IL COMPORTAMENTO SPERIMENTALE DI COLONNE IN C.A. PROGETTATE IN ASSENZA DI DETTAGLI SISMICI

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1 UNIVERSIT DEGLI STUDI DI NPOLI EDERICO II COLT DI INGEGNERI DIPRTIMENTO DI NLISI E PROGETTZIONE STRUTTURLE Tesi di Laurea in Ingegneria Civile IL COMPORTMENTO SPERIMENTLE DI COLONNE IN C.. PROGETTTE IN SSENZ DI DETTGLI SISMICI Relatore: Prof. ing. E. COSENZ ing. G.M.VERDERME Candidato: Rodolfo ISCINO Matr. 37/2

2 SOMMRIO INTRODUZIONE IL PROGRMM SPERIMENTLE IRISULTTI SPERIMENTLI CONCLUSIONI

3 INTRODUZIONE ORDINNZ 3274 DEL /3/3 Primi elementi per la classificazione sismica del territorio nazionale e di norme tecniche per le costruzioni in zona sismica Gazzetta Ufficiale del /8/3 ormulazione di un giudizio sul livello di sicurezza offerta da una costruzione progettata e realizzata in assenza di dettagli imposti da normativa sismica Costruzioni in cemento armato realizzate a metà del novecento, dagli anni fino agli anni 7, con armature costituite da barre lisce R.D. del 16/11/1939 n 2229.

4 IL PROGRMM SPERIMENTLE I parametri presi in esame sono: i dettagli di armatura all intersezione colonna-fondazione il livello di sforzo normale (ν =.1.2) la natura del carico: monotona o ciclica Sono state effettuate 12 prove su colonne con sezione trasversale x cm 2 armata con barre lisce (3+3) φ12 e staffe φ8/ secondo i minimi relativi alle disposizioni del R.D. del 16/11/1939 n PROGRMM MONOTONO PROGRMM CICLICO Sovrapp. delle Sforzo assiale Sovrapp. delle Sforzo assiale Tipo colonna armature [kn] Tipo colonna armature [kn] M-1 SI C-1 SI M-B1 NO C-B1 NO M27-1 SI 27 C-B2 NO M27-B1 NO 27 C27-1 SI 27 M27-2 SI 27 C27-2 SI 27 M27-B2 NO 27 C27-B1 NO 27

5 TIPOLOGI DEI PROVINI COLONN DI TIPO La sovrapposizione delle armature L = 2 cm L anc. = Φ =48 cm Calcestruzzo f c =2 MPa L.anc. = 48 cm (3+3) φ12 cciaio arm. long eb22k. L = 136 cm Staffe φ 8 26 Simili agli acciai tipo q.42 f y,m = 3 MPa ε sh,m = 3% 26 f u,m = 473 MPa ε su,m = 22%

6 TIPOLOGI DEI PROVINI COLONN DI TIPO B Dettaglio dei ganci di fondazione L = 278 cm Calcestruzzo f c =2 MPa (3+3) φ12 Staffe φ cciaio arm. long. Simili agli acciai tipo q.42 f y,m = 3 MPa ε sh,m = 3% f u,m = 473 MPa ε su,m = 22%

7 IL SET-UP DI PROV STRUMENTZIONE DI VINCOLO E CRICO Cerniera potenziometro Martinetti idrualici Cella di carico ( kn) ttuatore potenziometro Cerniera Cerniera mm 17 mm Barre per l'applicazione dello sforzo assiale LVDT LVDT Cerniera Contrasto laterale

10 IL SET-UP DI PROV STRUMENTZIONE DI MISUR Trasduttori induttivi per misura apertura fessure Trasduttori potenziometrici a filo Trasduttori induttivi per misura deformazioni

11 N = 27 kn (ν =.1) ESPULSIONE ESTES DEL COPRIERRO ESPULSIONE GRDULE DEL COPRIERRO I RISULTI SPERIMENTLI PROVE MONOTONE tipo con N=27kN Taglio, [kn] M Taglio, [kn] M Y L.anc. = 48 cm = 39,6 kn θ Y =,77 % max =,79 kn θ max = 2,4 %,8max = 34,43 kn θ,8max = 6,8 % Y L = 2 cm L = 136 cm = 37,4 kn θ Y =,66 % max = 39,24 kn θ max = 1,84 %,8max = 33,21 kn θ,8max = 6,12 %

12 N = 27 kn (ν =.1) I RISULTI SPERIMENTLI PROVE MONOTONE tipo con N=27kN Taglio, [kn] M Taglio, [kn] M Y L.anc. = 48 cm = 39,6 kn θ Y =,77 % max =,79 kn θ max = 2,4 %,8max = 34,43 kn θ,8max = 6,8 % Y L = 2 cm L = 136 cm = 37,4 kn θ Y =,66 % max = 39,24 kn θ max = 1,84 %,8max = 33,21 kn θ,8max = 6,12 %

13 I RISULTI SPERIMENTLI PROVE MONOTONE tipo B con N=27kN N = 27 kn (ν =.1) 4 Taglio, [kn] Y = 39, kn θ Y =,9 % M27B1 max = 41,66 kn θ max = 2,69 %,8max = 3,41 kn θ,8max = 9,4 % Taglio, [kn] L = 278 cm M27B Y = 41,44 kn θ Y =,96 % max = 42,38 kn θ max = 1,44 %,8max = - kn θ,8max > 6,13 %

14 I RISULTI SPERIMENTLI PROVE MONOTONE tipo B con N=27kN ORMZIONE DI ULTERIORI ESSURE M27B1 non si aprono M27B2 si apre quella intermedia Taglio, [kn] M27B1 Y = 39, kn θ Y =,9 % max = 41,66 kn θ max = 2,69 %,8max = 3,41 kn θ,8max = 9,4 % Taglio, [kn] L = 278 cm M27B Y = 41,44 kn θ Y =,96 % max = 42,38 kn θ max = 1,44 %,8max = - kn θ,8max > 6,13 %

15 I RISULTI SPERIMENTLI PROVE MONOTONE con N=27kN 2 RPPORTO TR IL DRIT GLOBLE e PERTUR DELL ESSUR DI BSE apertura fessura, w drift [%] ORMZIONE E PERTUR DI UN UNIC ESSUR SITUT LL INTERCCI COLONN- ELEMENTO DI ONDZIONE NELL COLONN M apertura fessura, w [mm] 27B1 27B2_(w 1 +w 2 ) 27B2_w 1 27B2_w 2 drift [%] ORMZIONE SENZ PERTUR DI UN SECOND ESSUR SITUT mm DLL BSE NELL COLONN M272.

16 I RISULTI SPERIMENTLI PROVE MONOTONE con N=27kN RPPORTO RPPORTO TR TR IL IL DRIT DRIT GLOBLE GLOBLE e e PERTUR ROTZIONE DELL DI BSE ESSUR DI BSE apertura fessura, w drift [%] apertura fessura, w [mm] 27B1 27B2_(w 1 +w 2 ) 27B2_w 1 27B2_w 2 drift [%] θ base column [%] θ drift drift [%] θ base column [%] θ 27B2 27B1 drift drift [%] ORMZIONE LE COLONNE E PERTUR TIPO DI UN UNIC SONO CRTTERIZZTE ESSUR SITUT LL INTERCCI D UN CONTRIBUTO COLONN- ELEMENTO DELL ROTZIONE DI ONDZIONE DI NELL BSE COLONN PRI CIRC M271. IL 9% DEL DRIT TOTLE. ORMZIONE SENZ MENTRE LE COLONNE PERTUR DI UN SECOND ESSUR TIPO B IN SITUT MISUR mm DLL MINIM DEL BSE %. NELL COLONN M272.

17 I RISULTI SPERIMENTLI PROVE MONOTONE con N=kN 7 Taglio, [kn] Y = 8,26 kn N = kn (ν =.2) L = 2 cm L.anc. = 48 cm L = 136 cm Taglio, [kn] θ Y =,71 % max = 62,62 kn θ max = 1,2 %,8max = - kn θ,8max >, % M1 MB1 L = 278 cm Y = 6,46 kn θ Y =,89 % max = 63,21 kn θ max = 1,7 %,8max = 3,73 kn θ,8max = 3,82 %

18 CONSIDERZIONI RELTIVE LLE PROVE MONOTONE Si registra una maggiore rotazione di snervamento θ Yield, di rotazione plastica θ P,.8 e ultima θ.8 nelle colonne 27B rispetto alla tipologia 27. Tuttavia le due tipologie mostrano una duttilità rotazionale μ θ non particolarmente dissimile Tipologia colonna Taglio colonna, [kn] drift colonna, θ [%] yiel max.8 max θ yiel θ max θ.8max θ p,.8max μ θ μ θ (MEDIO) ,6 27 B B >6.13 >.17 >6.39 8, >. >4.34 >7.11 >7.11 B Il dettaglio di armatura influenza in maniera considerevole la diffusione della sorgente di deformabilità rotazionale, risultando: strettamente localizzata nelle colonne TIPO (con sovrapposizione) maggiormente estesa nelle colonne TIPO B (senza sovrapposizione)

19 I RISULTI SPERIMENTLI PROVE CICLICHE tipo e B con N=27kN N = 27 kn (ν =.1),8 T max [36, kn] C271 C271 Taglio, [kn],8max = 36, kn θ,8max = 4,8 %,8min = -3, kn θ,8min < -6,76 % ,8 T min [-3, kn] L = 2 cm Taglio, [kn],8 T max [36, kn] C ,8 T min [-37, kn] L.anc. = 48 cm L = 136 cm,8max = 36, kn θ,8max = 4,3 %,8min = -37, kn θ,8min < -,8 %

20 I RISULTI SPERIMENTLI PROVE CICLICHE tipo e B con N=27kN N = 27 kn (ν =.1),8 T max [36, kn] C271 C271 Taglio, [kn],8max = 36, kn θ,8max = 4,8 %,8min = -3, kn θ,8min < -6,76 % - - -,8 T min [-3, kn] Taglio, [kn],8 T max [34, kn] C272 C27B ,8 T min [-34, kn] L = 2 cm L.anc. = 48 cm L = 136 cm L = 278 cm,8max = 34, kn θ,8max = 6, %,8min = -34, kn θ,8min = -,7 %

21 I RISULTI SPERIMENTLI PROVE CICLICHE tipo e B con N=kN N = kn (ν =.2) 8 6,8 T max [, kn] C1 Taglio, [kn],8max =, kn θ,8max = 3,4 %,8min = -2, kn θ,8min = -4,1 % - -,8 T min [-2 kn] Taglio, [kn] 6,8 T max [2, kn] Taglio, [kn] 6,8 T max [, kn] CB1 CB ,8 T min [-2, kn] -,8 T min [-2 kn] L = 2 cm L.anc. = 48 cm L = 136 cm L = 278 cm,8max = 2, kn,8max = 34, kn θ,8max = 3,6 % θ,8max = 2,7 %,8min = -2, kn,8min = -34, kn θ,8min < -3,6 % θ,8min < -3, %

22 CONRONTO MONONOTONO-CICLICO Dal confronto dei risultati si rileva una diminuzione di circa il % della capacità rotazionale delle colonne testate ciclicamente rispetto a quelle monotone Tipologia Drift monotona [%] Drift ciclica [%] θ,8 max θ,8 max (-) θ,8 max (+) θ,8 max (media) (1) (2) (1) (2) (1) (2) θ,8 max (media) θ θ,8cicl,8mon. 27 6,8 >6,12 >6, 4,8 4,3 >,8 >,8 >,2,82 27B 9,4 6,13 7,84 6, - -,7 6,3,77 >, - >, 3, ,1 3,8 <,7 B 3,82-3,82 3,6 2,7 * 3,6 3,* 3,24,8 Con riferimento alle sole prove cicliche si rileva una capacità rotazionale indipendente dal dettaglio di armatura di base

23 CONSIDERZIONI RELTIVE LLE PROVE CICLICHE Il dettaglio di armatura influenza in maniera considerevole la diffusione della sorgente di deformabilità rotazionale, risultando strettamente localizzata nelle colonne TIPO (con sovrapposizione), maggiormente estesa nelle colonne TIPO B (senza sovrapposizione). 2, 1, Rotazione di base θ 2, 1, Rotazione di base θ 1,, LVDT 3-8 LVDT 4-7 LVDT 8 LVDT 3 LVDT 7 LVDT 4 1,, LVDT 3-8 LVDT 4-7 LVDT 8 LVDT 3 LVDT 7 LVDT 4,, -, -, -1, C27B1-1, CB1-1, LVDT 3-8 LVDT 4-7 C271 bisertrice -1, LVDT 3-8 LVDT 4-7 C1 bisertrice -2, -2, -1, -1, -,,, 1, 1, 2, -2, -2, -1, -1, -,,, 1, 1, 2, N = 27 kn N = kn

24 CONSIDERZIONI RELTIVE LLE PROVE CICLICHE Per entrambe le tipologia si evidenzia una consistente chiusura del ciclo di isteresi nella fase finale di scarico ed iniziale di ricarico (effetto pinching), tale fenomeno risulta amplificato nelle colonne tipo (con sovrapposizione) comportando una minore capacità dissipativa in misura di circa il 2% rispetto alle colonne tipo B Taglio, [kn] COLONN TIPO LVDT 8 LVDT 7 Taglio, [kn] - - COLONN - TIPO B , 2, Taglio, [kn] 2 LVDT 3-8 LVDT 4-7 LVDT 3 LVDT 4 pertura essura, w [mm] 1,, pertura essura, w [mm] -2-4 taglio - w3 taglio - w LVDT 3-8 LVDT , taglio - w3-2, taglio - w4-3, LVDT 3-8 LVDT 4-7

25 CONSIDERZIONI RELTIVE LLE PROVE CICLICHE Per entrambe le tipologia si evidenzia una consistente chiusura del ciclo di isteresi nella fase finale di scarico ed iniziale di ricarico (effetto pinching), tale fenomeno risulta amplificato nelle colonne tipo (con sovrapposizione) comportando una minore capacità dissipativa in misura di circa il 2% rispetto alle colonne tipo B Taglio, [kn] COLONN TIPO Taglio, [kn] - - COLONN - TIPO B Tipologia Taglio massimo [kn] Drift % Energia dissipata [knmm] Emergia dissipata (media) [knmm] C271 43,2 46. C272 43, C27B1, C CB1 61 3, CB2 64, scarto [% del maggiore ] 26,1 22,7

26 COMPRZIONE TEORICO-SPERIMENTLE Valutazione della Capacità Rotazionale Ultima: θ u = 1 γ el,16 (,3 ν max(,1; ω' ) ) f max(,1; ω) c,22 L h v,3 2 αρ sx fyw fc (1,2 ρd ) γ el = 1. θ u,m L = 2 cm L.anc. = 48 cm L = 136 cm L = 278 cm B Tipo Valori sperimentali θ u,8max [%] Valori numerici ssenza di dettagli sismici θ u,m [%] Monotona Ciclica % - >, 3,82 -B 3,82 3,24 3, >6,,4 4,47 27-B 7,84 6,3 Il fattore,8 tiene dell assenza di dettagli sismici Percentuale di deviazione dal del valore medio ciclico dai valori numerici -8,8-28,4

27 CONCLUSIONI Per le colonne progettate secondo le indicazioni del R.D. n 2229 del 16/11/1939 si rileva dai risultati sperimentali: In ambito monotono Una maggiore rotazione di snervamento θ Yield, di rotazione plastica θ P,.8 e ultima θ.8 nelle colonne tipo B rispetto alla tipologia, mostrando tuttavia una duttilità rotazionale μ θ non particolarmente dissimile. Il dettaglio di armatura influenza in maniera considerevole la diffusione della sorgente di deformabilità rotazionale, risultando localizzata nelle colonne TIPO (con sovrapposizione) estesa nelle colonne TIPO B (senza sovrapposizione) Per entrambe le tipologie si evidenzia una consistente chiusura del ciclo di isteresi nella fase finale di scarico ed iniziale di ricarico (effetto pinching), risultando amplificato nelle colonne tipo (con sovrapposizione) ciò comporta una minore capacità dissipativa in misura di circa il 2% rispetto alle colonne tipo B. In ambito ciclico Dal confronto dei risultati si rileva una diminuzione di circa il % della capacità rotazionale delle colonne testate ciclicamente rispetto a quelle monotone In definitiva le formulazioni proposte in normativa forniscono valori della capacità rotazionale ultima in buon accordo con la sperimentazione condotta.