29 ottobre 2009 – SAIE Bologna

I 100 vantaggi dell’edilizia industrializzata in calcestruzzo

Prof. Paolo Riva

Dipartimento di Progettazione e TecnologieUniversità degli Studi di Bergamo

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I 100 vantaggi dell’edilizia industrializzata in calcestruzzo

VANTAGGI DELLE STRUTTURE PREFABBRICATE• AUMENTO DELLA VELOCITÀ DI COSTRUZIONE con riduzione del

personale necessario in cantiere e occupazione in tempi brevi degli edifici;

• ELEVATA QUALITÀ DI COSTRUZIONE E REALIZZAZIONE dei singoli componenti come risultato di una produzione di tipo industriale

• MAGGIORE DURABILITÀ dei singoli componenti;

• FLESSIBILITÀ: le tradizionali unità in calcestruzzo prefabbricato sono facilmente adattabili per la realizzazione di edifici di forma e dimensioni non convenzionali;

• La POST-TENSIONE può essere un metodo conveniente di collegare parti di strutture realizzando strutture continue con riduzione delle sezioni e utilizzo di luci maggiori;

• Se opportunamente progettate, le strutture possono esibire un DANNEGGIAMENTO RIDOTTO IN SEGUITO AL TERREMOTO.

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COMPORTAMENTO SISMICO DELLE STRUTTURE PREFABBRICATE - LEZIONI DAL PASSATO

• Una struttura prefabbricata ben progettata può essere caratterizzata da PRESTAZIONI SISMICHE POTENZIALMENTE ELEVATE;

• La principale causa di risposte sismiche inadeguate in edifici in c.a. gettati in opera è da ricercare nella SCARSA CURA dei PARTICOLARI COSTRUTTIVI:

carenza di armatura di confinamentoinsufficiente lunghezza di sovrapposizione o interruzione delle barre longitudinaliscorrimento delle barre di armaturainadeguata resistenza delle connessioni;

• Nella prefabbricazione una progettazione efficace rende possibile evitare la realizzazione in opera di NODI STRUTTURALI CON DETTAGLI COSTRUTTIVI COMPLICATI (es. CONGESTIONE DI ARMATURE)aumentando il controllo delle zone critiche e di conseguenza la sicurezza strutturale.

• Alcuni problemi delle strutture gettate in opera, quindi, possono essere risolti ricorrendo alla prefabbricazione e all’uso di connessioni prefabbricate.

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Schema di edificio monopiano con campate di grande luce e tegoli di copertura a doppia

pendenza

Struttura monopiano con portali indipendenti supportanti copertura e

facciata perimetrale

Schema alternativo per raggiungere una distanza tra i portali fino a 12 m

Schema alternativo per raggiungere una distanza tra i portali fino a 24 m

STRUTTURE MONOPIANOSCHEMI STRUTTURALI TIPICI

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Schema strutturale con nucleo (scale –ascensore)

Sistema a Pannelli Portanti

Pianta dell’ossatura di una struttura prefabbricata Struttura pluripiano a facciate portanti

STRUTTURE PLURIPIANOSCHEMI STRUTTURALI TIPICI

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TIPOLOGIE STRUTTURALIDISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE

• Strutture a TELAIO• Strutture a PARETI• Strutture MISTE TELAIO-PARETI

Strutture a telaio con collegamenti monolitici

Strutture a telaio con collegamenti a cerniera

• Strutture con COLLEGAMENTI ACERNIERA tra travi e pilastri

• Strutture a PANNELLI PORTANTI• Strutture a MONOLITICHE A CELLE • Strutture a PILASTRI ISOSTATICI

Inoltre:

Strutture a pilastri isostatici

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CRITERI DI PROGETTODISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE

• RESISTENZA LOCALENegli elementi prefabbricati e nelle loro connessioni, si dovrebbe considerare la possibilità di un degrado della resistenza in seguito al comportamento ciclico oltre lo snervamento. Generalmente questo fenomeno viene coperto dall’utilizzo dei coefficienti parziali di sicurezza.

• DISSIPAZIONE DI ENERGIAIl meccanismo prevalente di dissipazione dovrebbe aver luogo nelle zone critiche;

– Le strutture prefabbricate possono sviluppare meccanismi dissipativi anche per taglio nei giunti purché (a) la rigidezza non diminuisca in maniera sostanziale con i carichi cilici; b) possibili meccanismi instabili siano adeguatamente controllati;

– Possono essere adottate le medesime classi di duttilità delle strutture costruite in opera.

• VERIFICA SISMICA DURANTE LA COSTRUZIONEDi norma non è necessaria la verifica sismica. Qualora sia necessaria a causa delle eventuali conseguenze sui rischi per la vita umana, può essere svolta adottando una azione sismica ridotta (valore suggerito 30%).

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CONNESSIONI

DISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE

• CONNESSIONI FUORI DALLE ZONE CRITICHETali connessioni dovrebbero essere posizionate ad una distanza dalla sezione critica almeno pari alla dimensione massima della sezione trasversale.

• CONNESSIONI SOVRADIMENSIONATELe armature di tali connessioni devono essere ancorate al di fuori della zona critica e l’armatura della zona critica deve essere ancorata all’esterno della connessione.

• CONNESSIONI DUTTILIDovrebbero soddisfare ai criteri di duttilità locale utilizzati per le connessioni monolitiche. In alternativa, dovrebbe essere dimostrato mediante prove sperimentali cicliche su un numero di campioni sperimentali significativi per la tipologia di connessione, che la connessione possiede un comportamento ciclico stabile ed una capacità dissipativa almeno uguale a quella di una connessione monolitica equivalente che soddisfi ai criteri di duttilità locale da Normativa.

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ELEMENTI STRUTTURALIDISPOSIZIONI NORMATIVE PER LE STRUTTURE PREFABBRICATE

• TRAVILa verifica delle travi viene condotta come nel caso di travi gettate in opera;

– Travi prefabbricate semplicemente appoggiate devono essere connesse strutturalmente ai pilastri o alle pareti.

– Le tolleranze e la resistenza nei confronti dell’espulsione del copriferro in corrispondenza degli appoggi deve essere compatibile con gli spostamenti attesi agli appoggi.

• COLONNELa verifica delle colonne viene condotta come nel caso di colonne gettate in opera;

– Connessioni colonna-colonna all’interno delle zone critiche sono permesse solo per classe di duttilità bassa;

– Per sistemi a telaio prefabbricati con travi incernierate ai pilastri, i pilastri devono essere incastrati alla fondazione, utilizzando vincoli dimensionati in maniera tale da garantire che la sezione critica si sviluppi nel pilastro (ad esempio plinti a bicchiere o giunzioni comunque tali da garantire l’incastro);

• CONNESSIONI TRAVE-PILASTROQualora si usino nodi monolitici, essi devono rispettare le prescrizioni per le strutture in opera;

– Connessioni sovradimensionate oppure duttili devono essere verificate come precedentemente specificato.

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(a) connessione rigida mediante piastra di ancoraggio, tirafondi e barre sovrapposte (b) fondazione su plinti a pozzetto

(c) Connessione con strato di base e chiusure d’angolo

(d) Connessione con strato di base e irrigidimenti

CONNESSIONI PLINTO-PILASTRO (Fip.1990)

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• L’applicazione del CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE porta spesso alla realizzazione di FONDAZIONI DI ELEVATE DIMENSIONI;

• In tal caso, fondazioni a bicchiere possono risultare non più economicamente convenienti, se non addirittura irrealizzabili.

CONNESSIONI PLINTO-PILASTRO (Fip.1990)

• Può quindi risultare conveniente l’adozione di PLATEE DI FONDAZIONEcon pilastri collegati alla fondazione mediante BARRE DI RIPRESAopportunamente collegate.

Nodo pilastro-fondazione con collegamento delle barre di ripresa

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Connessione pilastro – pilastro mediante sovrapposizione senza contatto

CONNESSIONI PILASTRO-PILASTRO MEDIANTE INIEZIONI DI MALTA

Connessione pilastro – pilastro resistente a momento flettente (Fip.1990)

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CONNESSIONI “MONOLITICHE EQUIVALENTI”▪EMULAZIONE DEL C.A. GETTATO IN OPERA▪

Sistema monolitico equivalente e struttura realizzata in Nuova Zelanda mediante il sistema a casseforme (fib, 2003)

• A DUTTILITA’ LIMITATANODI TRAVE-COLONNA sovradimensionati a comportamento lineare e sezioni a risposta non lineare lontane dai nodi;

• DUTTILINODI TRAVE-COLONNA duttili resistenti a flessione e collegamenti fra gli elementi lontani dalle zone a comportamento non lineare.

PROBLEMA:Possibile congestione di armature nella regione del collegamento

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CONNESSIONI “MONOLITICHE EQUIVALENTI”

Esempi di Struttura equivalente a Strutture Monolitiche: (a) Telaio Sismo Resistente

(b) Parete Strutturale (Fip, 2003)

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CONNESSIONI NON “MONOLITICHE EQUIVALENTI”▪CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA’ DI RICENTRAGGIO▪

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CONNESSIONI NON “MONOLITICHE EQUIVALENTI”▪CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA’ DI RICENTRAGGIO▪

• Ampia dissipazione energetica

• Danno esteso: fessurazione nella regione della cerniera plastica

ELEMENTO IN C.A.GETTATO IN OPERA

ELEMENTO PREFABBRICATO CON PRECOMPRESSIONE A CAVI SCORREVOLI:MECCANISMO DI ROCKING

• Limitata dissipazione energetica

• Nessun danno: risposta della struttura alla domandainelastica attraverso l’apertura e la chiusura di una fessura pre-esistente

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CONNESSIONI NON “MONOLITICHE EQUIVALENTI”▪CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA’ DI RICENTRAGGIO▪

ELEMENTO PREFABBRICATO CON PRECOMPRESSIONE A CAVI SCORREVOLI ED ELEMENTI DISSIPATIVI

▪CONNESSIONE IBRIDA▪

• Resistenza a flessione• Duttilità• Dissipazione energetica• Elementi elastici e danno concentrato in una sezione• Sistema autocentrante

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CONNESSIONI NON “MONOLITICHE EQUIVALENTI”▪CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA’ DI RICENTRAGGIO

NEI TELAI

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CONNESSIONI MONOLITICHE EQUIVALENTI

Sistema monolitico equivalente e struttura realizzata in Nuova Zelanda mediante il sistema a croce (fib, 2003)

SISTEMI A T O CRUCIFORMI

CASSEFORME PREFABBRICATE

Sistema monolitico equivalente e struttura realizzata in Nuova Zelanda mediante il sistema a casseforme (fib, 2003)

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CONNESSIONE MEDIANTE GETTO IN OPERACONNESSIONI TRAVE-TRAVE MONOLITICHE EQUIVALENTI

Connessione trave – trave mediante sovrapposizione di barre rettilinee: (a) non a contatto; (b) doppio strato (fib, 2003)

Connessioni trave - trave mediante saldatura delle barre sporgenti (fib, 2003)

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Connessione trave – trave mediante barre con uncino piegato internamente (fib, 2003)

Connessione trave – trave mediante accoppiatori meccanici per le barre sporgenti

CONNESSIONE MEDIANTE GETTO IN OPERACONNESSIONI TRAVE-TRAVE MONOLITICHE EQUIVALENTI

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CONNESSIONE MEDIANTE GETTO IN OPERACONNESSIONI TRAVE-PILASTRO MONOLITICHE EQUIVALENTI

Collegamento trave-pilastro mediante getto in opera: (a) ancoraggio con barre ad uncino; (b) ancoraggio con barre inferiori continue (fib, 2003)

Struttura realizzata in Giappone (fib, 2003)

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Sezione trasversale del nodo trave – colonna del sistema 2 (fib, 2003)

Connessione trave - colonna mediante sovrapposizione di barre in guaine metalliche iniettate (fib, 2003)

CONNESSIONE MEDIANTE INIEZIONE DI MALTA IN GUAINECONNESSIONI TRAVE-PILASTRO MONOLITICHE EQUIVALENTI

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CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO MONOLITICHE EQUIVALENTICONNESSIONI POST-TESE CON CAVI ADERENTI

Connessione monolitica equivalente con cavi post-tesi: realizzazione in Nuova Zelanda (fib, 2003)

Connessione monolitica equivalente con cavi post-tesi e travi su mensola: (a) mensola a vista; (b) mensola a scomparsa (fib, 2003)

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CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO NON MONOLITICHE EQUIVALENTI (JOINTED SYSTEM)

Connessioni Saldate Trave Pilastro (Fip, 1990)

CONNESSIONI SALDATE

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CONNESSIONI TRAVE-PILASTRO NON MONOLITICHE EQUIVALENTI (JOINTED SYSTEM)

▪CONNESSIONI INNOVATIVE CON POSSIBILITA’ DI RICENTRAGGIO▪

Connessione ibrida con cavo post-teso non aderente ed armatura lenta (fib, 2003)

Connessione post-tesa con meccanismo di rocking (fib, 2003)

Edificio di 39 piani realizzato con connessioni di tipo ibrido

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Connessione Tension – Compression – Yielding(TCI) (Priestley et al., 1999)

Connessione a cavi pretesi "pretensioned" (Nakaki et al., 1999)

TCY-gap connection (Nakaki et al., 1999) Connessione ibrida ("hybrid") (Nakaki et al., 1999)

SOLUZIONI PROGETTUALI SVILUPPATE NELL’AMBITO DEL PROGRAMMA PRESSS

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(a) Barre verticali – ancoraggio inferiore mediante boccola e serraggio all’estremo

inferiore (b) Barre verticali – effetto leva

(c) Collegamenti di travi con differenti altezze (d) Travi con appoggio Gerber

CONNESSIONI TRA PILASTRI E TRAVE DI COPERTURA

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Esempio di collegamenti a cerniera di travi secondarie a travi principali (Centre for advanced Engineering, 1999)

CONNESSIONI TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA

Collegamento tra trave principale e trave secondaria (Fip, 1990)

Collegamento tra trave principale e trave secondaria mediante sovrapposizione delle barre di armatura (Fip, 1990)

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Connessione trave – tegolo mediante bulloni (Dassori, 2001)

CONNESSIONI TRAVE-SOLAIO E TRAVE-TEGOLI

Esempio di collegamento trave – solaio di piano

Esempio di collegamento trave – solaio di piano

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Esempio di collegamento pannello – struttura mediante “anchor channel”(Dassori, 2001)

CONNESSIONI PANNELLO-STRUTTURA

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GRAZIE PER L’ATTENZIONE