Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture. Luigi Di Sarno Marisa Pecce

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1 Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismica e la Mitigazione della Vulnerabilità delle Strutture Università degli Studi di Salerno Consorzio ReLUIS,, Febbraio 2007 Luigi Di Sarno Marisa Pecce Dipartimento di Ingegneria Università degli Studi del Sannio, Benevento

2 Interazione Acciaio-Cls La connessione consente lo sviluppo della resistenza e della deformabilità dell elemento composto asse neutro plastico b eff trazione f y / γ a 0,85f ck / γ c f y / γ a F c F a Componenti Membrature RC Acciaio Collegamenti Interazione Totale Parziale Il momento plastico dipende da Fc e quindi dallo sforzo trasferito dai connettori

3 y Y Interazione Acciaio-Cls Colonne composte Totalmente rivestite Parzialmente rivestite b c a c y b a c y ba = bc b cz ha hc ha y t tw w t f tf cz Z b a c t Riempite t Z d d h a y Z t = hc

4 Interazione Acciaio-Cls I diversi fenomeni associati al trasferimento di sforzi tangenziali ali all interfaccia calcestruzzo possono così raggrupparsi: Adesione ed interazione chimico-fisica (interlocking chimico- fisico); Attrito all interfaccia ; calcestruzzo; Effetto ingranamento (interlocking( meccanico); Effetto dei dispositivi di connessione. Nelle colonne senza aggiunta di connettori può essere fortemente influente il ritiro del calcestruzzo

5 Indicazioni Normative Secondo la CNR (1999) ed EC4 (2004) si può assumere una tensione tangenziale di progetto dovuta all aderenza aderenza ed all attrito attrito fino ai seguenti limiti: - per sezioni completamente rivestite 0,6 N/mm² - per sezioni riempite di calcestruzzo 0,4 N/mm² - per le ali delle sezioni parzialmente rivestite 0,2 N/mm² - per l anima delle sezioni parzialmente rivestite zero. Se tali limiti vengono superati, l intero sforzo va trasmesso mediante collegamenti meccanici. Simili indicazioni sono riportate anche nell AISC (2005)

6 Stato dell arte AUTORI TIPO SEZIONE FORMA SEZIONE Johansson e Gylltoft riempita circolare Yasser M. Hunaiti Minoru Wakabayashi Kiyoshi Masuo Yasser M. Hunaiti calastrellata con e senza olio riempita Yasser M. Hunaiti calastrellata Yasser M. Hunaiti calastrellata Shakir Khalil Riempita con e senza olio Circolare e rettangolare Circolare e rettangolare FINALITA' Esame dei comportamenti meccanici Valutazione dell effetto dell aderenza sulla capacità portante massima Valutazione dell influenza del tipo e dell età del cls e della forma della sezione Valutazione dell influenza dell età del cls Valutazione dell influenza dell età del cls, delle dimensioni dei provini, del ritiro, delle modalità di presa e indurimento e della temperatura Studio della forza di aderenza nelle colonne composte NATURA CARICO TIPO CLS MATERIALI ETA CLS monotona normale 28 giorni monotona normale 28 giorni monotona monotona monotona Normale additivato alleggerito normale normale 28 giorni 90 giorni 21 giorni 1 anno 5anni Da 14 giorni a 360 giorni monotona normale 28 giorni

7 Stato dell arte I fattori che influenzano maggiormente il legame di aderenza sono: o: Forma e dimensioni sezione della membratura composta; Modalità di applicazione carico; Tipo e superficie interfaccia; Tipo sollecitazione agente sulla sezione; Tipo ed età del calcestruzzo utilizzato; Modalità e qualità del getto.

8 Stato dell arte Confronto relazioni carico da Johansson carico-deformazione ottenute dai test eseguiti Johansson e Gylltoft (2002) per diverse tipologie di colonne

9 Stato dell arte Tensione di aderenza (N/mmq) mm 450mm 250mm Profilo cavo quadrato 1.00 h/t=30 CNR Scorrimento (mm) mm 450mm 250mm Profilo cavo quadrato oleato h/t=30 CNR Scorrimento (mm) Curve forza-spostamento per sezioni cave riempite (Khalil ( Khalil,, 1993; 1996) Tensione di aderenza (N/mmq)

10 Stato dell arte Tensione di aderenza (N/mmq) mm 450mm 250mm Profilo cavo circolare CNR d/t=33, Scorrimento (mm) 0.60 Tensione di aderenza (N/mmq) La presenza di un maggiore quantitativo di inerti fini determina un ritiro maggiore e quindi ad una forza di aderenza più bassa. 650mm 450mm 250mm Profilo cavo circolare oleato CNR d/t=33, Scorrimento (mm) La resistenza è molto sensibile alla rugosità e alle condizioni di interfaccia calcestruzzo oltre che alle irregolarità nelle dimensioni interne della sezione di acciaio

11 Stato dell arte Aderenza è pari a circa il 66 % tra l etl età di 14 giorni e 360 giorni. Tensione di aderenza (MPa) provini A provini B provini C provini D provini E Età del calcestruzzo (giorni) Variazione forza di aderenza con l etl età del calcestruzzo (Hunaiti( Hunaiti,, 1994)

12 Prove sperimentali PROVA TIPO CARICO ARMATURA TIPO LONGITUDINALE SOLLECITAZIONE 1 MONOTONO COMPRESSIONE 2 MONOTONO TRAZIONE 3 MONOTONO COMPRESSIONE * 4 MONOTONO TRAZIONE 5 MONOTONO COMPRESSIONE 6 CICLICO COMP/TRAZ 7 CICLICO COMP/TRAZ 8 CICLICO COMP/TRAZ 9 CICLICO COMP/TRAZ * Applicazione di olio lungo le flangie e l anima l del campione prima del getto di calcestruzzo

13 Prove sperimentali Calcestruzzo Estensimetri Flangie Anime Trasduttori

14 Provini colonne A/C = 0.50 HEB 180 S275 Senza armatura interna Barre per applicare carichi ciclici Armatura interna Olio

15 Primi Risultati Est. n Trasduttore 3 Trasduttore 9 Carico (KN) Est. n.10 Load [KN] Est. n Scorrimento (mm) Est. n.3 Est. n Est. n.1 Scorrimento (mm) Ali: lati esterni - Dx Ali: lati esterni - Sx Anima: lato interno - Anteriore Anima: lato interno - Posteriore Carico (KN) Forza (kn) Trasduttore 3 Trasduttore 4 Est. n.9 Olio Scorrimento (mm) Scorrimento (mm)

16 Conclusioni L aderenza tra profilo metallico e calcestruzzo nelle colonne composte dipende da numerosi fattori fisico-chimico chimico e meccanici, ed in particolare modo dalla tipologia della sezione trasversale. I primi risultati sperimentali ottenuti per le prove di compressione sione dimostrano che i valori delle tensioni tangenziali riportati nelle le normative, nazionali ed internazionali, sono molto conservativi; I valori massimi delle tensioni tangenziali lungo l anima l e le ali dei profili esaminati sono pari a 0.14 N/mmq e 0.41 N/mmq mmq.. I valori riportati nella CNR10016 (1999) sembrano, peraltro, essere molto prossimi a quelli registrati per le prove di compressione su campioni con le superfici oleate pari a 0.06 N/mmq e 0.22 N/mmq per l anima l e le ali delle sezioni parzialmente rivestite. I valori delle tensioni di aderenza devono essere valutati anche tenendo conto del degrado ciclico associato all azione azione sismica.