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Progetto di strutture in zona sismica con contenimento del potenziale
danneggiamento – sarà l’ingegneria sismica del futuro?
Prof. Ing. Nerio Tullini – TekneHub
Tecnologie antisismiche innovative a basso danneggiamento per strutture in legno
SAIE 2018 | Arena Rinforzo strutturale, 18 ottobre 2018
No
me
rela
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2
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
Pareti in legno innovative
LABORATORI: - CIRI-EC UNIVERSITÀ DI BOLOGNA - UNIVERSITÀ NICCOLÒ CUSANO – ROMA
IMPRESE PARTNER: - VIBROBLOCK - 2SI
Reticolare spaziale in legno
LABORATORIO: - TEKNEHUB - FERRARA IMPRESA PARTNER: - PRADELLI S.R.L.
No
me
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3
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
SISTEMI COSTRUTTIVI IN LEGNO « TRADIZIONALI»
CLT Ligh-timber frame
Heavy-timber frame Blockhaus
No
me
rela
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4
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
SISTEMI COSTRUTTIVI IN LEGNO « INNOVATIVI»
RC column
Post-tensioned
timber beam
Timble Buildings NZ Arts and Media Building Nelson, NZ
Canada St. Elmo Bldg, NZ
No
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5
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI
- TECNOLOGIA CLT
T
T
hold-down
V
V
angle-bracket
timber-to-timber contact
C
C
No
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6
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI -
TECNOLOGIA CLT
Gavric et al., 2011
Tomasi et al, 2015
I sistemi di connessione tradizionali – responsabili della duttilità e capacità dissipativa della tecnologia CLT – possono mostrare meccanismi di rottura fragili se: - non correttamente progettati in accordo ai criteri di gerarchia delle resistenze; - soggetti a stati di sollecitazione biassiali.
No
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7
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
Latour & Rizzano 2017: XL-stub system
Marchi et al. 2016: X-bracket system
Tension hysteresis
Tension hysteresis Shear hysteresis
SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI -
TECNOLOGIA CLT Per migliorare le prestazioni sismiche di edifici realizzati con pareti a pannelli CLT sono stati sviluppati connettori dissipativi. In ogni caso resta non risolta la problematica del ricentraggio del fabbricato.
No
me
rela
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8
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
PARETE SINGOLA PARETE + COLONNA PARETI ACCOPPIATE
Fuse-type dissipater UFP dissipater
SISTEMA A PARETI POST TESE –
RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
No
me
rela
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9
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
SISTEMA A PARETI POST TESE –
RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
F
D
COMPORTAMENTO ISTERETICO SISTEMI CON FUNZIONAMENTO A «ROCKING»
No
me
rela
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1
0
Pro
f. In
g. N
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o T
ulli
ni
SISTEMI TRADIZIONALI vs SISTEMI INNOVATIVI
PARETI CLASSICHE (CLT)
VANTAGGI: •Posa in opera versatile.
SVANTAGGI: •Necessario un elevato numero di
elementi di connessione;
•Il danneggiamento in seguito al sisma
può risultare ingente;
•Difficoltà di riparabilità in seguito a
danno.
PARETI POST-TESE
VANTAGGI: • Sistemi di connessione/dissipazione
concentrati in pochi punti;
• Basse deformazioni residue, grazie alla
capacità di ricentraggio fornita dai cavi
di post-tensione;
• Minor danneggiamento in seguito a
sisma;
• Facilità di riparazione in caso di danno.
SVANTAGGI: • Posa in opera più complessa;
• Influenza di effetti a lungo termine
(effetti viscosi).
No
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11
Pro
f. In
g. N
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ulli
ni
SISTEMA A PARETI POST TESE –
RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
Iqbal et al., 2015
Ganey et al., 2017 Drift (%)
Single wall
Coupled wall
ESPERIENZE E SPERIMENTAZIONI INTERNAZIONALI
No
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12
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
SISTEMA A PARETI POST TESE –
RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
SVILUPPO DI MODELLI PREDITTIVI – UR Unicusano
Analisi sezionale Modellazione numerica
Pannelli CLT – 2D shell element
Cavi di post tensione - elementi «cable»
dissipatori
Elementi di contatto tipo gap
No
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13
Pro
f. In
g. N
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ulli
ni
SISTEMA A PARETI POST TESE – RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
SPERIMENTAZIONE – UR CIRI-EC
Pilastro
Pilastro
Dissipatori
Parete in CLT post-compressa
Dywidag D = 32 mm
Dywidag D = 26 mm
SETUP PER PROVE DI TIPO CICLICO IN SCALA REALE DI PARETE SINGOLA + PILASTRI IN DIFFERENTI CONFIGURAZIONI: - PARETE CON CAVO POST
TESO ROKING - PARETE EQUIPAGGIATA
CON DISSIPATORI ROKING + DISSIPAZIONE
NOTA: VERIFICA DELLA RIPARABILITÀ /SOSTITUIBILITÀ
DEI DISSIPATORI A FINE PROVA
No
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14
Pro
f. In
g. N
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ulli
ni
SISTEMA A PARETI POST TESE – RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
SPERIMENTAZIONE – UR: CIRI-EC
Dissipatori
Pilastro Pilastro
Parete in CLT post-compressa
Parete in CLT post-compressa
Dywidag D = 32 mm
Dywidag D = 26 mm
SETUP PER PROVE DI TIPO CICLICO IN SCALA REALE DI PARETE ACCOPPIATE
No
me
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15
I vantaggi offerti dal sistema:
• Facilità e rapidità di montaggio e trasporto
• Coperture di grandi luci
Pro
f. In
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ulli
ni
Strutture reticolari spaziali in legno
No
me
rela
tore
Strutture reticolari spaziali Tetrasteel ® è specializzata nella produzione chiavi in mano di strutture reticolari tridimensionali in
acciaio, di piccole e grandi luci, utilizzando il proprio sistema a giunti sferici. Le strutture reticolari
spaziali possono essere applicate sia per la copertura di una piccola sala che per quella di uno
stadio, ma anche di una stazione di servizio o di una chiesa.
I vantaggi offerti da questo sistema
sono:
• Estrema versatilità nella
realizzazione di qualsiasi forma e
dimensione;
• Facilità e rapidità di montaggio
anche con personale non
specializzato;
• Minimo impiego di supporti
perimetrali;
• Elevati standard di sicurezza;
• Facilità ed economicità di
trasporto.
Pro
f. In
g. N
eri
o T
ulli
ni
16
No
me
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17
Sistema tetrasteel®
• Fase 1: inserimento della vite all’interno dell’asta • Fase 2: saldatura a completo ripristino del cono in testa all’asta • Fase 3: serraggio della vite nella sfera
2 3
Il kit da costruzione Tetrasteel ® della Pradelli S.R.L è costituito da 2 tipi di componenti: • aste tubulari a sezione circolare cava preassemblate in acciaio, di varie dimensioni e
spessore • sfere (nodi) di varie dimensioni in acciaio opportunamente sagomate e filettate per
consentire l’avvitamento e il collegamento delle aste tramite viti. Il kit permette l’assemblaggio e il montaggio in cantiere di strutture reticolari.
Pro
f. In
g. N
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ni
No
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18
Tetraedro
Pro
f. In
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ni
No
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Asta 50 x 50 Asta 60 x 60 Asta 70 x 70
Vincolo elastico con rigidezza traslazionale della colonna
Strutture reticolari in legno
Tettoie a semplice falda Maglia 9,5 x 19 x 1,34 m
Pro
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ni
No
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Pro
f. In
g. N
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ni
Sollecitazioni massime
Neve dominante e vento agente su metà campata lunga verso il basso Sforzo normale [kN]
Sfruttamento [%]
No
me
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Sollecitazioni massime Aste 50 x50
Neve dominante e vento agente su metà campata lunga verso il basso Sforzo normale [kN]
Sfruttamento [%] Pro
f. In
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ni
No
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Pro
f. In
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ni
Collegamento con dado Larsen
1 2
3 4
• Fase 1: 2 fori per la barra filettata (a) e dado Larsen (b) • Fase 2: Avvitare la barra filettata (a) nel dado Larsen (b) • Fase 3: Inserimento della bussola (c) • Fase 4: Regolazione e avvitamento nella sfera
a
b
c
No
me
rela
tore
• Fase 1: 2 fori per i bulloni (a) e inserimento della vite (b) nel foro della piastra (c)
• Fase 2: Inserimento della piastra (c) e dei bulloni (b) • Fase 3: Serraggio dei bulloni (b) sulla piastra (c) e inserimento della bussola (d) • Fase 4: Regolazione e avvitamento nella sfera
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Pro
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ni
Collegamento con piastra esterna
1 2 3 4
a
b
d
c
No
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Pro
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ni
Verifica collegamento con dado Larsen L’ EUROCODICE 5 e la CNR-DT-206-R1-2018 non prevedono una verifica specifica per questa tipologia di collegamento. Tuttavia ci si può ricondurre all’unione a doppio piano di taglio con piastra di acciaio di qualsiasi spessore posta internamente all’elemento ligneo. La resistenza del solo elemento ligneo risulta essere la più gravosa, e la rottura viene raggiunta per rifollamento.
k mod = 1 è il coefficiente di correzione della resistenza f h,0,m = 0,082 (1-0,01d) rmean è il valore medio della resistenza a rifollamento per a = 0° b = 50 mm è la dimensione del lato della sezione trasversale d = 20 mm è il diametro del dado Larsen rmean = 740 kg/m3 è il valore medio della massa volumica del legno rmean ,s = 870 kg/m3 è il valore medio della massa volumica del legno ricavato da prove sperimentali
Resistenza dell’unione F v,Rm = 48,29 kN
PROVA SPERIMENTALE
FORMULA ANALITICA
ERR %
1 52.334
48.29
8.37%
2 49.562 2.63%
3 52.423 8.56%
No
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Pro
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ulli
ni
Configurazione di prova
Sono stati eseguiti dei test di trazione su provini di lunghezza 80 cm. La configurazione di prova riproduce le condizioni di vincolo previste in opera.
No
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Pro
f. In
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ulli
ni
Risultati prove sperimentali Rottura del collegamento
Provino 1 Dado Larsen parallelo alle
fibrature delle lamelle
Provino 2 Dado Larsen perpendicolare
alla fibratura delle lamelle
Provino 3 Dado Larsen perpendicolare
alla fibratura delle lamelle
No
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Risultati prove sperimentali Carico - Stroke
Pro
f. In
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ni
No
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28
Pro
f. In
g. N
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Risultati prove sperimentali Carico – Spostamento medio --- > Rottura del collegamento
