Rinforzi in acciaio Tecniche Incamiciatura Piastre

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1 Rinforzi in acciaio Tecniche Incamiciatura Piastre

2 Incamiciatura OBIETTIVI Aumento della resistenza taglio Applicazione sull intera lunghezza del pilastro Aumento della capacità deformativa Applicazione sulle cerniere plastiche o sulle zone di ripresa dei ferri Miglioramento dell efficienza delle zone di ripresa dei ferri 2/60

3 Incamiciatura Difetti: Pregi: Costi elevati Materiali e tecnologie facilmente reperibili Rapidità di messa in opera Leggerezza 3/60

4 Impiego Per un uso immediato nella fase post-sismica In caso di pericolo di collasso strutturale In seguito ad una adeguata progettazione di rinforzo, le camicie in acciaio possono essere rimosse o integrate con camicie in c.a. 4/60

5 Tipologie Camicie a spessore sottile Su pilastri circolari Comportamento simile alle fasciature in FRP Su pilastri quadrati o rettangolari Principale differenza con FRP: ISOTROPIA DELL ACCIAIO 5/60

6 Tipologie Camicie a spessore sottile su pilastri circolari Due metà semicircolari sono poste intorno al pilastro e saldate in opera lungo le verticali Il vuoto di pochi millimetri tra camicia e pilastro è riempito con malta antiritiro Efficienti nel confinamento e nel rinforzo delle zone di ripresa dei ferri 6/60

7 Tipologie Camicie a spessore sottile su pilastri rettangolari o quadrati La camicia è ellittica o circolare Il vuoto tra pilastro e camicia è riempito con una grande quantità di calcestruzzo Poco pratiche e antiestetiche 7/60

8 Tipologie Camicie con profili angolari A piastre continue A bande orizzontali I profili angolari sono fissati al pilastro con resine epossidiche A fogli corrugati 8/60

9 Tipologie Camicie con profili angolari a piastre continue Le piastre possono essere saldate agli angoli in stabilimento Saldatura in opera Spessore sottile, per spessori maggiori meglio usare più strati sottili per rendere minimi gli sforzi di taglio all interfaccia 9/60

10 Tipologie Camicie con profili angolari a bande orizzontali (calastrelli) Preriscaldamento dei calastrelli per fornire una successiva azione di confinamento Saldatura dei calastrelli ai quattro profili angolari Vuoto tra calastrelli e pilastro riempito con malta antiritiro Effetto gradualmente perso a causa della viscosità del calcestruzzo. Non se ne tiene conto nel progetto 10/60

11 Tipologie 11/60

12 Tipologie Camicie con profili angolari a fogli corrugati I fogli in acciaio corrugato vengono fissati al pilastro tramite piastre di acciaio angolari a cui sono ancorati i bulloni Il corrugamento dei fogli è posto trasversalmente all asse dell elemento Gli angoli della camicia vengono saldati Il vuoto tra camicia e pilastro è riempito con malta antiritiro Bassa rigidezza estensionale nella direzione assiale dell elemento Efficiente azione di confinamento 12/60

13 Tipologie Camicie con profili angolari a fogli corrugati 13/60

14 L azione di confinamento L effetto di confinamento si valuta come per le staffe,con riferimento alla percentuale geometrica di armatura presente in ciascuna delle direzioni trasversali Resistenza del conglomerato confinato f cc = f cd 0.5αρ f s cd f yw 0.87 Deformazione ultima del conglomerato confinato ε = ε cc su ρ s f f yw cc 14/60

15 L azione di confinamento Le camice in acciaio esercitano azione di confinamento solo agli angoli, con un meccanismo analogo a quello della fasciatura in FRP Le bande o le piastre continue possono esercitare pressione di confinamento solo tramite imbullonatura al pilastro 15/60

16 L attrito nel confinamento L azione di confinamento sviluppa attrito longitudinale all interfaccia tra camicia e pilastro Il pilastro incamiciato aumenta in rigidezza e possibilmente in resistenza L incremento è incerto, non viene considerato nei calcoli e rappresenta una linea di difesa secondaria contro la perdita di capacità del carico assiale del pilastro 16/60

17 L attrito nel confinamento RIDUZIONE DELL EFFICENZA DEL CONFINAMENTO (si ha solo nell acciaio [isotropo], ma non nell FRP) Gli sforzi di compressione longitudinale che si sviluppano nella camicia per attrito, possono ritardare l effetto del confinamento Coefficiente di Poisson n Se n j è molto alto, l azione di confinamento viene ritardata, fino al raggiungimento della resistenza ultima da parte del calcestruzzo, quando n c > n j 17/60

18 Resistenza flessionale Effetti negativi dovuti all incremento di resistenza flessionale nel pilastro Aumento della domanda Un vuoto di pochi millimetri tra la fine della camicia e la fine del pilastro evita forze di compressione tra i due elementi e il relativo aumento di resistenza flessionale nel pilastro di taglio sul pilastro e sul nodo di taglio e momento In fondazione oltre i limiti stimati in base alla resistenza della cerniera plastica 18/60

19 Rinforzo a taglio Resistenza a taglio della camicia Il contributo della camicia alla resistenza a taglio può essere considerato aggiuntivo alla resistenza preesistente fyw α V = j s h 1 2b 2t j b.5 s f 0 yw s h 1 2h 1 cosα t y,b,s, spessore larghezza interasse delle bande resistenza a snervamento dell acciaio 2 b i 1 6hcb = c c c CONDIZIONI NECESSARIE PER LA VALIDITA DELL EQUAZIONE - La camicia deve rimanere in campo elastico - La tensione nella camicia è limitata al 50% del valore di snervamento 19/60

20 Rinforzo a taglio La camicia viene attivata dal movimento causato dalla fessurazione diagonale del pilastro - viene limitata l ampiezza delle fessure - è assicurata l integrità del conglomerato viene garantito il funzionamento del meccanismo resistente dell elemento preesistente 20/60

21 Rinforzo a taglio Efficacia del rinforzo nei nodi con camicie in acciaio corrugato Per il contributo della capacità a taglio della camicia Per l incremento di confinamento del nucleo di calcestruzzo 21/60

22 Zone di sovrapposizione Le camice in acciaio possono fornire un efficace azione di serraggio nelle zone di giunzione per aderenza 22/60

23 Zone di sovrapposizione Raccomandazioni di progetto La camicia deve prolungarsi per almeno il 50% della lunghezza della zona di sovrapposizione Nella zona di sovrapposizione la camicia deve mantenersi aderente in pressione contro le facce dell elemento mediante almeno due file di bulloni ad alta resistenza In caso di sovrapposizione alla base del pilastro, le file dei bulloni devono essere disposte una alla sommità della zona di sovrapposizione, l altra ad 1/3 dell altezza di tale zona misurata a partire dalla base 23/60

24 Incremento della capacità deformativa y M = k y θ = m k θ y M y y Fattori di correzione k m =k y = 1 θ u Da usare con cautela = ( fc( MPa) max 1, ) ( M min 0,18 + 0,06; 0,36 0, Vh b + 2t v 1,1( j ) 0,8 t j M h ) 24/60

25 Rinforzo in acciaio Tecniche Incamiciatura Piastre

26 Piastre Tecniche di ancoraggio Imbullonatura e incollaggio con resine Ancoraggio e fasciatura Ancoraggio alle estremità 26/60

27 Piastre Posizionamento delle piastre Piastre su faccia tesa Piastre laterali Piastre su faccia compressa 27/60

28 Piastre su faccia tesa Caratteristiche Incremento della capacità flessionale Incremento della resistenza a taglio del calcestruzzo Perdita di duttilità Prematura delaminazione per la vicinanza di armatura tesa 28/60

29 Piastre laterali Caratteristiche Incremento notevole della resistenza a taglio del calcestruzzo Minore efficienza nell incremento della capacità flessionale Trascurabile perdita di duttilità Minore tendenza alla delaminazione 29/60

30 Piastre su faccia compressa Caratteristiche Incremento in duttilità Minore tendenza alla delaminazione 30/60

31 Forme e combinazioni di piastre 31/60

32 Introduzione alla duttilità Resistenza rigidezza e duttilità dei materiali 32/60

33 Resistenza e duttilità della sezione Sezione RC Sezione rinforzata 33/60

34 Resistenza e duttilità della sezione 34/60

35 Condizioni iniziali Non puntellata Puntellata 35/60

36 Condizioni iniziali 36/60

37 Meccanismi di delaminazione Delaminazione per fessura intermedia IC Delaminazione per fessurazione critica diagonale CDC Delaminazione di fine piastra PE 37/60

38 IC Causa Deformazioni assiali e longitudinali nella trave indotte dalla concentrazione di tensione Tipo di rottura Inizio della fessurazione in zone di alta flessione Propagazione della fessura di delaminazione fuori dalla fessura intermedia in entrambe le direzioni Ampio margine di preavviso per la delaminazione 38/60

39 CDC Causa Forze verticali di taglio Tipo di rottura Fessurazione in zone di taglio massimo Propagazione della fessura verso la fine della piastra Rottura rapida e catastrofica nessun margine di preavviso 39/60

40 PE Causa Deformazioni flessionali nella trave indotte da sforzi normali e di taglio sull interfaccia trave-piastra Tipo di rottura Propagazione delle fessure dall estremità verso l interno della piastra Ampio margine di preavviso per la rottura 40/60

41 Confronto 41/60

42 Tecnica del placcaggio ad interazione parziale composta: Messa in opera 42/60

43 Meccanismo ad Interazione parziale composta: Funzionamento 43/60

44 Meccanismo ad Interazione parziale composta: Forze N st N cls N sc N plate traz N plate comp 44/60

45 Comportamento della sezione N + = N piatto + N cls + N sc N st N st N piatto N M N cls N sc N piatto 45/60

46 Effetto confinante reciproco Il cls, compresso dalla piastra, confinato in maniera attiva, non viene espulso ed è più duttile La piastra non sbanda per carico di punta perché l estradosso è confinato dal cls 46/60

47 Schemi di test dei campioni di prova variable lateral load F roller support A axial load N cantilever column B stub cantilever column A A pin support /60

48 3 tipologie di rinforzo provate AMF: rinforzato 12mm AMP: rinforzato 6mm Lateral force at top (kn) AMF12 1BMP6 1AMR Lateral displacement at top (mm) Displa cement (mm) Peak point Later al force (kn) Tensi le bar strain Displa cement (mm) Last point Later al force (kn) Tensil e bar strain Failur e (yes/ no) Ductilit y factor AMR: non rinforzato 1AMR Yes 1.6 1BMP 6 2AMF Yes 48/60 No

49 Campioni a fine prova Non rinforzato Perdita di capacità assiale 6mm Piegamento del piatto 12mm Nessun danno 49/60

50 Progetto del rinforzo basato sullo spostamento di piano richiesto 7 passi: 1. Calcolare la curvatura ultima alla cerniera plastica basandosi sul s massimo spostamento o drift di piano richiesto. = θ L κ cu = ( L 0.5 L p ) L Per la sezione relativa alla regione di cerniera plastica, si calcolano le seguenti grandezze al raggiungimento della curvature ultima: p 2. Calcolare il carico assiale nel cls N conc = β f co ε κ cu cu B = β N κ c cu ε cu D 50/60

51 Progetto del rinforzo basato sullo spostamento di piano richiesto 3. Calcolare il carico assiale nelle barre (a = copriferro) ε sc = ε κ cu cu a ε st = ε κ cu cu ( D a) N st ε st Es A = f sy Ast f sy Ast st ( quando ( quando ( quando ε ε ε st st st ε ed ) ε sy sy ε ) sy ) N sc ε sc = f sy f E A sy s sc A A sc sc ( quando ( quando ( quando ε ε ε sc sc sc ε ε sy ε sy ) ) sy ) 4. Calcolare il carico assiale nella piastra N = N + N + N 1 conc sc st N = N 2 N 1 51/60

52 Progetto del rinforzo basato sullo spostamento di piano richiesto 5. Calcolare lo spessore del piatto t min = N 2 /( f py B) 6. Calcolare lo scorrimento alla prima fila di bulloni sopra la cerniera plastica s p = ( h1 + h2 ) θ p + 1 c 2c 1 c = ε1 c 2c = ε 2c ε L p L = ε κ 1c cu cu h 1 N B t E ε = 2 2 c p p h2 N2 + εcu ε2c t D h1 N1 = N Strain profile of plate Concrete stress block Tensile reinforcement strain κcu Compressive reinforcement strain Concrete strain profile Centroid of RC column Centroid of plate ε1c 52/60

53 Progetto del rinforzo basato sullo spostamento di piano richiesto 7. Calcolare il numero di bulloni N 2 n = F b con F b = s p K b F b plate Slip s RC column 53/60

54 Peeling a flessione semplice 0,09d hp, cmp 0, 43d M M pure,mn pure, ch = = E p f b ( EI ) ( 0, 0185h , t ) 0,805M pure, mn p,cmp = cmp E p sp 0,805 f b ( EI ) ( 0,0185h + 0,185t ) p, cmp cmp sp 54/60

55 Peeling a flessione semplice h p, cmp distanza tra l asse neutro della trave rivestita e l asse geometrico della piastra M pure, ch valore caratteristico del momento t sp spessore della piastra laterale EI cmp rigidezza flessionale della trave con piastra f b resistenza a trazione brasiliana E p modulo elastico della piastra M pure, mn valore medio del momento d altezza utile della sezione della trave 55/60

56 Peeling a flessione e taglio M V M V,, ( EI ) t t f h f E h V end yp p b p p tfp sp,,, uc end,,,, pure,, pure momento applicato a fine - piastra forza di taglio applicata a fine piastra, momento resistente al peeling a flessione semplice cmp resistenza al peeling al resistenza a snervamento della piastra altezza della piastra resistenza a trazione brasiliana,rigidezza flessionale della sezione rivestita fessurata modulo elastico della piastra distanza tra l'asse neutro della trave rivestita e l'asse della piastra taglio spessore della piastra su faccia tesa spessore della piastra laterale resistenza a taglio della trave M V pure,tfp pure, tfp = Vuc + 0, 12 p b ( EI ) fb = 0, 901E L 0,12Lminh f 0, 30h 0,80h Lmin 2 cmp p p h p t tfp min p t h sp p f f 56/60 b yp

57 Delaminazione per CDC Taglio di fessurazione diagonale Vcr, sp x, h, L f b, top tef m, A d sp,,, cent, 2 2 f tef x h = + L top 2 proiezione della fessura profondità della trave posizione della fessura diagonale resistenza a trazione equivalente del calcestruzzo larghezza della trave rapporto modulare tra il materiale della piastra e quello del calcestruzzo area della piastra a lato b mf ct Aspd + cent h2 distanza tra il centro della piastra a lato e la fibra superiore della trave 57/60

58 Delaminazione per CDC Taglio ultimo V u, sp = f, c b, h, A P f st ic, yp,, f c 15 bh Ast+ resistenza equivalente del calcestruzzo larghezza della trave profondità della trave P f ic yp area delle barre di rinforzo longitudinale resistenza di legame della fessura intermedia che misura la fessura diagonale 1+ 2 h x bh della piastra resistenza allo snervament o dell' armatura longitudinale h x 58/60

59 Delaminazione per PE M ( EI ) f ( EI ) cp t PE, ch = 0,53M PEmn = 0,53 = 0,474E pt p cp 0,901E p f t t p Χ PE = M ( EI) PE cp = ft 0,901E p t p M end M PE V + end = K ( V CDC ) fully 1,17 M V end end M ( V CDC PE ) fully 59/60

60 Delaminazione per PE M ( EI ) t f t E p, p, PE, PE,, cp M end, V end Χ momento di delaminazione per, rigidezza flessionale della trave placcata fessurata resistenza del calcestruzzo a trazione modulo elastico della piastra spessore della piastra, momento applicato a fine piastra forza di taglio applicata a fine piastra curvatura di delaminazione per PE PE 60/60