I 100 vantaggi dell edilizia industrializzata in calcestruzzo. Prof. Paolo Riva

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1 Prof. Paolo Riva Dipartimento di Progettazione e Tecnologie Università degli Studi di Bergamo

2 VANTAGGI DELLE STRUTTURE PREFABBRICATE AUMENTO DELLA VELOCITÀ DI COSTRUZIONE con riduzione del personale necessario in cantiere e occupazione in tempi brevi degli edifici; ELEVATA QUALITÀ DI COSTRUZIONE E REALIZZAZIONE dei singoli componenti come risultato di una produzione di tipo industriale MAGGIORE DURABILITÀ dei singoli componenti; FLESSIBILITÀ: le tradizionali unità in calcestruzzo prefabbricato sono facilmente adattabili per la realizzazione di edifici di forma e dimensioni non convenzionali; La POST-TENSIONE può essere un metodo conveniente di collegare parti di strutture realizzando strutture continue con riduzione delle sezioni e utilizzo di luci maggiori; Se opportunamente progettate, le strutture possono esibire un DANNEGGIAMENTO RIDOTTO IN SEGUITO AL TERREMOTO.

3 COMPORTAMENTO SISMICO DELLE STRUTTURE PREFABBRICATE - LEZIONI DAL PASSATO Una struttura prefabbricata ben progettata può essere caratterizzata da PRESTAZIONI SISMICHE POTENZIALMENTE ELEVATE; La principale causa di risposte sismiche inadeguate in edifici in c.a. gettati in opera è da ricercare nella SCARSA CURA dei PARTICOLARI COSTRUTTIVI: carenza di armatura di confinamento insufficiente lunghezza di sovrapposizione o interruzione delle barre longitudinali scorrimento delle barre di armatura inadeguata resistenza delle connessioni; Nella prefabbricazione una progettazione efficace rende possibile evitare la realizzazione in opera di NODI STRUTTURALI CON DETTAGLI COSTRUTTIVI COMPLICATI (es. CONGESTIONE DI ARMATURE) aumentando il controllo delle zone critiche e di conseguenza la sicurezza strutturale. Alcuni problemi delle strutture gettate in opera, quindi, possono essere risolti ricorrendo alla prefabbricazione e all uso di connessioni prefabbricate.

4 SCHEMI STRUTTURALI TIPICI STRUTTURE MONOPIANO Schema di edificio monopiano con campate di grande luce e tegoli di copertura a doppia pendenza Struttura monopiano con portali indipendenti supportanti copertura e facciata perimetrale Schema alternativo per raggiungere una distanza tra i portali fino a 12 m Schema alternativo per raggiungere una distanza tra i portali fino a 24 m

5 SCHEMI STRUTTURALI TIPICI STRUTTURE PLURIPIANO Schema strutturale con nucleo (scale ascensore) Sistema a Pannelli Portanti Pianta dell ossatura di una struttura prefabbricata Struttura pluripiano a facciate portanti

6 DISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE TIPOLOGIE STRUTTURALI Strutture a TELAIO Strutture a PARETI Strutture MISTE TELAIO-PARETI Strutture a telaio con collegamenti monolitici Strutture con COLLEGAMENTI A CERNIERA tra travi e pilastri Strutture a telaio con collegamenti a cerniera Inoltre: Strutture a PANNELLI PORTANTI Strutture a MONOLITICHE A CELLE Strutture a PILASTRI ISOSTATICI Strutture a pilastri isostatici

7 DISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE RESISTENZA LOCALE CRITERI DI PROGETTO Negli elementi prefabbricati e nelle loro connessioni, si dovrebbe considerare la possibilità di un degrado della resistenza in seguito al comportamento ciclico oltre lo snervamento. Generalmente questo fenomeno viene coperto dall utilizzo dei coefficienti parziali di sicurezza. DISSIPAZIONE DI ENERGIA Il meccanismo prevalente di dissipazione dovrebbe aver luogo nelle zone critiche; Le strutture prefabbricate possono sviluppare meccanismi dissipativi anche per taglio nei giunti purché (a) la rigidezza non diminuisca in maniera sostanziale con i carichi cilici; b) possibili meccanismi instabili siano adeguatamente controllati; Possono essere adottate le medesime classi di duttilità delle strutture costruite in opera. VERIFICA SISMICA DURANTE LA COSTRUZIONE Di norma non è necessaria la verifica sismica. Qualora sia necessaria a causa delle eventuali conseguenze sui rischi per la vita umana, può essere svolta adottando una azione sismica ridotta (valore suggerito 30%).

8 DISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE CONNESSIONI CONNESSIONI FUORI DALLE ZONE CRITICHE Tali connessioni dovrebbero essere posizionate ad una distanza dalla sezione critica almeno pari alla dimensione massima della sezione trasversale. CONNESSIONI SOVRADIMENSIONATE Le armature di tali connessioni devono essere ancorate al di fuori della zona critica e l armatura della zona critica deve essere ancorata all esterno della connessione. CONNESSIONI DUTTILI Dovrebbero soddisfare ai criteri di duttilità locale utilizzati per le connessioni monolitiche. In alternativa, dovrebbe essere dimostrato mediante prove sperimentali cicliche su un numero di campioni sperimentali significativi per la tipologia di connessione, che la connessione possiede un comportamento ciclico stabile ed una capacità dissipativa almeno uguale a quella di una connessione monolitica equivalente che soddisfi ai criteri di duttilità locale da Normativa.

9 DISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE ELEMENTI STRUTTURALI TRAVI La verifica delle travi viene condotta come nel caso di travi gettate in opera; Travi prefabbricate semplicemente appoggiate devono essere connesse strutturalmente ai pilastri o alle pareti. Le tolleranze e la resistenza nei confronti dell espulsione del copriferro in corrispondenza degli appoggi deve essere compatibile con gli spostamenti attesi agli appoggi. COLONNE La verifica delle colonne viene condotta come nel caso di colonne gettate in opera; Connessioni colonna-colonna all interno delle zone critiche sono permesse solo per classe di duttilità bassa; Per sistemi a telaio prefabbricati con travi incernierate ai pilastri, i pilastri devono essere incastrati alla fondazione, utilizzando vincoli dimensionati in maniera tale da garantire che la sezione critica si sviluppi nel pilastro (ad esempio plinti a bicchiere o giunzioni comunque tali da garantire l incastro); CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO Qualora si usino nodi monolitici, essi devono rispettare le prescrizioni per le strutture in opera; Connessioni sovradimensionate oppure duttili devono essere verificate come precedentemente specificato.

10 CONNESSIONI PLINTO-PILASTRO (Fip.1990) (a) connessione rigida mediante piastra di ancoraggio, tirafondi e barre sovrapposte (b) fondazione su plinti a pozzetto (c) Connessione con strato di base e chiusure d angolo (d) Connessione con strato di base e irrigidimenti

11 CONNESSIONI PLINTO-PILASTRO (Fip.1990) L applicazione del CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE porta spesso alla realizzazione di FONDAZIONI DI ELEVATE DIMENSIONI; In tal caso, fondazioni a bicchiere possono risultare non più economicamente convenienti, se non addirittura irrealizzabili. Può quindi risultare conveniente l adozione di PLATEE DI FONDAZIONE con pilastri collegati alla fondazione mediante BARRE DI RIPRESA opportunamente collegate. Nodo pilastro-fondazione con collegamento delle barre di ripresa

12 CONNESSIONI PILASTRO-PILASTRO MEDIANTE INIEZIONI DI MALTA Connessione pilastro pilastro resistente a momento flettente (Fip.1990) Connessione pilastro pilastro mediante sovrapposizione senza contatto

13 CONNESSIONI MONOLITICHE EQUIVALENTI EMULAZIONE DEL C.A. GETTATO IN OPERA A DUTTILITA LIMITATA NODI TRAVE-COLONNA sovradimensionati a comportamento lineare e sezioni a risposta non lineare lontane dai nodi; DUTTILI NODI TRAVE-COLONNA duttili resistenti a flessione e collegamenti fra gli elementi lontani dalle zone a comportamento non lineare. PROBLEMA: Possibile congestione di armature nella regione del collegamento Sistema monolitico equivalente e struttura realizzata in Nuova Zelanda mediante il sistema a casseforme (fib, 2003)

14 CONNESSIONI MONOLITICHE EQUIVALENTI Esempi di Struttura equivalente a Strutture Monolitiche: (a) Telaio Sismo Resistente (b) Parete Strutturale (Fip, 2003)

15 CONNESSIONI NON MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA DI RICENTRAGGIO

16 CONNESSIONI NON MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA DI RICENTRAGGIO ELEMENTO IN C.A.GETTATO IN OPERA Ampia dissipazione energetica Danno esteso: fessurazione nella regione della cerniera plastica ELEMENTO PREFABBRICATO CON PRECOMPRESSIONE A CAVI SCORREVOLI: MECCANISMO DI ROCKING Limitata dissipazione energetica Nessun danno: risposta della struttura alla domanda inelastica attraverso l apertura e la chiusura di una fessura pre-esistente

17 CONNESSIONI NON MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA DI RICENTRAGGIO ELEMENTO PREFABBRICATO CON PRECOMPRESSIONE A CAVI SCORREVOLI ED ELEMENTI DISSIPATIVI CONNESSIONE IBRIDA Resistenza a flessione Duttilità Dissipazione energetica Elementi elastici e danno concentrato in una sezione Sistema autocentrante

18 CONNESSIONI NON MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA DI RICENTRAGGIO NEI TELAI

19 CONNESSIONI MONOLITICHE EQUIVALENTI SISTEMI A T O CRUCIFORMI Sistema monolitico equivalente e struttura realizzata in Nuova Zelanda mediante il sistema a croce (fib, 2003) CASSEFORME PREFABBRICATE Sistema monolitico equivalente e struttura realizzata in Nuova Zelanda mediante il sistema a casseforme (fib, 2003)

20 CONNESSIONI TRAVE-TRAVE MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONE MEDIANTE GETTO IN OPERA Connessione trave trave mediante sovrapposizione di barre rettilinee: (a) non a contatto; (b) doppio strato (fib, 2003) Connessioni trave - trave mediante saldatura delle barre sporgenti (fib, 2003)

21 CONNESSIONI TRAVE-TRAVE MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONE MEDIANTE GETTO IN OPERA Connessione trave trave mediante barre con uncino piegato internamente (fib, 2003) Connessione trave trave mediante accoppiatori meccanici per le barre sporgenti

22 CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONE MEDIANTE GETTO IN OPERA Collegamento trave-pilastro mediante getto in opera: (a) ancoraggio con barre ad uncino; (b) ancoraggio con barre inferiori continue (fib, 2003) Struttura realizzata in Giappone (fib, 2003)

23 CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONE MEDIANTE INIEZIONE DI MALTA IN GUAINE Sezione trasversale del nodo trave colonna del sistema 2 (fib, 2003) Connessione trave - colonna mediante sovrapposizione di barre in guaine metalliche iniettate (fib, 2003)

24 CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO MONOLITICHE EQUIVALENTI CONNESSIONI POST-TESE CON CAVI ADERENTI Connessione monolitica equivalente con cavi post-tesi: realizzazione in Nuova Zelanda (fib, 2003) Connessione monolitica equivalente con cavi post-tesi e travi su mensola: (a) mensola a vista; (b) mensola a scomparsa (fib, 2003)

25 CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO NON MONOLITICHE EQUIVALENTI (JOINTED SYSTEM) CONNESSIONI SALDATE Connessioni Saldate Trave Pilastro (Fip, 1990)

26 CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO NON MONOLITICHE EQUIVALENTI (JOINTED SYSTEM) CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA DI RICENTRAGGIO Connessione post-tesa con meccanismo di rocking (fib, 2003) Connessione ibrida con cavo post-teso non aderente ed armatura lenta (fib, 2003) Edificio di 39 piani realizzato con connessioni di tipo ibrido

27 SOLUZIONI PROGETTUALI SVILUPPATE NELL AMBITO DEL PROGRAMMA PRESSS Connessione Tension Compression Yielding (TCI) (Priestley et al., 1999) Connessione a cavi pretesi "pretensioned" (Nakaki et al., 1999) TCY-gap connection (Nakaki et al., 1999) Connessione ibrida ("hybrid") (Nakaki et al., 1999)

28 CONNESSIONI TRA PILASTRI E TRAVE DI COPERTURA (a) Barre verticali ancoraggio inferiore mediante boccola e serraggio all estremo inferiore (b) Barre verticali effetto leva (c) Collegamenti di travi con differenti altezze (d) Travi con appoggio Gerber

29 CONNESSIONI TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA Esempio di collegamenti a cerniera di travi secondarie a travi principali (Centre for advanced Engineering, 1999) Collegamento tra trave principale e trave secondaria (Fip, 1990) Collegamento tra trave principale e trave secondaria mediante sovrapposizione delle barre di armatura (Fip, 1990)

30 CONNESSIONI TRAVE-SOLAIO E TRAVE-TEGOLI Esempio di collegamento trave solaio di piano Esempio di collegamento trave solaio di piano Connessione trave tegolo mediante bulloni (Dassori, 2001)

31 CONNESSIONI PANNELLO-STRUTTURA Esempio di collegamento pannello struttura mediante anchor channel (Dassori, 2001)

32 GRAZIE PER L ATTENZIONE