Pareti di taglio - tesi di laurea magistrale

LE PARETI DI TAGLIO IN CALCESTRUZZO ARMATO: NORME, MODELLI, APPLICAZIONI

Abstract ABSTRACT

The objective of this thesis is to provide the reader with a full and in-depth collection

regarding an important part of the world of the design of reinforced concrete structure

in seismic zones: shear walls as earthquake resistant elements. It is expected that in the

following years more researches will be carried out since the topic has not been

completely analysed yet.

Initially, an update on the overall progress of the current technical standards will be

provided, comparing the Italian rules and the European rules. These codes are very

similar, but each of them presents specific peculiarities.

Then, in order to provide in the most precise and accurate way the actual “state of the

art” on shear walls, numerous scientific articles and researches, published since the

1970’s, will be reported: in this way the reader can understand the development of the

models for shear walls able to capture the salient points of every model presented.

Finally, the modelling proposed by a common use commercial software will be

explained, providing practical examples that confirm and validate the code used. In

this regard, information will be directly taken from the user’s manuals of the software.

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LE PARETI DI TAGLIO IN CALCESTRUZZO ARMATO: NORME, MODELLI, APPLICAZIONI

Estratto ESTRATTO

L’obiettivo principale del seguente lavoro di tesi è quello di fornire al lettore un’ampia

ed approfondita raccolta in merito a un’importante parte del mondo della progettazione

delle strutture in calcestruzzo armato in zona sismica, ovvero le pareti di taglio come

elementi sismo-resistenti. Si prevede che nei prossimi anni nuovi studi verranno

compiuti in quanto l’argomento di ricerca non è ancora esaurito.

Inizialmente, si farà il punto sul progresso della normativa tecnica attualmente in

vigore, eseguendo un confronto tra le norme tecniche italiane ed europee, molto simili,

ma con specifiche peculiarità.

Successivamente, al fine di mostrare nella maniera più precisa e puntuale possibile lo

stato dell’arte relativo alle pareti di taglio, si farà ampio ricorso ad articoli scientifici e

ricerche specialistiche pubblicati a partire dagli anni Settanta: in questo modo il lettore

potrà comprendere lo sviluppo dei modelli di calcolo per le pareti di taglio cogliendo

i punti salienti di ciascuno dei modelli presentati.

Infine, si propone la modellazione di pareti tramite un software commerciale di uso

comune, riproducendo alcuni esempi pratici che diano conferma e validazione del

codice di calcolo. A questo proposito si attingeranno informazioni direttamente dai

manuali del software. XIII

LE PARETI DI TAGLIO IN CALCESTRUZZO ARMATO: NORME, MODELLI, APPLICAZIONI

0 - Introduzione 0

INTRODUZIONE

Il lavoro di tesi si suddivide nei seguenti capitoli:

• Nel viene presentata una panoramica generale sulle pareti di taglio dal

Capitolo 1

punto di vista delle normative attualmente in vigore. Si analizzeranno i punti

comuni e le differenze tra le Norme Tecniche per le Costruzioni e gli Eurocodici,

approfondendo con un taglio tecnico le definizioni, le modalità di progettazione, i

meccanismi di collasso e i dettagli costruttivi delle pareti di taglio.

• Nel vengono analizzati vari articoli scientifici relativi ad attività di

Capitolo 2

ricerca numerica e sperimentale in merito alla descrizione di modelli più o meno

sofisticati per la simulazione del comportamento delle pareti di taglio sotto

differenti combinazioni di carico. Per ognuno dei modelli, di natura sensibilmente

differente l’uno dall’altro, verrà dato ampio spazio alle ipotesi di base, alla

descrizione della teoria su cui si basano, ai risultati della sperimentazione che ha

portato alla loro validazione.

• Nel si procede con la simulazione del comportamento di pareti di taglio

Capitolo 3

tramite un comune software (MIDAS/GEN) commerciale. Si farà ricorso al

manuale dell’utente per le necessarie referenze in merito al funzionamento del

codice di calcolo e per l’individuazione dei dati necessari.

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LE PARETI DI TAGLIO IN CALCESTRUZZO ARMATO: NORME, MODELLI, APPLICAZIONI

1 - Definizioni, criteri normativi e regole di progetto 1

DEFINIZIONI, CRITERI NORMATIVI E

REGOLE DI PROGETTO

1.1 Normative e approcci alla progettazione

Per molti paesi europei, il riferimento alla normativa comunitaria è diventato una

prassi consolidata utile a far sì che le normative nazionali acquisiscano i suoi contenuti

per l’unificazione dei canoni di progettazione sotto un’unica codifica. Gli Eurocodici

possono essere applicati pienamente dal progettista con la cautela di accertarsi che non

vi siano parti in contrasto con le Norme nazionali che costituiscono la parte cogente

da applicare in toto.

Si farà riferimento alle norme europee relative all’utilizzo del calcestruzzo armato,

cioè la UNI-EN-1992-1-1 Progettazione delle strutture in calcestruzzo – Parte 1-1:

e la

Regole generali e regole per gli edifici UNI-EN-1998-1 Progettazione delle

strutture per la resistenza sismica – Parte 1: Regole generali, azioni sismiche e regole

Di seguito, a fini discorsivi, tali norme verranno indicate con

per gli edifici.

l’abbreviazione ed

EC2 EC8.

In Italia, il recepimento della norma europea è avvenuto con l’Approvazione delle

Appendici nazionali recanti i parametri tecnici per l’applicazione degli Eurocodici,

ed è contenuto nel Decreto 17 gennaio 2018 - Aggiornamento delle norme tecniche

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LE PARETI DI TAGLIO IN CALCESTRUZZO ARMATO: NORME, MODELLI, APPLICAZIONI

1 - Definizioni, criteri normativi e regole di progetto

Di seguito, a fini discorsivi, tale norma verrà indicata con

per le costruzioni.

l’abbreviazione NTC18.

Nel seguito, si farà ricorso alle diciture dei capitoli e dei paragrafi riportati come nelle

norme il cui significato è il seguente:

1.2.3.4 (1) capitolo 1 / paragrafo 2.3.4 / comma (1)

EC2 + EC8 1.2.3.4 (1)P capitolo 1 / paragrafo 2.3.4 / comma (1) / P = principio

EC2 + EC8 §1.2.3.4 § = riferimento / capitolo 1 / paragrafo 2.3.4

NTC18

Sia le norme europee che le norme italiane definiscono le modalità di progetto,

esecuzione e collaudo delle costruzioni, nei riguardi delle prestazioni loro richieste in

termini di requisiti essenziali di resistenza meccanica, stabilità e durabilità. Esse

trattano aspetti riferiti alla sicurezza strutturale, definendo i materiali e le loro

proprietà, le azioni agenti e la verifica della sicurezza.

L’approccio previsto si concretizza con un confronto tra gli effetti

prestazionale

delle azioni agenti (domanda) e le prestazioni delle costruzioni (capacità), dipendenti

dal dettaglio esecutivo degli elementi strutturali. Con si intende l’insieme

domanda

delle caratteristiche di rigidezza, resistenza e duttilità richieste da un prefissato insieme

di azioni ad un elemento o ad una struttura, mentre con si intende l’insieme

capacità

delle caratteristiche di rigidezza, resistenza e duttilità manifestate da un elemento o da

una struttura quando soggetti ad un prefissato insieme di azioni. È necessario accertarsi

che, per qualsiasi stato limite considerato, la struttura sia in grado di offrire una

capacità maggiore di quanto richiesto dalla domanda. Gli stati limite possono essere

associati alle condizioni standard di servizio (per le si chiamano

NTC18 stato limite

SLO e SLD, raggruppati nella definizione di

di operatività stato limite di danno stato

SLE; mentre negli si parla di “limitazione il cui

EC

limite di servizio del danno”),

superamento può avere carattere reversibile o irreversibile, o alle condizioni di crisi al

limite delle prestazioni del materiale (per le si chiamano

NTC18 stato limite di

SLV e SLC, raggruppati nella

salvaguardia della vita stato limite di collasso

definizione di SLU; negli si parla di “assenza il

EC

stato limite ultimo di collasso”),

cui superamento ha carattere irreversibile. 3

LE PARETI DI TAGLIO IN CALCESTRUZZO ARMATO: NORME, MODELLI, APPLICAZIONI

1 - Definizioni, criteri normativi e regole di progetto

1.2 Criteri generali di progettazione

Le pareti in zona sismica vengono progettate sulla base di tre differenti aspetti:

• Duttilità: prevista in differenti classi, previene tramite un adeguato dettaglio

delle sezioni in c.a. qualsiasi collasso per il carico considerato, sfruttando il

materiale fino al raggiungimento delle sue ultime riserve plastiche. La

progettazione in duttilità offre un adeguato margine di sicurezza, permettendo

dissipazioni di energia all’atto del sisma;

• Resistenza: il controllo dei dettagli delle armature e della parzializzazione delle

sezioni in c.a. soggette a flessione, compressione, taglio e torsione, consente di

verificare che la resistenza offerta dall’elemento sia maggiore della

sollecitazione a cui esso è soggetto. La progettazione in resistenza può solo

limitare i danni in quanto non offre riserve plastiche;

• Rigidezza: proprietà tipica della sezione degli elementi della struttura che

influisce sulla limitazione degli spostamenti. Elementi più rigidi riducono gli

spostamenti derivanti dai carichi e viceversa. Degrada in condizioni di carico

ciclico e, solo se l’elemento è duttile, la diminuzione si mantiene limitata

consentendo un sufficiente numero di cicli di carico prima del collasso.

Nei confronti del carico sismico possono verificarsi le due seguenti situazioni:

• Terremoti di medio-bassa importanza: la struttura deve avere adeguata rigidezza

per limitare gli spostamenti e sufficiente resistenza per rimanere in campo

elastico. Si conviene che la progettazione, in questo caso, sia volta a limitare i

danni;

• Terremoti di elevata importanza: la struttura deve avere adeguata duttilità per

consentire grandi spostamenti senza perdita di resistenza. La progettazione, in

questo caso, ha l’obiettivo di assicurare la possibilità di dissipazione di energia

e di limitare gli spostamenti salvaguardando la struttura dal collasso.

La distribuzione planimetrica degli elementi di controventatura garantisce un adeguato

comportamento verso il carico orizzontale. In caso di forti terremoti, la struttura tende

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LE PARETI DI TAGLIO IN CALCESTRUZZO ARMATO: NORME, MODELLI, APPLICAZIONI

1 - Definizioni, criteri normativi e regole di progetto

a comportarsi in maniera inelastica, deformandosi permanentemente dopo un certo

numero di cicli di carico. Un comportamento corretto deve distribuire in maniera

uniforme nella struttura la dissipazione evitando che vada a localizzarsi in singoli

elementi, s