Giunto pilastro-fondazione Edilmatic

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1 1 GENERALITA Il giunto pilastro-fondazione prefabbricato EDILMATIC, si propone come una soluzione innovativa per il collegamento di elementi prefabbricati (Figura 1). In particolare assicura: continuità delle armature flessionali, facilità di montaggio e regolazione che implicano rapidità di assemblaggio e costi contenuti di realizzazione. Il giunto presenta parti che devono essere inserite nel getto degli elementi prefabbricati e parti che devono essere assemblate in cantiere. Il montaggio in cantiere avviene a secco; solo dopo la regolazione degli elementi si procede ad un getto di completamento in malta ad alte prestazioni autocompattante ed autolivellante. Figura 1. Rappresentazione del giunto pilastro-fondazione ELEMENTI DEL GIUNTO Gli elementi utilizzati per la realizzazione del giunto pilastrofondazione sono (Figura 2): Elementi per il getto del pilastro: Barre filettate Boccole Dima di posizionamento Elementi per il getto del plinto: Tubi corrugati Dadi e rondelle Pioli di registrazione Figura 2. Descrizione degli elementi del giunto Elementi per il montaggio ed il completamento: Piastre di registrazione Barre filettate Dadi e rondelle Cassero metallico a perdere per il getto di completamento Guaine per la disattivazione dell aderenza Malta ad alte prestazioni

2 2 ELEMENTI PER IL GETTO DEL PILASTRO La scelta degli elementi del giunto deve essere effettuata garantendo l equivalenza tra il momento resistente di calcolo considerando le armature ordinarie oppure le barre filettate di ripresa. Per ogni barra viene fornita una boccola da posizionare nel getto attraverso la dima di posizionamento. Le barre filettate di ripresa vengono legate alle barre d armatura del pilastro in posizione tale da consentire il posizionamento all interno dei tubi corrugati gettati nel plinto (Figura 3). Figura 3. Disposizione delle barre filettate di ripresa Boccole In Tabella 1 sono riportate le dimensioni geometriche delle boccole per ogni diametro disponibile delle barre filettate di ripresa (Figura 4). Tabella 1 A B C [mm] [mm] [mm] M M M M M M M Figura 4 M Barre filettate di ripresa Per ogni diametro disponibile vengono fornite in Tabella 2 la lunghezza delle barre filettate di ripresa lato pilastro, la Forza di progetto agli S.L.U (F RD ), la forza resistente a snervamento (F y ) e la forza resistente a rottura (F u ). La lunghezza minima della barra filettata di ripresa è pari a (Figura 5): L1,min = 2Lb + B/2 dove: Lb è la lunghezza di ancoraggio di ogni barra filettata ed è pari a 15 volte il diametro nominale della barra (C) e B è la lunghezza della boccola. Figura 5 L1,min F RD Tabella 2 L 1,min F y F u [mm] [kn] [kn] [kn] M M M M M M M M

3 3 BARRE FILETTATE PER IL COLLEGAMENTO Il collegamento viene realizzato attraverso barre filettate che da un lato vengono avvitate alle boccole posizionate nel pilastro e dall altro vengono inserite nei tubi corrugati del plinto (Figura 6). Ogni barra di collegamento viene fornita munita di una guaina in PVC di lunghezza L G pari a 200 mm per disattivare l aderenza delle barre filettate all interno della fondazione allo scopo di garantire un adeguata duttilità e capacità dissipativa del giunto in caso di azioni sismiche. Per ogni diametro disponibile viene fornita in Tabella 3 la lunghezza da adottare per le barre di collegamento (Figura 7). La lunghezza minima delle barre di collegamento in corrispondenza degli spigoli è pari a: L2s,min = Lb + LG +B/2 + h1 La lunghezza minima delle barre di collegamento centrali è pari a: L2c = Lb + LG + B/2 + h2 dove: Lb è la lunghezza di ancoraggio di ogni barra filettata pari a 15 volte il diametro nominale della barra LG è la lunghezza della guaina in PVC utilizzata per la disattivazione dell aderenza pari a 200 mm B è la lunghezza della boccola h1 è la distanza della base del pilastro in corrispondenza delle tasche degli spigoli dalla superficie della fondazione (suggerita pari a 15 cm) h2 è la distanza della base del pilastro in corrispondenza della zona centrale dalla superficie della fondazione (suggerita pari a 5 cm) Figura 7 Figura 6. Inserimento delle barre filettate del pilastro nei tubi corrugati del plinto Tabella 3 L2s,min L2c,min [mm] [mm] M M h1 h2 M L2s,min LG M L2c,min M M M M ELEMENTI PER IL GETTO DEL PLINTO Nella realizzazione del plinto si deve prevedere, in fase di assemblaggio delle armature di calcolo, una dima di posizionamento recuperabile. Il corretto posizionamento delle barre filettate di ripresa e dei tubi corrugati viene ottenuto mediante fissaggio dei tubi medesimi e di opportuni pioli di regolazione alla dima. I tubi corrugati vengono avvitati su dei supporti in gomma i quali sono poi imbullonati alla dima per il getto (Figura 8). Il montaggio degli elementi risulta in tal modo particolarmente rapido e preciso. Figura 8. Posizionamento della dima nella gabbia d armatura del plinto per il getto della fondazione

4 4 Tubo corrugato Figura 9 La lunghezza del tubo corrugato da predisporre nel getto della fondazione deve essere tale da assicurare un efficace ancoraggio delle barre filettate di collegamento avvitate alle boccole del pilastro. Tabella 4 D L 3,min [mm] [mm] In Tabella 4 sono indicate le caratteristiche geometriche dei tubi (diametro D e lunghezza L 3,min ) (Figura 9). La lunghezza minima dei tubi corrugati è pari a: L3,min = L2c,min hc + 3cm M M M hc dove: L2c,min è la lunghezza di ancoraggio delle barre filettate centrali hc è l altezza del cassero metallico pari a 7 cm M M M L3,min L2c,min M M ELEMENTI PER IL MONTAGGIO Piastre di registrazione In Figura 10 sono descritti gli elementi che costituiscono il sistema per la registrazione del pilastro, mentre in Tabella 5 sono riportate per ogni diametro delle barre di collegamento le dimensioni delle piastre di registrazione. ARMATURA LONGITUDINALE PILASTRO BOCCOLA ANNEGATA NEL PILASTRO DADI DI REGOLAZIONE t Tabella 5 B L t [mm] [mm] [mm] M18 M B L PIOLO FILETTATO M22 M M27 M M33 M GUAINA PVC PIASTRA ANCORAGGIO PIOLO BARRA FILETTATA Figura 10. Sistema per la registrazione del pilastro

5 5 MONTAGGIO E COMPLETAMENTO La fase di montaggio inizia avvitando le barre filettate di collegamento nelle boccole del pilastro (Figura 11). Le barre di collegamento sono fissate alle piastre di registrazione che fungono da supporto temporaneo al pilastro in fase di montaggio il quale deve essere appoggiato sulle piastre di regolazione vincolate a loro volta ai pioli di regolazione annegati nel getto del plinto (Figura 12). Tali pioli sono dimensionati in modo da assicurare un sostegno sicuro in fase di montaggio, garantendo che il pilastro sia stabile fino all avvenuta presa della malta di allettamento. Completata la fase di montaggio a secco, si dispone un cassero metallico componibile alla base del pilastro. Il cassero è a perdere e svolge la funzione di armatura di confinamento (Figura 13). Figura 11. Fase 1 Figura 12. Fase 2 Si procede quindi al completamento del giunto con un getto integrativo di malta a ritiro compensato ad alte prestazioni. Il getto di completamento viene eseguito in una sola fase: la malta viene colata all interno dei tubi corrugati fino al filo superiore del cassero metallico (Figura 14). Trascorse 12 ore dal getto, si procede alla rimozione delle squadrette di regolazione (Figura 15). Le tasche nel pilastro verranno riempite successivamente al momento del getto della pavimentazione. Figura 13. Fase 3 Figura 15. Fase 5 50 mm 70 mm Figura 14. Fase 4 La regolazione del pilastro deve avvenire in modo tale che la base inferiore del pilastro sia posizionata almeno 2 cm al di sotto del filo superiore del cassero metallico (Figura 16). Figura 16. Regolazione dell altezza del pilastro

6 6 PROVE SPERIMENTALI Il sistema di connessione pilastro-fondazione è stato oggetto di una campagna di prove sperimentali su campioni in scala reale, nel corso della quale è stato studiato il comportamento di nodi pilastro-fondazione sottoposti a cicli di spostamento di ampiezza crescente. A titolo esemplificativo si riportano i risultati ottenuti delle prove effettuate su un giunti realizzati con quattro barre di ripresa M27 e otto barre di ripresa M18. Il comportamento dei giunti realizzati con questo sistema di connessione è stato successivamente confrontato con quello di un plinto tradizionale prefabbricato del tipo a bicchiere. Banco di prova In Figura 17 è riportato lo schema degli elementi del banco utilizzato per le prove sui nodi pilastro-fondazione. Il campione è stato vincolato a terra ancorando la fondazione alla soletta di base del laboratorio tramite due profili di acciaio (a) e quattro barre pretese. L azione assiale è stata applicata mediante due martinetti (d) tramite un sistema costituito da un profilo in acciaio appoggiato alla testa superiore del pilastro (b) collegato in fondazione con due barre, incernierate inferiormente (c) tramite un perno in acciaio inserito all interno di un tubo annegato nel getto della fondazione. La sollecitazione orizzontale è stata applicata utilizzando un martinetto elettromeccanico ancorato a una parete di contrasto (e). Il carico è stato trasmesso al pilastro tramite una cuffia di spinta (f), costituita da due profili in acciaio resi aderenti alle facce opposte del pilastro tramite un sistema di tiranti in acciaio e collegata alla testa del martinetto da una serie di snodi (g). Il punto di applicazione del carico orizzontale è stato posizionato a circa 3.2 metri dalla base superiore della fondazione. Per il monitoraggio della forza applicata è stata inserita una cella di carico (h) all interno del sistema di snodi che collega la testa del martinetto al pilastro. Per eliminare possibili scorrimenti del banco di prova, la fondazione è stata vincolata anche alla parete di contrasto mediante la tesatura di due barre vincolate al profilo (i). Figura 17. Banco di prova Storia di carico In una prima fase è stata applicata ai campioni di prova un azione assiale pari a 650kN. Successivamente sono stati effettuati cicli di carico di ampiezza crescente. In Figura 18 è riportata la storia di carico adottata per la prova, che è stata condotta imponendo uno spostamento orizzontale δx alla sommità del pilastro. Sono stati imposti cicli di spostamento di ampiezza crescente fino a uno spostamento massimo δx pari a 190 mm, corrispondente a un drift del 6%. 6% Drift [%] 5% 4% 3% 2% 1% 0% -1% -2% -3% -4% -5% num. cicli -6% Figura 18. Storia di carico

7 7 Risultati sperimentali I risultati sperimentali in termini di momento-drift sono illustrati in Figura 19, dove sono riportate anche le immagini del nodo per un drift pari all 1% e al 2.5%, corrispondenti a un terremoto di progetto avente una probabilità di superamento rispettivamente del 50% e del 10% in 50 anni. Le soluzioni 4 M27 e 8 M18 mostrano un ottimo comportamento in termini di resistenza e duttilità fino a un drift pari al 6%, corrispondente a uno spostamento di 190 mm. Le prove sono state interrotte in corrispondenza di questo valore di spostamento per le limitazioni relative alla corsa del martinetto senza che si manifestasse il collasso dei campioni. Il campione 8M18 presenta un momento resistente massimo pari a 327 knm per cicli positivi e 341 knm per cicli negativi, valori leggermente inferiori a quelli del campione 4M27, rispettivamente pari a 364 knm e 381 knm, essendo quest ultimo caratterizzato da un maggior braccio della coppia interna. Il comportamento delle connessioni è stabile fino a un drift del 2.5%, spostamento rappresentativo del massimo drift allo SLU del terremoto di progetto: in corrispondenza di tale drift si raggiunge in entrambi i campioni il massimo momento resistente. Curve Momento M- drift Drift 1% δ x =32mm Drift 2.5% δ x =80mm Drift 6% δ x =190m Figura 19. Risultati sperimentali e quadri fessurativi

8 8 Risultati sperimentali Per comprendere la reale efficacia della soluzione con guaine iniettate è necessario confrontare i risultati sperimentali ottenuti con quelli della soluzione classica a plinto a bicchiere, denominata PF. Tale soluzione ha mostrato un minor degrado della resistenza del giunto e un comportamento più stabile rispetto alle soluzioni con guaine corrugate iniettate per cicli superiori al 3% di drift: il momento resistente del nodo è pari a 421 knm per cicli positivi e 440 knm per cicli negativi e si verifica in corrispondenza del 2.5% di drift. Per un drift del 6%, il momento resistente è pari mediamnte al 91% del massimo momento resistente del pilastro, contro l 82% e l 85% nelle soluzioni 4M27 e 8M18 con guaine iniettate. Dal punto di vista del quadro fessurativo, nei campioni con guaine iniettate, si osserva la comparsa di poche fessure lungo l altezza del pilastro, mentre il danneggiamento maggiore si concentra nei primi 20cm alla base. Per cicli elevati si osserva l espulsione del copriferro e lo sgretolamento del calcestruzzo alla base del pilastro. Come mostrato nelle Figure 20 (a) e (b), al termine della prova, è possibile osservare la deformazione del cassero metallico a dimostrare che esso ha svolto funzione di confinamento e la presenza di una fessura passante nel calcestruzzo del pilastro in corrispondenza del filo superiore del cassero metallico, punto in cui si passa da una sezione rettangolare piena rinforzata dal getto integrativo di malta ad alte prestazioni a una sezione a croce in calcestruzzo ordinario. Per quanto riguarda il campione PF, il quadro fessurativo è tipico delle soluzioni monolitiche: sono presenti numerose fessure che si sviluppano su una altezza pari alla dimensione del pilastro (450mm), come mostrato in Figura 20(c). (a) (b) (c) Figura 20. Danneggiamento dei campioni al termine delle prove sperimentali: (a) 4 M27; (b) 8 M18; (c) Plinto a bicchiere In Figura 21 si riporta il grafico dell energia dissipata adimensionalizzata all energia elastica calcolata per ogni ciclo, dove per drift fino all 1% si osserva un andamento approssimativamente costante. Per drift superiori si ha un notevole incremento dell energia dissipata a seguito del completo snervamento delle barre longitudinali di armatura. Dal grafico si può osservare come per drift superiori al 2% il campione di riferimento esibisca un comportamento migliore in termini di dissipazione energetica rispetto ai campioni con barre filettate di ripresa a fronte di un maggiore danneggiamento del calcestruzzo. In corrispondenza di un drift pari al 2.5% la dissipazione energetica è il 20% in più rispetto agli altri due campioni, mentre in corrispondenza di un drift pari al 6%, il campione di riferimento dissipa il 12% di energia in più del campione 4 M27 e il 20% in più del campione 8 M18. Non si evidenziano particolari differenze tra le soluzioni 4M27 e 8M18 fino a valori del drift pari al 3.5%. Per ampiezze dei cicli superiori al 4% di drift, la soluzione 8M18 dissipa circa l 8% in meno rispetto alla soluzione 4M27 probabilmente per il richiamo elastico nella fase di scarico indotto dalle due barre M18 posizionate in corrispondenza dell asse del pilastro. 1.6 E/(s max F) ì PF_campione di riferimento M M Drift 0 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% Figura 21. Grafici di confronto dell energia dissipata adimensionalizzata