Classificazione Strutturale e Progettazione

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1 Classificazione Strutturale e Progettazione Prof. Giovanni Plizzari - Università di Brescia costruire e rinnovare in modo sostenibile e sicuro

2 NTC: 4.6 Costruzioni di altri materiali I materiali non tradizionali o non trattati nelle presenti norme tecniche potranno essere utilizzati per la realizzazione di elementi strutturali od opere, previa autorizzazione del Servizio Tecnico Centrale su parere del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, autorizzazione che riguarderà l utilizzo del materiale nelle specifiche tipologie strutturali proposte sulla base di procedure definite dal Servizio Tecnico Centrale. Si intende qui riferirsi a materiali quali: calcestruzzi di classe di resistenza superiore a C70/85, calcestruzzi fibrorinforzati, acciai da costruzione non previsti in 4.2, leghe di alluminio, leghe di rame, travi tralicciate in acciaio conglobate nel getto di calcestruzzo collaborante materiali polimerici fibrorinforzati, pannelli con poliuretano o polistirolo collaborante, vetro strutturale, materiali diversi dall acciaio con funzione di armatura da c.a.

3 NTC: 4.6 Costruzioni di altri materiali Qualora vengano usati sistemi costruttivi diversi da quelli disciplinati dalle presenti norme tecniche, la loro idoneità deve essere comprovata da una dichiarazione rilasciata, ai sensi dell articolo 52, comma 2, del D.P.R. 380/01, dal Presidente del Consiglio superiore dei lavori pubblici su conforme parere dello stesso Consiglio e previa istruttoria del Servizio Tecnico Centrale. Si intendono per sistemi costruttivi diversi da quelli disciplinati dalle presenti norme tecniche quelli per cui le regole di progettazione ed esecuzione non siano previste nelle presenti norme tecniche o nei riferimenti tecnici e nei documenti di comprovata validità di cui al Capitolo 12, nel rispetto dei livelli di sicurezza previsti dalle presenti norme tecniche. In ogni caso, i materiali o prodotti strutturali utilizzati nel sistema costruttivo devono essere conformi ai requisiti di cui al Capitolo 11. Per singoli casi specifici le amministrazioni territorialmente competenti alla verifica dell applicazione delle norme tecniche per le costruzioni ai sensi del DPR 380/2001 o le amministrazioni committenti possono avvalersi dell attività consultiva, ai sensi dell articolo 2, comma 1, lettera b), del D.P.R. 204/2006, del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, che si esprime previa istruttoria del Servizio Tecnico Centrale.

4 Classificazione Travi PREM Le Linee Guida del CSLP, in applicazione del par. 4.6 delle NTC, hanno inquadrato la totalità delle Travi PREM in tre principali categorie. In particolare, rifacendosi a tipologie già consolidate nella normativa e nella letteratura internazionale, le tre categorie sono le seguenti: a) composte acciaio-calcestruzzo; b) in calcestruzzo armato; c) ibride.

5 Fasi Costruttive Per tutte le predette categorie si individuano due fasi costruttive: una prima fase in cui è resistente la sola parte in acciaio ed una in cui anche il calcestruzzo di completamento è indurito. La prima fase costruttiva si identifica, quindi, con il concetto di autoportanza. Le Caratteristiche Morfologiche comportano unioni saldate progettate ad hoc differenziate a seconda che si saldi: acciaio da carpenteria, acciaio da c.a. o ambedue gli acciai fra loro.

6 Categoria a) Quando il sistema resistente le assimila ad una trave in acciaio resa collaborante con una soletta in c.a. mediante un sistema di connessione appropriatamente dimensionato. L appartenenza alle strutture composte è caratterizzata dalla presenza di connessioni a taglio in grado di impedire lo scorrimento e il distacco tra i due materiali (calcestruzzo e acciaio). L appartenenza a tale categoria è condizionata all impiego di solo acciaio da carpenteria (piatti, profilati, tondi ecc.) per la parte che assicura la portanza in prima fase (normalmente prefabbricata) e per i dispositivi di connessione. Il modello di calcolo adottato, in particolare per le verifiche a taglio, deve essere coerente con i modelli previsti nelle NTC e nei relativi Eurocodici.

7 Categoria a) Di conseguenza, poiché si fa riferimento alle strutture composte acciaio-calcestruzzo: la resistenza a taglio dovrà essere garantita di regola dalla sola parte in carpenteria metallica (l EC4 ammette la possibilità di considerare, con modelli consolidati, il contributo parallelo della sola parte in c.a. alla resistenza totale a taglio); il sistema di connessione deve conformarsi, per morfologia e criteri di progetto, a quanto previsto dalle NTC o dall EC4. Le travi appartenenti a questa categoria, ai fini della loro Identificazione, qualificazione ed accettazione, rientrano nel caso B) del Par delle NTC.

8 Categoria a) Travi Miste Acciaio Calcestruzzo trave rep Trave Lastra

9 Categoria a) Comportamento nelle diverse fasi di carico: Fase 1: la resistenza è affidata completamente alla sezione metallica Fase 2: la trave viene divisa in 3 aree: nella parte centrale si può fare conto sulla trave composita acciaio-calcestruzzo. Nelle zone laterali si può fare conto sul comportamento di una trave in c.a.. Il comportamento sotto carichi di lunga durata si considera assumendo un valore ridotto del modulo elastico.

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11 Categoria b) Sono costituite da un traliccio metallico, realizzato con tondi di acciaio per c.a., comprensive di un eventuale fondello prefabbricato in c.a. I modelli resistenti della trave in seconda fase dovranno comprendere solo l acciaio da c.a./c.a.p., secondo gli specifici modelli previsti dalle NTC.

12 Categoria b) Tale manufatto andrà dunque a costituire in opera, a consolidamento avvenuto del getto di calcestruzzo armato integrativo di completamento, una trave in c.a. o c.a.p. a tutti gli effetti. Segue pertanto integralmente e unicamente, per le verifiche in seconda fase, le regole previste per tali elementi strutturali. Le travi appartenenti a questa categoria, ai fini della loro identificazione, qualificazione ed accettazione, rientrano nel caso A) del par delle NTC se hanno un fondello prefabbricato in calcestruzzo e nel caso B) se non lo hanno.

13 Categoria b) Cemento armato (e c.a.p.)

14 Categoria b) Comportamento nelle diverse fasi di carico: Fase 1: la resistenza è affidata completamente alla sezione metallica costituita dall acciaio da c.a., dimensionato con le stesse regole dell acciaio da carpenteria metallica. Fase 2: la trave viene dimensionata assumendo il comportamento di una trave in c.a. Il comportamento sotto carichi di lunga durata si considera assumendo un valore ridotto del modulo elastico.

15 Categoria c) La Categoria c) comprende quelle tipologie di trave che per principi, modelli di calcolo e materiali non possono essere ricomprese nelle prime due. Le travi che rientrano in tale categoria sono da considerarsi come strutture ibride e rappresentano un innovazione nel campo dell ingegneria strutturale, per le quali le NTC e gli Eurocodici non hanno ancora previsto specifiche regole di progettazione.

16 Categoria c)?

17 Categoria c) Per la Categoria c) le Procedure Ministeriali richiedono che venga documentata l esistenza di margini di sicurezza, funzionalità, durabilità e robustezza non inferiori a quelli previsti dalle NTC. A tal fine è necessario effettuare una adeguata sperimentazione su campioni e su modelli, sia relativamente alla prima fase sia alla seconda fase, riguardante le condizioni di esercizio ed ultime, con riferimento anche ai principi della progettazione assistita da prove (EN 1990 Appendice D). La sperimentazione deve costituire il supporto alla definizione di modelli di calcolo attendibili. Le travi appartenenti a questa categoria, ai fini della loro identificazione, qualificazione ed accettazione, rientrano nel caso C) del par delle NTC.

18 Categoria c) Prodotti non Tradizionali trave TLQ trave TRR trave TLQ trave SER trave SER trave SER

19 Come può operare il progettista? Per strutture in cemento armato e in acciaio, dove il livello di conoscenza tecnica alto e diffuso, le morfologie sono estremamente standardizzate ed è reperibile ampia letteratura, la vita del progettista è facile!

20 Come può operare il progettista? Quale approccio e quali algoritmi utilizzereste? Quali norme avreste a disposizione? Di quale letteratura tecnica disporreste? Che esperienze scientifiche avreste disponibili?

21 Il Gruppo di Lavoro CIS-E Assoprem

22 Il Gruppo di Lavoro CIS-E Assoprem Ente Referente Ente Referente ASSOBETON Ing. Antonello Gasperi Politecnico di Milano Ing. Maurizio Acito ASSOPREM Ing. Marco Assini Politecnico di Milano Prof. Alberto Franchi ASSOPREM Ing. Anna Bati Politecnico di Milano Prof. Pietro Gambarova ASSOPREM Ing. Giuseppe Borneto Politecnico di Milano Prof. Franco Mola ASSOPREM Ing. Antonia Nadia Cancelli Politecnico di Milano Prof. Paolo Setti ASSOPREM Ing. Nicolò Cancelliere Politecnico di Torino Ing. Mario Sassone ASSOPREM Ing. Mauro Ferrari Università di Bergamo Prof. Paolo Riva ASSOPREM Ing. Livio Izzo Università di Bergamo Prof. Alberto Meda ASSOPREM Ing. Sergio Massa Università di Bologna Prof. Marco Savoia ASSOPREM Ing. Pierluigi Reato Università di Brescia Prof. Giovanni Plizzari ASSOPREM Ing. Giuseppe Sergi Università di Ferrara Prof. Nerio Tullini ASSOPREM Ing. Giuseppe Suraci Ing. Raffaele Venir Università di Lecce Prof.ssa M.Antonietta Aiello ASSOPREM Ing. Giuseppe Vinonuovo Università di Messina Prof. Piero Colajanni ATE Ing. Walter Carni Università di Palermo Ing. Francesco Di Maio ATE Ing. Alberto Perdomi Università di Palermo Prof.ssa Lidia La Mendola CIS-E Ing. Fausto Minelli Università di Palermo Prof. Nunzio Scibilia CIS-E Prof. Giovanni Plizzari Università di Reggio Calabria Ing. Raffaele Pucinotti CTE Prof. Giovanni Plizzari Università di Roma 1 Prof. Franco Bontempi Ferriere Nord Pittini SpA Ing. Olivo Molinari Università di Salerno Prof. Luigi Ascione ICMQ Ing. Costanzo Riva Università di Trieste Prof. Claudio Amadio INARSIND Ing. Paolo Recalcati Università di Venezia IUAV Prof.ssa Sandra Bullo

23 Attività del Gruppo di Lavoro FASE I Raccolta dati scientifici, sperimentazione, RICERCA BIBLIOGRAFICA FASE II Approfondimenti teorici-numerici-sperimentali FASE III Stesura Raccomandazioni per la Progettazione e Produzione di Travi Reticolari Miste

24 Raccomandazioni per la progettazione e la costruzione

25 Obiettivi delle raccomandazioni. Fornire uno strumento al progettista Facilitare la Direzione Lavori Favorire i controlli del collaudatore Stabilire i criteri per il controllo di qualità Favorire il processo di certificazione Operare in modo trasparente

26 Raccomandazioni per la progettazione e l esecuzione di travi prefabbricate reticolari miste 1 INTRODUZIONE 2 DEFINIZIONI E MORFOLOGIE STRUTTURALI 2.1 GENERALITÀ 2.2 DEFINIZIONI Trave Prefabbricata Reticolare Mista Traliccio Fasi operative Autoportanza 2.3 CLASSIFICAZIONE DEL TRALICCIO In base al corrente inferiore Fondello in acciaio con eventuali ferri longitudinali Fondello in calcestruzzo con ferri longitudinali In base alla sezione 2.4 CLASSIF. DELLA TRAVE IN BASE ALLA POSIZIONE DEL SOLAIO Rispetto alla quota del solaio Rispetto alla pianta

27 2.5 CLASSIFICAZIONE DEI COMPONENTI DEL TRALICCIO Corrente inferiore Armatura longitudinale Calastrelli longitudinali Armatura trasversale nel fondello in calcestruzzo Corrente superiore Calastrelli longitudinali e trasversali Anima Morfologia elementi d anima Controventi d anima Apparecchi di appoggio delle travi sui pilastri Apparecchi di appoggio dei solai prefabbricati sulle travi 2.6 CLASSIFICAZIONE DEI DISPOSITIVI DI CONTINUITÀ ALL APPOGGIO 2.7 CLASSIFICAZIONE DI PARTICOLARI PRESIDI PER ZONA SISMICA Staffe di contenimento in testata

28 3 PRINCIPI DI PROGETTAZIONE 3.1 CRITERI GENERALI Fase Fase Fase AZIONI Generalità Carichi Azioni relative alla Fase Azioni relative alla Fase INDICAZIONI PER IL PROGETTO DEL TRALICCIO E DELLE ARMATURE Indicazioni relative al traliccio Indicazioni relative ai monconi di estremità ed agli elementi terminali Indicazioni relative ai traversi di estremità Indicazioni relative agli apparecchi di appoggio dei solai 3.4 DURABILITA 3.5 PROPORZIONAMENTO DEI COMPONENTI DELLE TRAVI PREM

29 4 MATERIALI 4.1 GENERALITÀ 4.2 CALCESTRUZZO 4.3 ACCIAI Armatura integrativa (non saldata)

30 5 ANALISI STRUTTURALE 5.1 GENERALITÀ Requisiti generali Casi di carico e combinazioni 5.2 PRIMA FASE (FASE 1) Modellazione strutturale per l analisi Modellazione strutturale e ipotesi di base Modellazione dei nodi del traliccio Imperfezioni 5.3 SECONDA FASE (FASE 2) Rigidezza flessionale della trave PREM Analisi elastica lineare Analisi elastica lineare con ridistribuzione limitata Analisi plastica Analisi non lineare Effetti del secondo ordine in presenza di carico assiale Instabilità laterale di travi snelle

31 6 STATI LIMITE ULTIMI (SLU) 6.1 CLASSIFICAZ. DEGLI ELEM. METALLICI COSTITUENTI IL TRALICCIO 6.2 VERIFICHE IN PRIMA FASE Resistenza e stabilità del traliccio 6.3 VERIFICHE IN SECONDA FASE Flessione semplice Taglio Verifica delle connessioni acciaio - calcestruzzo

32 7 STATI LIMITE DI ESERCIZIO (SLE) 7.1 METODI DI ANALISI GLOBALE Analisi lineare elastica 7.2 CONTROLLO DELLE DEFORMAZIONI Considerazioni generali Effetto delle fasi costruttive sulla determinazione delle deformazioni Metodi di calcolo in fase fessurata e non fessurata Deformazioni differite 7.3 CONTROLLO DELLA FESSURAZIONE Definizione degli stati limite di fessurazione 7.4 VERIFICA DELLE TENSIONI IN ESERCIZIO Tensione massima di compres. del calcestruzzo nelle condizioni di esercizio Tensione massima dell acciaio da c.a. in condizioni di esercizio 7.5 VERIFICA DELLE VIBRAZIONI

33 8 PRINCIPI FONDAMENTALI DI PROGETTAZIONE AL FUOCO 8.1 PROCEDURA DI ANALISI DELLA RESISTENZA R AL FUOCO 8.2 PROGETTAZIONE INTEGRATA DA PROVE 9 DETTAGLI COSTRUTTIVI E PRESCRIZIONI SPECIFICHE 9.1 GENERALITA Armatura nelle travi Copriferro e interferro Corrente inferiore Armature di pelle Corrente superiore Anime e calastrelli longitudinali Controventi delle anime Angolari e supporti angolari Traversi e spezzoni saldati Fondello in calcestruzzo 9.2 DETTAGLI COSTRUTTIVI Trave con sbalzo Appoggio delle travi PREM

34 10 PRESCRIZIONI PARTICOLARI NEI NODI STRUTTURALI 10.1 GENERALITÀ 10.2 VERIFICA IN FASE Verifica locale all appoggio Verifica ad instabilità locale 10.3 VERIFICA IN FASE Verifica a flessione

35 11 PRESCRIZIONI PARTICOLARI IN PRESENZA DI SOLLECITAZ. SISMICHE 11.1 GENERALITÀ Premessa Principi di progettazione Classi di duttilità 11.2 TIPOLOGIE STRUTTURALI E FATTORE DI STRUTTURA Tipologie strutturali Fattore di struttura 11.3 ANALISI STRUTTURALE Generalità 11.4 CRITERI DI PROGETTO Generalità Criteri di progetto per strutture dissipative Regole di progetto per sezioni duttili Resistenza delle zone dissipative

36 11.5 REGOLE DI VERIFICA PER STRUTTURE DISSIPATIVE IN CLASSE CD B Coefficienti parziali per le verifiche di sicurezza Sollecitazioni di calcolo Travi Colonne Verifiche di resistenza allo stato limite ultimo (SLU) e determinazione del limite superiore del momento resistente delle travi Travi Nodi trave-colonna 11.6 DETTAGLI COSTRUTTIVI Travi Nodi trave-colonna

37 12 LAVORAZIONI DELL ACCIAIO 12.1 GENERALITÀ 12.2 SAGOMATURA 12.3 SALDATURA Riferimenti normativi Materiali d apporto Dimensionamento e controllo delle saldature Qualificazione del Centro di Trasformazione e/o dello Stabilimento di Produzione Qualificazione dei procedimenti di saldatura Qualificazione del personale

38 13 PRODUZIONE, MONTAGGIO ED ESECUZIONE GETTI 13.1 GENERALITÀ Definizioni Sequenza di produzione, montaggio ed esecuzione getti Tipologie di produzione delle travi PREM Requisiti per lo stabilimento di produzione delle travi PREM Qualif. dei procedim. di piegatura e di saldat., dell azienda e del personale addetto Qualificazione dello stabilimento di produzione delle travi PREM non soggette a Marcatura CE 13.2 PRODUZIONE Generalità Progetto delle travi PREM Prescrizioni e tolleranze Controlli in stabilimento durante la produzione

39 13.3 MONTAGGIO Generalità Controlli di accettazione delle travi in cantiere Controlli in fase di montaggio 13.4 ESECUZIONE GETTI Generalità Controlli di accettazione del calcestruzzo per i getti di completamento Controlli in fase di getto di completamento Controlli sulle strutture completate Relazione a Struttura Ultimata 13.5 COLLAUDO STATICO

40 14 APPENDICE A: DEFINIZIONI E MORFOLOGIE STRUTTURALI 14.1 GENERALITÀ 14.2 DEFINIZIONI 14.3 CLASSIFICAZIONE DEL TRALICCIO In base al corrente inferiore In base alla sezione In base alla vista laterale In base ai due appoggi 14.4 CLASSIF. DELLA TRAVE IN BASE ALLA POSIZIONE DEL SOLAIO Rispetto alla quota del solaio Rispetto alla pianta 14.5 CLASSIFICAZIONE DEI COMPONENTI DEL TRALICCIO Corrente inferiore Corrente superiore Anima Apparecchi di appoggio delle travi sui pilastri Apparecchi di appoggio dei solai prefabbricati sulle travi 14.6 CLASSIFICAZIONE DEI DISPOSITIVI DI CONTINUITÀ ALL APPOGGIO 14.7 CLASSIFICAZIONE DI PARTICOLARI PRESIDI PER ZONA SISMICA

41 15 APPENDICE B: PRESCRIZIONI RELATIVE ALLA PROGETTAZIONE DEI SOLAI IN APPOGGIO SULLE TRAVI PREM 15.1 PROFONDITÀ DI APPOGGIO 15.2 SOLAI PREFABBRICATI CON APPOGGIO IN ASSE ALLE TRAVI PREM IN FASE SOLAI PREFABBRICATI CON APPOGGIO NON IN ASSE ALLE TRAVI PREM IN FASE 2

42 E tutto noto nelle travi tralicciate miste? La ricerca Assoprem e

43 Centri di Ricerca Assoprem Università di Bergamo (responsabile: Prof. Paolo Riva), 2. Università di Bologna (responsabile: Prof. Marco Savoia), 3. Università della Calabria (responsabile: Prof. Luciano Ombres), 4. Università di Ferrara (responsabile: Prof. Nerio Tullini), 5. Università di Palermo (responsabile: Prof.ssa Lidia La Mendola), 6. Università di Trieste (responsabile: Prof. Claudio Amadio), 7. Politecnico di Torino (responsabile: Arch. Mario Sassone), 8. Università di Brescia (responsabile: Prof. Giovanni Plizzari), 9. Università del Salento (responsabile: Prof.ssa M. Antonietta Aiello), 10. Ferriere Nord-Pittini

44 Centri di Ricerca Assoprem Università di Bergamo (responsabile: Prof. Paolo Riva), 2. Università di Bologna (responsabile: Prof. Marco Savoia), 3. Università della Calabria (responsabile: Prof. Luciano Ombres), 4. Università di Ferrara (responsabile: Prof. Nerio Tullini), 5. Università di Palermo (responsabile: Prof.ssa Lidia La Mendola), 6. Università di Trieste (responsabile: Prof. Claudio Amadio), 7. Ferriere Nord-Pittini

45 Thank you for your kind attention! University of Brescia, Italy