PROGETTAZIONE E PRESTAZIONI STRUTTURALI DI STRUTTURE A PARETI PORTANTI Prof. ing. Tomaso Trombetti
Organizzazione della presentazione
– I sistemi a pareti portanti in conglomerato cementizio armato – Le pareti portanti: • Cenni storici • Resistenza alle azioni orizzontali e risposta sismica • Esempi applicativi – Norme di riferimento – Possibilità formali
I sistemi ECOSISM e le pareti portanti – I sistemi costruttivi Ecosism, si caratterizzano, dal punto di vista strutturale, per la efficace realizzazione di pareti portanti in conglomerato cementizio armato
I sistemi ECOSISM e le pareti portanti
Le case a pareti portanti
Le case a pareti portanti
Le case a pareti portanti
Le strutture a pareti portanti – Le strutture a preti portanti in conglomerato cementizio armato realizzabili col sistema ecosism si caratterizzano poi per la presenza di armatura diffusa (SAAD)
Strutture ad armatura diffusa Il ferrocemento
Strutture ad armatura diffusa
Le pareti portanti • Per circa 2000 anni nelle costruzioni non vi è stata separazione fra elementi di “chiusura” ed elementi portanti
Nuraghe sardo
STORIA DELLA MURATURA
Le strutture a pareti portanti
Ziqqurat
Palazzo Strozzi
ÂŤCoincidenzaÂť fra elementi portanti ed elementi portati
Arena, Nimes (Francia)
ÂŤCoincidenzaÂť fra elementi portanti ed elementi portati
S. Apollinare in Classe, Ravenna
Elementi portanti ed elementi portati
Lancia Lambda, 1922
Elementi portanti ed elementi portati
Lancia Alfa, 1908
Lancia Lambda, 1922
Lancia Delta, 2009
Elementi portanti ed elementi portati
La «separazione» •
La “rivoluzione” industriale e l’”ecòle Polychnique” – Verso la metà del 1800 nuovi materiali (ghisa acciaio) si affacciano sul mercato – Sempre negli stessi anni nuove conoscenze (“scienza delle costruzioni”) consentono la così detta “progettazione strutturale” – Nascono, così nuove costruzioni.
Paddington Station, Islamabad Brunel,1854
Gustave Eifell, Viadotto Gabarith 1884,
Primi edifici a telaio
Unity Building (Clinton Warren, 1892)
Silos per carbone, miniere di Aniche, Francois Hennebique
Separazione
Fabbricato industriale a Riga, 1914, Robert Maillart
•
Lever House New York, SOM
«Liberazione delle pareti»
•
Casa a Monte Carlo , Eelian Gray
Esigenze di ÂŤprotezioneÂť
TAMPONAMENTI IN LATERIZIO
Robert Maillart
Struttura in conglomerato cementizio armato, Zurigo, 1906
Il sisma • Onde “P” – Longitudinali • Onde “S” – Trasversali • Onde di Rayleigh – Verticali • Onde di Love – Orizzontali
Alcuni concetti progettuali di base • Le strutture a setti, il comportamento sotto i carichi orizzontali
H
2F
H
2F
200 500
100 500
200
2009: L’AQUILA
2009: L’AQUILA
2009: L’AQUILA
2009: L’AQUILA
Robert Maillart
Struttura in conglomerato cementizio armato, Zurigo, 1906
Le strutture resistenti all’azione del sisma
• Particolare attenzione è quindi dedicata ai sistemi resistenti alle azioni orizzontali, necessariamente caratterizzati da capacità: – Resistenti – Dissipative
Resistenza, dissipazione e duttilità • La dissipazione, ottenuta attraverso un comportament o duttile è in grado di “sopperire” a minori capacità resistenti
Fazlur Khan
Sears Tower, Chicago
Tod’s building, Toyo Ito, Tokyo •Struttura a esoscheletro •Pianta ad L •H = 28 metri •Area di piano 400 m2 •Superficie totale 2250 m2 •270 aperture formano finestrature
Tod’s building, Toyo Ito, Tokyo
Tod’s building, Toyo Ito, Tokyo Sa = ag ⋅ 2,5 = 0,3 ⋅ 2,5 = 0,75 g
SEZIONE E :
Verifica a taglio : Verifiche
a presso-flessione:
τ=
σ=
T kg kg = 4 2 < 6,66 2 A cm cm
N M kg kg + = 8 + 16 = 24 2 < 110 2 A WX cm cm
σ =
N M kg kg − = 6 − 16 = −8 2 < 110 2 A WX cm cm
SEZIONE B :
Verifica a taglio :
Verifiche a presso-flessione:
T kg kg = 3 2 < 3,30 2 A cm cm N M kg kg σ= + = 4 + 5 = 9 2 < 110 2 A WX cm cm N M kg kg σ= − = 4 − 5 = −1 2 < 110 2 A WX cm cm
τ=
Strutture a setti portanti (comportamento â&#x20AC;&#x153;cellulareâ&#x20AC;?)
Casa protetta in provincia di Treviso
Bassi livelli di sollecitazione nelle travi e pilastri interni, valori ridotti di tensioni nelle pareti
UniversitĂ di California San Diego prova su tavola vibrante (PGA= 0.9 g)
Armatura verticale 0,65 % area trasversale
Pareti portanti e sisma: il caso del Cile
John Wallace (UCLA), 2011
Pareti portanti e sisma: il caso del Cile
Pareti portanti e sisma: il caso del Cile
Pareti portanti e sisma: il caso del Cile
Pareti portanti e sisma: il caso del Cile
I sistemi resistenti alle azioni orizzontali
walls
skeleton structure (momentresisting frame)
combined use of frames and walls (core)
bracing systems
pictures taken from “Hart, Henn, Sontag, “Stahlbauatlas”, Finsider Ed., 1982”
Obiettivi prestazionali sismici SLO FO
SLD O
SLV LS
documento Vision 2000 (PEER, 1995)
SLC NC
Obiettivi prestazionali sismici
Bertero & Bertero, EESD, 2002
Prestazioni offerte da strutture scatolari / cellulari EDIFICIO REALIZZATO CON PARETI PORTANTI • Si è adottata l’armatura minima prevista da normativa; • Strutture di questo tipo, se ben collegate, riescono a sviluppare un comportamento scatolare che fornisce una grande rigidezza all’intero edificio; • Tale comportamento permette alla costruzione di rimanere in campo elastico-lineare anche in zone in cui si possono registrare dei terremoti di notevole intensità
Resistenza, dissipazione e duttilità • Le capacità resistenti consentono di dover fare meno «necessariamente» ricorso alla duttilità (MCE?) • Prove condotte mostrano comunque come strutture a pannelli SAAD abbiano spiccate caratteristiche di duttilità (se opportunamente progettate)
forza F [kN]
Prova n. 3 (attuatore)
500 400 300 200 100 0
0.1% 0.2% 0.4% 0.6% 0.75% 1% 1.3% 1.6% inviluppi
-100 -200 -300 -400 -500 -50
-40
-30
-20
-10
0
10
spostamento δ [mm]
20
30
40
50
Sic vis ut tensio
SLO
SLD
SLV SLC
LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE
•
La progettazione di strutture a setti portanti (come quelle che possono essere realizzate con il sistema plastbau) si sviluppa in modo del tutto analogo a quella con cui vengono progettate le strutture a telaio, sintetizzata nelle seguenti fasi: 1. 2. 3. 4. 5.
modellazione fisico/matematica della struttura individuazione dei carichi risoluzione della struttura, individuazione della ”domanda” strutturale individuazione della “capacità” della struttura verifiche di sicurezza
NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI • Le Nuove Norme Tecniche per le costruzioni (2008) prevedono: – strutture a pareti in conglomerato cementizio armato (punto 7.4.3); – strutture a pareti estese debolmente armate (punti 4.1.11 e 7.4.3).
• Indicativamente, i requisiti geometrici (punto 7.4.6), sono soddisfatti da: – Spessore non inferiore al maggiore fra: • 150 mm; • 1/20 altezza interpiano.
– Armature verticali ed orizzontali di diametro non superiore ad 1/10 dello spessore della parete, • disposte su entrambe le facce, • con passo non superiore a 30 cm
– 9 barre di collegamento (“legature”) tra le facce a metro quadrato,
EUROCODICI •
Gli Eurocodici prevedono diverse tipologie di strutture da realizzarsi con setti portanti in cca gettati in opera. Stante le caratteristiche dei setti che si possono realizzare con il sistema a cassero Plastbau, risulta conveniente fare riferimento a due distinte tipologie di setti: 1. 2.
“Reinforced Concrete Walls”, RCW. “Large Lightly Reinforced Concrete Walls”, LLRCW.
“Reinforced Concrete Walls”, RCW •
setto “standard”: nella dizione dell’Eurocodice “Reinforced Concrete Walls”, RCW.
•
Tali setti si caratterizzano (oltre che per il soddisfacimento di tutta una serie di requisiti geometrici sia sul posizionamento delle armature che dei setti stessi) sostanzialmente per la presenza di una armatura longitudinale superiore allo 0,2% dell’area trasversale.
•
Indicativamente, i requisiti geometrici indicati dalla normativa sono soddisfatti da: – barre verticali di diametro 8 mm posizionate ogni 20 cm (su entrambe le facce), – barre orizzontali diametro 8 mm posizionate ogni 40 cm (su entrambe le facce), – barre di collegamento trasversale posizionate alle estremità.
•
Classe minima calcestruzzo Rck 250.
“Large Lightly Reinforced Concrete Walls” LLRCW. •
Setto “meno armato”: nella dizione dell’Eurocodice “Large Lightly Reinforced Concrete Walls”, LLRCW.
•
Tali setti si caratterizzano (oltre che per il soddisfacimento di tutta una serie di requisiti geometrici sia sul posizionamento delle armature che dei setti stessi) sostanzialmente per la presenza di una armatura longitudinale inferiore allo 0,2% dell’area trasversale.
•
Indicativamente, i requisiti geometrici indicati dalla normativa sono soddisfatti da: – barre verticali diametro 6 mm posizionate ogni 20 cm (su entrambe le facce), – barre orizzontali diametro 8 mm posizionate ogni 40 cm (su entrambe le facce), – barre di collegamento trasversale posizionate alle estremità.
•
Classe minima calcestruzzo Rck 250.
Le strutture a setti portanti e la flessibilitĂ architettonica Torre KNS, Weil Arets
Resienza Unifamiliare, Eduardo Souto Moura
Biblioteca universitaria ad Utrecht, Weil Arets
Arch. Carlos Ferrater, Barcellona
Amsterdam, Olanda, quartiere sporenburg
Arch. Toio Ito, Tokio
Tokyo, quartiere Omotesando
Tokyo, quartiere Omotesando
Monte Carlo, ÂŤLe SabrinaÂť
tomaso.trombetti@unibo.it DICAM - Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e dei Materiali
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