Edifici in c.a. esistenti Metodi di adeguamento tradizionali

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1 Corso di Riabilitazione Strutturale POTENZA, a.a Edifici in c.a. esistenti Metodi di adeguamento tradizionali Dott. Marco VONA DiSGG, Università di Basilicata

2 Incamiciatura in c.a. Incamiciatura totale di Pilastri

3 Incamiciatura in c.a. CAPACITÀ DELLA SEZIONE INCAMICIATA I valori della capacità da adottare nelle verifiche sono quelli calcolati con riferimento alla sezione incamiciata (adottando le ipotesi semplificative prima indicate) ridotte secondo le espressioni seguenti: V ~ resistenza a taglio R = 0.9V R resistenza a flessione deformabilità allo snervamento deformabilità ultima M ~ y = 0.9M y ~ θ = 0. θ ~ θ y 9 u = θ u y

4 Incamiciatura in c.a. RESISTENZE DI CALCOLO DEI MATERIALI I valori da impiegare per le resistenze dei materiali saranno: a) per l acciaio esistente, la resistenza ottenuta come media delle prove eseguite in sito e da fonti aggiuntive di informazione, divisa per il fattore di confidenza appropriato in relazione al Livello di Conoscenza raggiunto e, solo nel calcolo di V ~ R, divisa anche per il coefficiente parziale b) per i materiali aggiunti, calcestruzzo ed acciaio, la resistenza di calcolo

5 Incamiciatura in c.a. RESISTENZE DI CALCOLO DEI MATERIALI I valori da impiegare per le resistenze dei materiali nel calcolo del valore di M ~ y da usare per la valutazione del taglio agente su elementi/meccanismi fragili saranno: a) per l acciaio esistente, la RESISTENZA MEDIA ottenuta dalle prove eseguite in sito e da fonti aggiuntive di informazione, moltiplicata per il fattore di confidenza appropriato in relazione al Livello di Conoscenza raggiunto b) per i materiali aggiunti, calcestruzzo ed acciaio, il valore CARATTERISTICO DELLA RESISTENZA

6 Incamiciatura in acciaio OBIETTIVI Può essere applicata principalmente a pilastri o pareti per conseguire tutti o alcuni dei seguenti obiettivi: aumento della resistenza a taglio; aumento della capacità deformativa; miglioramento dell efficienza delle giunzioni per sovrapposizione; aumento della capacità portante verticale (confinamento)

7 Incamiciatura in acciaio AUMENTO DELLA RESISTENZA A TAGLIO Il contributo della camicia alla resistenza a taglio può essere considerato aggiuntivo alla resistenza preesistente purché la camicia rimanga interamente in campo elastico Tale condizione è necessaria affinché essa limiti l ampiezza delle fessure e assicuri l integrità del conglomerato, consentendo il funzionamento del meccanismo resistente dell elemento preesistente

8 Incamiciatura in acciaio AUMENTO DELLA RESISTENZA A TAGLIO Se la tensione nella camicia è limitata al 50% del valore di snervamento l espressione della resistenza a taglio aggiuntiva offerta dalla camicia vale: dove: V j = 0.5 f yw t j, b, s sono rispettivamente spessore, larghezza e interasse delle bande (b/s = 1 nel caso di camicie continue) d è l altezza della sezione f yw è la resistenza di calcolo a snervamento dell acciaio si assume la inclinazione delle lesioni per taglio pari a 45 2t j s b d

9 Incamiciatura in acciaio AZIONE DEL CONFINAMENTO L effetto di confinamento di una camicia in acciaio si valuta come per le staffe, con riferimento alla percentuale geometrica di armatura presente in ciascuna delle direzioni trasversali. CLS Confinato f cc Tensione di compressione f c CLS Non Confinato E c E sec ε c0 2ε c0 ε sp ε cc ε cu Deformazione

10 Incamiciatura in acciaio CONFINAMENTO Incremento resistenza f cc = f c 1 + 3,7 0,5α α n f s c ρ s f y 0,86 Resistenza del calcestruzzo confinato f cc f c è la resistenza del calcestruzzo non confinato f y è la resistenza a snervamento degli elementi di armatura trasversale ρ s è il rapporto volumetrico di armatura trasversale, con: ρ s = 2 (b+h) t s / (b h) nel caso di camicie continue (t s = spessore della camicia, b e h = dimensioni della sezione) ρ s = 2 A s (b+h) / (b h s) nel caso di bande discontinue (A s = area trasversale della banda, s = passo delle bande), α n ed α s sono, rispettivamente, i fattori di efficienza del confinamento nella sezione e lungo l elemento

11 Incamiciatura in acciaio CONFINAMENTO fattori di efficienza α n = 1 2 ( b 2R) + ( h 2R) 3bh 2 α s = (1 s' )(1 2b s' ) 2h R è il raggio di arrotondamento (eventuale) degli spigoli della sezione (in presenza di angolari R può essere assunto pari al minore tra la lunghezza del lato degli angolari e 5 volte lo spessore degli stessi) b, h sono le dimensioni della sezione s = (s - h s ), con è h s altezza delle bande discontinue (se la camicia è continua si assume s = 0)

12 Azione di confinamento f f c = 1 + 0, 5 cc 3,7 α n α f c s ρ s f y 0,86 Sezione quadrata 300x300 Sezione rettangolare 300x600 1,5 f y = 300MPa 1,4 s = mm 1,3 f cc /f c 1,2 1,1 1, s'

13 Azione di confinamento f f c = 1 + 0, 5 cc 3,7 α n α f c s ρ s f y 0,86 Sezione quadrata 300x300 Sezione rettangolare 300x600 1,5 s = 1,4 150 mm f y = Mpa 1,3 f cc /f c 1,2 1,1 1, f y

14 Azione di confinamento f f c = 1 + 0, 5 cc 3,7 α n α f c s ρ s f y 0,86 Sezione quadrata 300x300 Sezione rettangolare 300x600 R è assunto pari al minore tra la lunghezza del lato degli angolari e 5 volte lo 1,5 spessore degli stessi (t) 1,4 1,3 f cc /f c 1,2 1,1 1, R R = mm s = 150 mm f y = 300 MPa t = 5 mm

15 Incamiciatura in acciaio CONFINAMENTO incremento deformazione ultima cu 0.5α α n s s y = 0,004 0,5 Deformazione ultima ε + f cc ρ f f cc è la resistenza del calcestruzzo confinato calcestruzzo confinatoε cu f y è la resistenza a snervamento degli elementi di armatura trasversale ρ s è il rapporto volumetrico di armatura trasversale, con: ρ s = 2 (b+h) t s / (b h) nel caso di camicie continue (t s = spessore della camicia, b e h = dimensioni della sezione) ρ s = 2 A s (b+h) / (b h s) nel caso di bande discontinue (A s = area trasversale della banda, s = passo delle bande), α n ed α s sono, rispettivamente, i fattori di efficienza del confinamento nella sezione e lungo l elemento

16 Incamiciatura in acciaio MIGLIORAMENTO DELLE GIUNZIONI Le camicie in acciaio possono fornire un efficace azione di serraggio nelle zone di giunzione per aderenza. Per ottenere questo risultato occorre che: la camicia si prolunghi per una lunghezza pari almeno al 50% della lunghezza della zona di sovrapposizione; nella zona di sovrapposizione la camicia è mantenuta aderente in pressione contro le facce dell elemento mediante almeno due file di bulloni ad alta resistenza; nel caso in cui la sovrapposizione sia alla base del pilastro, le file di bulloni devono venire disposte una alla sommità della zona di sovrapposizione, l altra ad un terzo dell altezza di tale zona misurata a partire dalla base.

17 Incamiciatura in acciaio Angolari e calastrelli (SJ) Angolari e nastri (CAM)

18 Incamiciatura in acciaio Rinforzo con il sistema CAM Il rinforzo CAM viene realizzato usando 4 angolari in acciaio con spigoli arrotondati e nastri in acciaio inox ad alta resistenza I nastri vengono posti in opera intorno ai 4 angolari utilizzando una apposita macchina in grado di fornire una pretrazione misurabile ai nastri in modo da produrre un lieve stato di precompressione

19 Incamiciatura in acciaio Aumento della resistenza dei PILASTRI 40 Trave 30x50 Rinforzo con angolari e profili d acciaio Calastrelli da saldare agli angolari H = 90 mm Spessore t = 8 mm Superficie omogeneizzata con malta a ritiro compensato Angolari in acciaio posti in opera su superficie trattata con malta a ritiro compensato Trave 30x50

20 Incamiciatura in acciaio Aumento della resistenza dei PILASTRI Angolari e calastrelli in acciaio o nastri in acciaio inox Solaio Rinforzo con angolari e profili d acciaio o nastri in acciaio inox Angolari e calastrelli in acciaio o nastri in acciaio inox

21 Incamiciatura in acciaio Aumento della resistenza dei PILASTRI Angolari e calastrelli in acciaio o nastri in acciaio inox Solaio Rinforzo con angolari e profili d acciaio o nastri in acciaio inox Angolari e calastrelli in acciaio o nastri in acciaio inox

22 Incamiciatura in acciaio Dettagli del collegamento al passaggio tra gli impalcati La posizione dei bulloni e dei relativi fori nella direzione longitudinale del profilo deve essere decisa in opera dal D.L. dopo aver valutato eventualmente anche mediante pacometro/radar la posizione delle armature longitudinali delle travi sottostanti Angolari Angolari Barre filettate opportunamente dimensionate opzione 1 Angolari Angolari Angolari saldati e bullonati opzione 2

23 Incamiciatura in acciaio Dettagli del collegamento al passaggio tra gli impalcati trave in c.a. sezione trasversale camicia con calastrelli e angolari in acciaio pilastro esistente camicia con calastrelli e angolari in acciaio resina epossidica fondazione in c.a. barra filettata

24 Incamiciatura in acciaio Aumento della resistenza dei PILASTRI Rinforzo con angolari e profili d acciaio Riempimento con malta a ritiro compensato

25 Incamiciatura in acciaio TRAVI: tecnica del Beton Plaquè Flessione Flessione Taglio Taglio e flessione

26 Incamiciatura in acciaio TRAVI: Placcaggio con piatti d acciaio Superficie omogeneizzata con malta a ritiro compensato Angolari in acciaio incollati con resina epossidica Piastre da incollare con resina epossidica H = 100 mm Spessore t = 6 mm

27 Incamiciatura in acciaio TRAVI: Placcaggio con piatti d acciaio Sezione in corrispondenza dell'unione bullonata Vista dal basso Pilastro 300 Unione bullonata Classe bullone Angolare incollato con resina epossidica spessore t= 6mm Larghezza ali L= 60mm Riempimento con malta a ritiro compensato Superficie omogeneizzata con malta a ritiro compensato

28 Incamiciatura in acciaio NODI: incamiciatura totale

33 Interventi di riparazione Iniezioni delle lesioni

34 Interventi di riparazione Ripristino del copriferro e trattamento delle armature

35 Interventi di riparazione PILASTRI: Riparazione senza aumento di sezione

36 Interventi di riparazione TRAVI: Riparazione senza aumento di sezione

37 Interventi di riparazione Iniezioni delle lesioni

38 Interventi di rinforzo TELAI Rinforzo mediante incamiciatura della tamponatura

39 Interventi di rinforzo TELAI Rinforzo con profilati d acciaio

40 Interventi di rinforzo locale SOLAI: Rinforzo mediante soletta collaborante Nuova soletta di spessore 4cm in cls strutturale alleggerito con nuova rete elettrosaldata Ø6/15 CONNETTORI CALCESTRUZZO ALLEGGERITO NUOVO CALCESTRUZZO ESISTENTE. RIMOZIONE DELLE PARTI DANNEGGIATE E/O DEGRADATE

41 Interventi di rinforzo locale SOLAI: Rinforzo mediante piatti di acciaio o fibre Strisce di ACCIAIO o FRP (30x1,2mm) CALCESTRUZZO ALLEGGERITO NUOVO CALCESTRUZZO ESISTENTE. RIMOZIONE DELLE PARTI DANNEGGIATE E/O DEGRADATE

42 CONFRONTO TECNICHE DI RINFORZO COLONNE IN C.A. Presso il Laboratorio di Strutture dell Università di Basilicata sono state sperimentate alcune tecniche per il rinforzo di colonne in c.a., tipiche di edifici non antisismici degli anni Tecnica Caratteristiche Incamiciatura in acciaio Facilità e rapidità di applicazione Incamiciatura CAM Fasciatura FRP Costi limitati Confinamento Passivo (Attivo) Facilità e rapidità di applicazione Totale reversibilità Confinamento Attivo Relativa facilità di applicazione Resistenza alla corrosione Costi elevati Confinamento Passivo

43 Caratteristiche della sperimentazione Caratteristiche dei provini Non Armati CLS di scarsa qualità f cm < 15 N/mm 2 rappresentativo delle tipiche condizioni di edifici esistenti italiani degli anni Caratteristiche dei provini Armati CLS di scarsa qualità f cm < 15 N/mm 2 4 barre f =12 mm (f yk = 320 N/mm 2 ) Armatura trasversale (staffe φ 6/120 mm)

44 Incamiciatura in acciaio (Campione SJ) Il rinforzo SJ è stato realizzato con piatti in acciaio (50x5 mm) saldati a 4 angolari ad L lunghi 750 mm È stato usato un acciaio dolce tipicamente impiegato in Italia (tensione di snervamento uguale a 330 N/mm 2 ) In accordo con la pratica costruttiva tipica, i piatti non sono stati pre-riscaldati (confinamento passivo)

45 Fasciatura FRP (Campione FRP) Il rinforzo FRP è stato realizzato utilizzando 1 foglio con fibre di carbonio (CFRP) eseguendo una sovrapposizione pari a 100 mm sia lungo l altezza che lungo il perimetro della colonna Prima di incollare i fogli gli angoli delle colonne sono stati accuratamente arrotondati

46 Incamiciatura in acciaio (Campione CAM) Il rinforzo CAM è stato realizzato usando 4 angolari in acciaio con spigoli arrotondati e nastri in acciaio inox ad alta resistenza (spessore 0.9 mm, larghezza 19 mm, interasse 40 mm) I nastri vengono posti in opera intorno ai 4 angolari utilizzando una apposita macchina in grado di fornire una pre-trazione misurabile ai nastri in modo da produrre un lieve stato di precompressione

47 Risultati dei test: Provini Non Rinforzati (NS) kn mm COL R-NS I test hanno mostrato che la rottura si è sempre localizzata nella parte alta delle colonne. Probabilmente tale meccanismo è causato delle modalità di getto del cls (in casseforme verticali)

48 Risultati dei test: Provini Rinforzati (SJ) kn mm COL R-SJ Le colonne rinforzate con incamiciatura in acciaio (SJ) hanno mostrato un significativo incremento della resistenza e della capacità duttile

49 Risultati dei test: Provini Rinforzati (FRP) kn mm COL R-FRP Le colonne rinforzate con FRP hanno mostrato un buon incremento della resistenza ed un limitato incremento della capacità duttili

50 Risultati dei test: Provini Rinforzati (CAM) kn mm COL R-CAM Le colonne rinforzate con CAM hanno mostrato una limitata perdita della loro capacità resistente anche con spostamenti molto elevati (fino a mm)

51 Colonne armate: Curve inviluppo dei test ciclici 25 Stress (N /mm 2 ) FRP NS SJ CAM COL Rei nforced R-NS R-FRP R-CAM R-SJ Le colonne rinforzate con FRP mostrano limitati incrementi della resistenza e della duttilità 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 Strain Le colonne rinforzate con SJ e CAM mostrano significativi incrementi della resistenza e della duttilità Valore P max P max S Pmax S Pmax Medio [kn] P max,ns [mm] S Pmax,NS R_NS R_FRP R_CAM R_SJ

52 Confronto tra sperimentazione e norme (SJ) Caratteristiche dei campioni Sezione rettangolare 200x300 s = 150 mm s = 200 mm f y = 330 MPa f c = 12,5 MPa f cc,sper = 17,9 MPa f cc,norm = 17,1 MPa

53 Confronto tra sperimentazione e norme (CAM) Caratteristiche dei campioni Sezione rettangolare 200x300 s = 21 mm s = 400 mm f y = 780 MPa f c = 12,5 MPa f cc,sper = 19,1 MPa f cc,norm = 20 MPa

54 EDIFICI ESISTENTI: adeguamento Giunti Stato di fatto

55 Criteri generali di intervento Ridurre il più possibile gli effetti indesiderati (locali e globali) di irregolarità strutturale che danno luogo a consistenti incrementi delle sollecitazioni Adeguare il giunto di dilatazione termica esistente e trasformarlo in un giunto efficace ai fini delle azioni sismiche Adeguare gli elementi strutturali alle richieste imposte dalla presenza di azioni sismiche orizzontali mediante: Inserimento di nuovi elementi in c.a. Rinforzo di alcuni elementi mediante FRP Rinforzo di alcuni elementi con incamiciatura in c.a.

56 Criteri generali di intervento Regolarizzazione in pianta mediante la realizzazione di opportuni tagli strutturali

57 Criteri generali di intervento Ipotesi A Solidarizzazione dei giunti strutturali esistenti Giunti di dilatazione termica esistenti

58 Criteri generali di intervento Ipotesi A Giunto esistente Solaio

59 Criteri generali di intervento Ipotesi A Giunto esistente richiuso mediante clacestruzzo ad elavata fluidità previa preparazione, ripulitura delle superifici ed applicazione aggrappante per riprese di getto Angolari e calastrelli in acciaio o nastri in acciaio inox Solaio Angolari e calastrelli in acciaio o nastri in acciaio inox Angolari e calastrelli in acciaio con

60 Criteri generali di intervento Ipotesi A Calcestruzzo colato per la richiusura del giunto esistente Sezione in corrispondenza dell'unione bullonata Sezione in corrispondenza dell'unione bullonata Perforazione armata φ 16 / 33cm Angolare incollato con resina epossidica Riempimento con malta a ritiro compensato

61 Criteri generali di intervento Ipotesi B Realizzazione di nuovi giunti strutturali sismici Realizzazione di nuovi giunti

62 Criteri generali di intervento Ipotesi B 70 Giunto esistente 20 Nuovo Giunto 57 FASE 1.Demolizione pilastro e messa a nudo delle armature delle travi

63 Criteri generali di intervento Ipotesi B Nuovo Giunto 3 Le armature esistenti delle travi dovranno essere rimesse a nudo e collegate all'interno del nuovo pilastro. Dovranno essere eseguite anche perforzioni armate necessarie a collegare il vecchio cls delle travi con il nuovo pilastro il bordo della trave esistente sarà inserito per almeno 3 cm allinterno del nuovo pilastro avendo cura di ripulire la superficie della sezione della trave e eseguire un trattatamento con idoneo aggrappante FASE 2. Preparazione delle armature delle travi FASE 3. Messa in opera nuove carpenterie metalliche ed esecuzione getto di calcestruzzo

64 Criteri generali di intervento Ipotesi C Adeguamento dei giunti di dilatazione termica esistenti mediante l inserimento di dispositivi STU (Shock Transmission Unit)

65 Criteri generali di intervento Progetto finale Adeguamento dei giunti di dilatazione termica esistenti mediante l inserimento di dispositivi STU (Shock Transmission Unit) Rinforzo globale Rinforzo locale

66 Criteri generali di intervento

67 Esecuzione dell intervento: Demolizioni strutturali Demolizioni necessarie a facilitare l inserimento di nuovi elementi in c.a. Demolizioni

68 Isolamento alla base STRUTTURA TRADIZIONALE ISOLAMENTO ALLA BASE

69 Isolamento alla base Esempio di inserimento di isolatori in un edificio esistente

70 Controventi dissipativi Struttura con Controventi dissipativi Struttura senza Controventi dissipativi

71 Controventi dissipativi Adeguamento sismico della Scuola Elementare D. Viola Potenza