A SPESSORE

30 Gli elementi costruttivi_ PILASTRO/TRAVE a) trave a sezione rettangolare b) trave a sezione ribassata c) trave a sezione rialzata d) trave in spessore di solaio e) trave parapetto f) trave portamuro g) trave veletta

31 Gli elementi costruttivi_ PILASTRO/TRAVE

32 Gli elementi costruttivi_ PILASTRO/TRAVE Principali schemi strutturali differenziati a seconda delle disposizioni delle maglie delle pilastrature: a) maglia quadrata con travi portanti disposte secondo una direzione; b) maglia quadrata con travi portanti disposte secondo due direzioni; c) maglia rettangolare con pilastri a trama larga; d) maglia rettangolare con pilastri a trama stretta; e) maglia regolare rettangolare; f) elementi disposti in maniera indipendente rispetto alla maglia dei pilastri

33 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Unità tecnologica Classi di elementi tecnici Partizione interna orizzontale Solai Dividono e articolano gli spazi interni del Sistema Edilizio. Comprendono sia lo strato di supporto che i rivestimenti

34 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Il solaio è un elemento strutturale fondamentale la cui principale funzione è quella di trasferire i carichi e i sovraccarichi verticali alla struttura portante. Un solaio deve essere realizzato in maniera da possedere i seguenti requisiti: Resistenza meccanica necessaria per i carichi cui è sottoposto Sufficiente resistenza al fuoco Limitata deformabilità Facilità di posa in opera Possibilità di collegamento monolitico con la restante struttura Buone caratteristiche di isolamento acustico

35 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO In funzione della morfologia degli elementi, gli impalcati vengono classificati in: impalcati costituiti da elementi monodimensionali: singole travi o sistemi combinati di travi di orditura principale e travetti di orditura secondaria, griglie e cassettonati) impalcati costituiti da elementi bidimensionali, di piccola o grande dimensione: solai in getto pieno e prefabbricati, sia in pannelli che a piastra. In funzione della direzione nella distribuzione dei carichi si hanno: impalcati mono-direzionati, in cui la trasmissione dei carichi avviene secondo una sola direzione alla volta (direzione prevalente secondo cui lavora l intero complesso), e possono essere distinti in impalcati a semplice orditura o a doppia orditura con travi principali e secondarie impalcati bi-direzionati (o multidirezionati), in cui la trasmissione dei carichi avviene secondo due (o più) direzioni, costituiti da griglie bidirezionate o multidirezionate di travi o da piastre.

36 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO I solai a soletta piena furono i primi ad essere proposti ma avevano l inconveniente principale di essere estremamente pesanti. Venne così l idea di alleggerire la struttura realizzando graticci di travi in cemento armato collegate da una sottile soletta sovrastante anch essa in calcestruzzo armato. La cosiddetta soletta nervata. Questo tipo di struttura ricalca fedelmente l orditura classica dei solai in legno con un orditura principale, una secondaria e un elemento piano di collegamento. Gli inconvenienti di questa tipologia costruttiva erano essenzialmente: gli elevati oneri per la realizzazione, la superficie dell intradosso non piana e le scarse proprietà di isolamento acustico

37 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Soletta nervata in c.a. di tipo monolitico realizzata con elementi-cassero prefabbricati, che possono restare o meno inglobati nella struttura. Le solette nervate possono essere realizzate anche con un sistema misto in c.a. e laterizio. In entrambi i casi l interasse delle nervature nelle due direzioni ortogonali è compreso in media tra 60 e 100cm

38 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Furono perciò sperimentate tipologie costruttive miste in cemento armato e laterizio nelle quali tra i travetti portanti in c.a. si inseriscono blocchi forati con funzione di riempimento e cassaforma per il getto del calcestruzzo in opera. Sono classificabili come strutture miste ottenute dall assemblaggio di due tipi di materiale che hanno fra loro buona affinità: il cemento armato, con funzioni prevalentemente resistivestrutturali; il laterizio, con funzioni prevalentemente di alleggerimento. Il laterizio viene usato per delimitare, con le sue pareti, i canali all interno dei quali viene disposta l armatura di acciaio e che, successivamente, vengono riempiti di calcestruzzo. Questi canali, a calcestruzzo indurito, rappresenteranno le nervature resistenti dell intera struttura. La funzione resistiva può essere assunta in parte anche dal laterizio che, per l occasione, presenterà particolari requisiti e forme. Nel caso di solai parzialmente o totalmente prefabbricati, l armatura è contenuta all interno dei componenti prefabbricati.

39 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Sequenza operativa del getto di un solario latero-cementizio gettato in opera

40 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Foro in solaio senza inversione di orditura Si è mantenuta inalterata la tessitura prevista per il solaio: travetti rinforzati sui bordi del foro; travetti ortogonali alla tessitura del solaio. Foro in solaio con inversione di orditura Quando il foro interromperebbe molti travetti, è consigliabile orientare la tessitura secondo il lato più lungo.

41 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Solaio a travetti tralicciati: zoccolo in calcestruzzo contenuto nel fondello di laterizio con base 12 cm. e altezza 4cm traliccio elettrosaldato in acciaio B450A normalmente di altezza 12,5 cm con due ø5 inferiori un ø7 superiore e staffa ø5 passo 20 cm armatura longitudinale integrativa in acciaio B450C blocchi in laterizio con interasse ed altezza variabile.

42 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO I travetti in cemento armato precompresso sono una valida alternativa ai travetti a traliccio soprattutto in presenza di luci o carichi elevati, o quando sia difficoltosa la realizzazione di una puntellatura adeguata, poiché posseggono capacità autoportanti superiori.

43 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Una soluzione ancora annoverabile fra i solai misti è quella a lastre prefabbricate con travetti a traliccio direttamente incorporati ed elementi di alleggerimento in polistirolo o in laterizio. Le lastre, in genere, hanno uno spessore minimo di 4 cm che può essere aumentato rendendo questa soluzione particolarmente adatta quando sussistono problemi di resistenza al fuoco. La loro capacità portante, invece, è analoga a quella dei travetti a traliccio o dei travetti prefabbricati usati singolarmente, e quindi, necessitano della stessa opera di puntellamento. Una volta che le lastre sono state poste in opera si posizionano le eventuali armature aggiuntive previste in fase di progetto e si completa la struttura con la fase di getto di calcestruzzo. L intradosso di questi solai, in genere, è pensato per non essere intonacato.

44 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Dimensionamento di massima solaio misto

45 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO L innovazione nei solai in c.a. è prevalentemente innovazione di processo: riguarda procedure, metodi e componenti per velocizzare le operazioni di realizzazione in cantiere. In questo caso l innovazione è rivolta alla riduzione del peso dei componenti strutturali e/o al reimpiego delle casseforme. L alleggerimento del solaio si ottiene mediante l inserimento di sfere cave in polietilene ad alta densità (PEHD) tra la maglia di armatura inferiore e la maglia superiore. L introduzione di questo tipo di solaio genera numerosi vantaggi dal punto di vista strutturale (in particolare migliore risposta alle azioni orizzontali generate da vento e sisma: solaio con comportamento a piastra e fino al 5% in meno di peso proprio rispetto il massiccio) e della velocità di posa in opera (la modularità del sistema Cobiax consente di realizzare fino a 1000 mq di solaio a settimana, un impalcato in media ogni 5.5 giorni).

46 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Fasi Posizionamento delle casseforme tipo Doka e distanziatori per garantire la resistenza al fuoco Arrivo in cantiere dei moduli Cobiax trasportati con un bilico Posa dei moduli sulle casseforme utilizzando una semplice gru da cantiere Posa dell armatura integrativa inferiore, di sospensione e dei cordoli Posa dell armatura superiore e dei connettori resistenti a taglio (Peikko) Getto dei primi 10/12 cm di calcestruzzo (per evitare il fenomeno del galleggiamento) Dopo 2/ ore completamento del getto Scasseratura

47 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO Casseri a perdere per strutture alleggerite in c.a. gettate in opera. Sistema U boot beton della Daliform

48 Gli elementi costruttivi_ SOLAIO 1. Si procede a casserare con tavole di legno (o con sistemi analoghi) l intera superficie del solaio da gettare in opera, si stendono quindi le barre di armatura inferiore nelle due direzioni mutuamente ortogonali secondo quanto previsto dal progetto e si dispongono i tralicci distanziatori delle armature superiori. 2. Si posano quindi i casseri U-Boot Beton utilizzando gli appositi giunti distanziatori per disporli dell interasse voluto che determinerà lo spessore delle travi. Grazie al piedino conico elevatore, i casseri U-Boot Beton risulteranno sollevati dalla superficie e permetteranno la formazione della soletta inferiore.. Si completa la posa delle armature disponendo al di sopra del cassero U-Boot Beton le barre superiori nelle due direzioni. 4. Il getto di calcestruzzo dovrà essere eseguito in due fasi per evitare il possibile galleggiamento degli alleggerimenti: un primo strato sarà gettato fino a colmare uno spessore pari all altezza del piedino elevatore. Si proseguirà a gettare questa prima porzione del solaio fino a che il calcestruzzo non cominci a fare presa e a perdere di fluidità. 5. Assicurato un adeguato livello di presa si potrà completare il getto ricominciando dal punto di partenza annegando completamente l U-Boot Beton. Si procederà infine al livellamento e alla lisciatura della gettata in maniera tradizionale. 6. Trascorsi i tempi tecnici per l indurimento della struttura si procederà a scasserare. La superficie si presenta liscia all intradosso.