2015_04_20 Belluno - 2° Parte - ing. Nespolo Solai misti - Statica Teoria_ris72

I SOLAI NEL RINFORZO DI EDIFICI ESISTENTI APPROCCIO SISMICO E STATICO INTEGRATI

Il rinforzo di solai con la tecnica della soletta collaborante: la progettazione statica.

Belluno18 Maggio 2015

Relatore: ing. Enrico Nespolo

INDICE

1 Pro e contro della tecnica della soletta collaborante

2 I solai esistenti:rilievo, diagnostica, classificazione (cenni)

3 Il calcolo dei solai misti: 3.1 Principi3.2 Legno e calcestruzzo3.3 Acciaio e calcestruzzo (cenni)3.4 Calcestruzzo e calcestruzzo (cenni)

4 I dettagli esecutivi2

LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTEI vantaggi

3

Miglioramento antisismico

Creazione piano rigido + collegamenti perimetrali = > comportamento scatolare

LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTEI vantaggi

Miglioramento statico Caso di restauro:• Maggiori carichi possibili• Minore deformata ottenuta

4

Caso di nuove strutture: • Utilizzo di sezioni minori• Minori spessori di solaio

5

Vantaggi applicativi:- connessione puntiforme ben si adatta ad irregolarità travi esistenti;- calcestruzzo messo in opera fluido:

ben si adatta ad travi deformate o inclinate;- calcestruzzo messo in opera fluido: più facile da posizionare rispetto ad un elemento rigido;

Risparmi:- Non serve fare il cordolo - E’ facile realizzare i collegamenti perimetrali-Calcolo semplice

LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTEI vantaggi

6

Efficacia per azioni verticali :Solaio solo legno EJ = 0,9 x 1012 Nmm2

Solaio legno + doppio tavolato EJ = 1,3 x 1012 Nmm2

Solaio legno + doppio tavolato (45°) EJ = 0,9 x 1012 Nmm2

Solaio legno + triplo tavolato (45°x2) EJ = 0,9 x 1012 Nmm2

Solaio legno + soletta collaborante EJ = 3,0 x 1012 Nmm2

Travi 12x20 in legno C24

LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTEI vantaggi

7

CostiInstallazione connettori / puntelli / armatura / gettoLimiti- Fare attenzione ai carichi globali- Classificazione dell’intervento (int. locale – miglioramento)- Sistemi artigianali di calcolo, di funzionamento (carenza normativa)

LA TECNICA DELLA SOLETTA COLLABORANTE

Carichi rimuovibili:

- piastrelle ceramiche e colla: 2.5 cm ≈ 50 kg/m2

- cretonato sabbia cemento: 2200 kg/mc x 7.5 cm

≈ 165 kg/m2

Totale ≈ 215 kg/m2

I SOLAI ESISTENTI:

RILIEVODIAGNOSTICA (CENNI)

CLASSIFICAZIONE (CENNI)

8

DEGRADO DEL LEGNO• Funghi della carie – le spore germinano se il legno supera il 20% di umidità interna. Forte degrado della resistenza anche non visibile.

• Insetti xilofagi: per quercia, castagno, larice solo la zona esterna (alburno) è soggetta ad attacco. Per abete pioppo tutte. Dopo 80 – 100 anni, legno non più gradito.

• Inflessione dovuta a carico eccessivo.

9

1

DEGRADO DEL LEGNO

10

CLASSIFICAZIONE LEGNO

• Non dipende dal materiale di base, ma dalla presenza di difetti.

•UNI 11035-2-2010

11

2

DEGRADO DELL’ACCIAIO

• Ossidazione.

12

CLASSIFICAZIONE ACCIAIO• Prova di laboratorio

13

IL CALCOLO DI TRAVI MISTE SOGGETTE AD AZIONI DI TIPO

STATICO

14

Due elementi strutturali uniti che si comportano come unico elemento.

Un solaio misto è composto da:1) travi (legno, acciaio o calcestruzzo)2) soletta in calcestruzzo 3) connettori.

La soletta è un elemento comunemente presente dato che permette la distribuzione dei carichi e crea un piano rigido.

COS’È UN SOLAIO MISTO

15

SENZA CONNESSIONE: il solaio è fatto di 2 strati, uno dei quali molto sottile

CON CONNESSIONE: lo strato aggiunto non scorre, comportamento unitario

FUNZIONAMENTO DI UN SOLAIO MISTO

16

ASSENZA DI CONNETTORISCORRIMENTI PERMESSI

PRESENZA DI CONNETTORISCORRIMENTI IMPEDITI

Azioni interne nel solaio misto- compressione nella soletta,- trazione nella trave,- resistenza allo scorrimento orizzontale tra le due forze.

Ne conseguono una maggiore capacità portante e una maggiore rigidezza.

Calcolo travi miste legno e calcestruzzo

18E’ disponibile un documento Tecnaria con esempi di calcolo numerici dettagliati.

INQUADRAMENTO NORMATIVONTC2008 EN 1995-1-1

EN 1994-1-1EN 1992-1-1

DM 14/01/2008 §4.4.10 : “Le verifiche dell’elemento composto dovranno tener conto degli scorrimenti nelle unioni. A tale scopo è ammesso adottare per le unioni un legame lineare tra sforzo e scorrimento. Nel caso di utilizzo del legno accoppiato anche a materiali diversi tramite connessioni o incollaggi, la verifica complessiva dell’elemento composto dovrà tenere conto dell’effettivo comportamento dell’unione, definito con riferimento a normativa tecnica di comprovata validità ed eventualmente per via sperimentale.”

In conformità a queste indicazioni Tecnaria ha ricavato per via sperimentale le resistenze e le rigidezze dei propri connettori in funzione del tipo di posa (su trave o su tavolato) e del tipo di legno da utilizzare nel calcolo dei solai misti.

19

3

LA TEORIA DI MÖHLER

20

Il calcolo dei solai misti legno-calcestruzzo si basa sulla teoria di Möhler nella versione proposta nell'Eurocode 5 “ Design of timber structures” (EN 1995-1-1:2009) Annex B: Mechanically jointed beams.

Le ipotesi di base sono: - travi semplicemente appoggiate con luce l.- le singole parti sono monolitiche- le singole parti sono collegate tramite mezzi di unione meccanici aventi modulo di scorrimento k- la spaziatura tra i mezzi di unione è costante oppure varia uniformemente secondo la forza di taglio tra smin e smax con smax smin- il carico agisce in direzione z.

Le altre ipotesi di base sono:-sezione di calcestruzzo interamente reagente; qualora sia soggetta a tensioni di trazione è necessario disporre un'armatura in grado di assorbire interamente tali sforzi -elasticità lineare;-carico ripartito uniformemente sulla luce-unica fase di calcolo (struttura puntellata in fase transitoria).

di

Q i=Kdi

di

LA TEORIA DI MÖHLER

22

= 0

=1

0 < <1

LA TEORIA DI MÖHLER

Appendice B - UNI EN1995-1-1:2005

23

2

1

111

21

11/1lK

sAE

2222

211112211,)( aAEaAEIEIEEI yef

3bisLA TEORIA DI MÖHLER

VERIFICHE SLU

24

Le tensioni normali risultano:

Le massime tensioni di taglio sono:

Lo sforzo massimo sul connettore più sollecitato:

ove si= è la spaziatura dei mezzi di unione.

VERIFICHE A TINF

25

Verifiche a tempo infinito

I valori di calcolo si ottengono dalla media delle caratteristiche elastiche intere e ridotte pesata in funzione della durata del carico.

El ,inf = El x = 11.000x0,72 = 7923 N/mm2

Kcon,u,inf = Kcon,ux 0,72 = 7410 x 0,72= 5337 N/mm

Ec,inf = Ec x =30.500 x0,44 =13.437 N/mm2

Il calcolo a tempo infinito va fatto quindi utilizzando queste caratteristiche elastiche.

4

VERIFICHE DI DEFORMABILITÀ

26

Freccia a tempo infinito da EC5 § 2.2.3 e CNR DT 206 del 2007.

Deformabilità a tempo infinito – combinazione “quasi permanente” NTC2008 §2.5.3

5

27

Limiti alla deformata :Il DM 14/01/2008 non riporta limiti alle deformazioni verticali specifici per le strutture in legno (Cap 4.4.7). Ci si riferisce quindi ai limiti riportati nell’Eurocodice 5

Rapporto ammissibile luce/freccia: a tempo zero (deformazioni istantanee) da 300 a 500 a tempo infinito da 250 a 350.

Limiti bozza nuova norma tecnica:Nei casi in cui sia opportuno limitare la freccia iniziale dovuta ai soli carichi variabili nella combinazione di carico rara, si raccomanda che essa sia inferiore a L/300.

Nei casi in cui sia opportuno limitare la freccia finale si raccomanda che essa sia inferiore a L/200.

VERIFICHE DI DEFORMABILITÀ

VERIFICHE RESISTENZA A TAGLIO

28

NTC2008 § 4.4.8.1.8

NTC2008 § 11.7.2

NTC2008 § 11.7.4.2

UNI EN 338:2004 C24 fv,k = 2,5UNI EN 1194:2000 GL24h fv,k = 2,7

6

29

EN 1995-1-1 : 2009§6.1.7

UNI EN 338:2009 C24 fv,k = 4,0UNI EN 1194:2000 GL24h fv,k = 2,7

.

VERIFICHE RESISTENZA A TAGLIO

Connettori Turrini – Piazza.

Recuperare n. 5, 6 e 7 198330

LE CARATTERISTICHE DEI CONNETTORI7

Barre B450C

10 – 12 – 14

Foro + 2 mm

Pulizia foro

Resina epossidica bicomponente

Tixotropica, con inerti inorganici, privi di solventi, diluenti o

plastificanti.

Infissione > 10 - 15

Ancoraggio ≈ 10 -12

Connettori Turrini – Piazza (Recuperare 1983)31

LE CARATTERISTICHE DEI CONNETTORI

-A taglio

-A flessione e taglio

- A taglio con tavolato carotato

- Assiale

Maggiore attrito grazie all’efficacia dei ramponi combinata con le viti.

I connettori sono smontabili.32

LE CARATTERISTICHE DEI CONNETTORI

Completa testazione dei connettori

Un elemento ad alto contenuto tecnico

33

I CONNETTORI

PROVE SVOLTE PRESSO IL CNR Istituto per la ricerca sul legno Firenze

Programma delle prove a taglio80 provini

APPARECCHIATURA E STRUMENTAZIONE

PROCEDURA DI PROVA(UNI EN 26891)

35

PROVE SVOLTE PRESSO IL CNR Istituto per la ricerca sul legno Firenze

36

PROVE SVOLTE PRESSO IL CNR Istituto per la ricerca sul legno Firenze

0 5 10 15 20 25 300

10

20

30

40

50

60

70

80

Scorrimento (slip) [ mm ]

Forz

a [ k

N ]

CONNETTORE BASE SU ABETE (c lasse C24)

0 5 10 15 20 25 300

10

20

30

40

50

60

70

80

Scorrimento (s lip) [ mm ]

Forz

a [ k

N ]

CONNETTORE MAXI SU ABETE (classe C24)

0 5 10 15 20 25 300

10

20

30

40

50

60

70

80

Scorrimento (s lip) [ mm ]

Forz

a [ k

N ]

CONNETTORE BASE SU QUERCIA (c lasse D50)

0 5 10 15 20 25 300

10

20

30

40

50

60

70

80

Scorrimento (slip) [ mm ]

Forz

a [ k

N ]

CONNETTORE MAXI SU QUERCIA (classe D50)

ABETE

QUERCIA

BASE MAXI

Tav. assente

Tav. 2 cm

Tav. 4 cm

37

PROVE SVOLTE PRESSO IL CNR Istituto per la ricerca sul legno Firenze

I DETTAGLI ESECUTIVI

38

La distribuzione dei connettori

I DETTAGLI ESECUTIVI

39

8

La puntellazione

40

9

I DETTAGLI ESECUTIVI

La rete elettrosaldata

41

10

I DETTAGLI ESECUTIVI

L’armatura complementare

42

11I DETTAGLI ESECUTIVI

43

1° Requisito:

FUNZIONAMENTO A DIAFRAMMA - Rigidezza di piano

I DETTAGLI ESECUTIVI12

44

1° Requisito:

FUNZIONAMENTO A DIAFRAMMA - Aperture di piano12bis

I DETTAGLI ESECUTIVI

45

2° Requisito:

COLLEGAMENTO AI MURI - Continuità strutturale13

I DETTAGLI ESECUTIVI

46

2° Requisito:

COLLEGAMENTO AI MURI - Continuità strutturale

I DETTAGLI ESECUTIVI

Calcolo travi miste acciaio e calcestruzzo

47

IPOTESI DI CALCOLO

48

I connettori hanno rigidezza elevata => è valida l’ipotesi del mantenimento delle sezioni piane.

Restauro di strutture esistenti.- Metodo elastico di calcolo della resistenza. (NTC2008 4.3.4.2.1.1 )- Distribuzione dei connettori coerente con l’andamento del taglio.

Il calcolo di tipo plastico è ammesso solo se- fu /fy >=1.2;- allungamento valutato su una base pari a 5.65 (A0)0.5, dove A0 è l’area della sezione trasversale >= 15 %;- eu (deformazione a rottura corrispondente a fu) >= 20 ey(deformazione a snervamento corrispondente a fy)- sezioni in classe 1 o 2- connettore duttile (NTC2008)

CALCOLO PLASTICO RESISTENZA

49

Calcolo plastico, Momento resistente Mpl,Rd EC4 6.2.1.3

Momento resistente relativo ad Nc

CALCOLO PLASTICO RESISTENZA

50

Calcolo plastico, Momento resistente Mpl,Rd EC4 6.2.1.3

Momento resistente relativo ad Nc

CALCOLO PLASTICO RESISTENZA

51

Momento resistente relativo ad Nc

CONNETTORI - RESISTENZA

52

CONNETTORI – DISTRIBUZIONE - PLASTICO

53

CALCOLO ELASTICO RESISTENZA

54

Calcolo elastico, Momento resistente elastico Mel,Rd EC4 6.2.1.5

- fibra inferiore acciaio a fyd ;- fibra superiore calcestruzzo a fcd.A questo Mel,Rd corrisponde il numero di connettori chiamato NC.el

Momento resistente relativo ad Nc EC4 6.2.1.4.(6)

CALCOLO ELASTICO CONNETTORI

55

Nc è la compressione totale che si deve avere nella soletta, si ottiene tramite i connettori presenti su metà trave. Questi connettori devono essere distribuiti in modo tale da seguire gli andamenti dei tagli.In pratica si dispongono i connettori in due modi:- a spaziatura variabile- a spaziatura costante

RESISTENZA E DUTTILITÀ CONNETTORI

56

PROVE SUI CONNETTORINTC2008 4.3.4.3.2 per altri connettori rispetto a quelli connettori da saldare.

UNI EN1994-1-1:2005 Annesso B

Tecnaria ha ricavato per via sperimentale la resistenza e la duttilità dei propri connettori da utilizzare nel calcolo dei solai misti. 57

Calcolo travi miste calcestruzzo e calcestruzzo

58

CALCOLO RESISTENZE

59

Basi di calcolo :• calcolo di tipo elastico• connessione di tipo infinitamente rigida.

JSTb

bPs Rd