Tesi - Sopraelevazione di un complesso residenziale. Analisi strutturale e progetto

PROGETTO A TAGLIO

σ calcolo adottato

Sezione Dim. d V (N ) f n°bracci N A f Asw/s s

cotgθ cotgθ

1 1

x MAX yd ed MAX id c ctm calcolo

2 2 2 2

cm mm kN Mpa - kN - - cm

m kN/m kN/m mm /mm

a 40x200 190 1500 391,3 10 0,8 4491,25 2766 1,62 1,62 1,38 8,17

3593

Il passo di 8 cm in zona critica è idoneo in quanto il passo massimo era di 10 cm. 186

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

4.15.2 Progetto e verifica del setto 40x100 in direzione X

Nelle tabelle seguenti si riportano le limitazioni dei dettagli costruttivi imposte dalla

normativa e usate per il predimensionamento. In blu i dati da inserire, in rosso i risultati.

LIMITAZIONI SULLA GEOMETRIA (7.4.6.1.4 NTC 2008)

b h h hinterpiano

cm cm m m

40 100 3 2,7

SPESSORE PARETE

1/20 h

150 mm s minimo

interpiano

max cm cm cm

15 13,5 15

ALTEZZA ZONA CRITICA hcr hcr

Larghezza parete 1/20 altezza parete

max cm cm cm

100

100 50,01

LIMITAZIONI DI ARMATURA (7.4.6.2.4 NTC 2008)

DIAMETRO Ø ARMATURE ORIZZONTALI E VERTICALI

Ømax < 1/10 spessore parete = 4 cm

PASSO < 30 cm su entrambe le facce 2

Barre collegate da legature in ragione di 9barre/m

ZONE CONFINATE DI ESTREMITA' IN ZONA CRITICA (7.4.6.2.4 NTC 2008)

Area confinata = Spessore parete x lunghezza confinata Lc

LUNGHEZZA CONFINATA Lc

0,2 1,5 Lc

Lunghezza parete Spessore parete Area confinata

max cm cm cm cm2

20 60 60 2400 187

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

ARMATURA LONGITUDINALE IN ZONA CONFINATA (7.4.6.2.4 NTC 2008)

ρ

1% < longitudinale < 4% Armatura adottata

2 2

cm cm

min 24 10 Ø 24

max 96 45,22

ARMATURA TRASVERSALE IN ZONA CONFINATA (7.4.6.2.4 NTC 2008)

DIAMETRO Ø STAFFE > 6 mm

Le staffe devono fermare una barra ogni due

Distanza max barra fissata / barra non fissata = 15 cm

PASSO STAFFE

8 Ø 10 cm Passo max Passo adottato

longitudinale

min cm cm cm cm

19,2 10 10 8

Si tratta quindi di un setto 40x100 di altezza critica 100 cm e con 10 Ø 24 nelle zone

confinate larghe 60 cm. Di seguito le sollecitazioni di calcolo e le rispettive verifiche a

pressoflessione. Fig. 4.15.6 – Momenti flettenti nella sezione di base con q=2,4. 188

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

Fig. 4.15.7 – Caratteristiche del setto.

Fig. 4.15.8 – Verifica a pressoflessione. 189

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

Per quello che riguarda il dimensionamento dell’armatura trasversale il taglio alla

base viene incrementato del 50% e si scelgono staffe Ø 12 per il calcolo del passo.

Fig. 4.15.9 – Sollecitazioni di taglio nella sezione di base con q = 1,5

PROGETTO A TAGLIO

σ calcolo adottato

Sezione Dim. d V (N ) f n°bracci N A f Asw/s s

cotgθ cotgθ

1 1

x MAX yd ed MAX id c ctm calcolo

2 2 2 2

cm mm kN Mpa - kN - - cm

m kN/m kN/m mm /mm

40x100 90 251 391,3 2 0,4 4882,5 2560 1,71 1,71 2,32 4,88

b 1953,00

Il passo di 5 cm in zona critica è idoneo in quanto il passo massimo era di 10 cm. 190

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

Nella realtà i setti in questione andranno ad inglobare il pilastro 28:

Fig. 4.15.10 – Particolare dei setti.

In questo modo si realizza un unico setto collaborante ad L, permettendo il

miglioramento delle prestazioni dei singoli setti, esaminati separatamente sia

flessionalmente che nel comportamento a taglio. (soprattutto il setto 50x200, quasi al limite

nel dominio di resistenza).

Il tutto viene ancorato attraverso degli ancoraggi chimici. La carpenteria globale e la

distinta dei ferri è mostrata negli allegati ‘Tavola e ‘Tavola

1’ 2’. 191

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

4.16 Intervento di fasciatura in materiale composito CFRP

4.16.1 Introduzione

I sono costituiti da una matrice polimerica di natura

compositi fibro-rinforzati

organica e da fibre di rinforzo in carbonio, vetro o aramide, comunemente denominati FRP,

acronimo di (più propriamente CFRP nel caso delle fibre di

Fyber Reinforced Polymers

carbonio).

Dal punto di vista costitutivo, tali materiali sono eterogenei ed anisotropi e

presentano un comportamento prevalentemente elastico lineare fino a rottura. Essi trovano

largo impiego nella riabilitazione e nel consolidamento delle strutture civili per via di

molteplici vantaggi: leggerezza, elevate proprietà meccaniche, caratteristiche anticorrosive,

adattabilità a forme complesse, durabilità dell’intervento che ha la peculiarità di vedere

accoppiati materiali tradizionali, come calcestruzzo e muratura, con materiali dalla

tecnologia nettamente più avanzata.

Gli FRP risultano competitivi in tutti quei casi in cui sia necessario limitare l’impatto

estetico sulla struttura originaria o garantire un’adeguata reversibilità dell’intervento (edifici

di interesse storico o artistico), ovvero quando la limitatezza dello spazio a disposizione

renderebbe difficile il ricorso a tecniche tradizionali.

Nel progetto e verifica della fasciatura si seguono le linee guida CNR-DT 200/2004.

Per la generica proprietà di resistenza o deformazione del rinforzo, il valore di

calcolo, X , può essere espresso in forma generale mediante una relazione del tipo:

d η γ

X = ∙(X / )

d k m

dove:

• è un fattore di conversione che tiene conto, in maniera moltiplicativa, di aspetti che

η

influenzano la durabilità ed il comportamento degli FRP in particolari condizioni

ambientali; 192

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

• è il valore caratteristico della proprietà in questione;

X k

γ

• è infine il coefficiente parziale del materiale o del prodotto, che tiene conto del

m

tipo di applicazione;

Fig 4.16.1 - Coefficienti parziali per materiali e prodotti

Fig. 3 –Fattori di conversione ambientale η per varie condizioni di esposizione

a

La capacità di calcolo R è espressa come:

d γ

R = [R(X ; a ) / ]

d d,i d,i Rd

R è una opportuna funzione riconducibile allo specifico modello meccanico

d γ

considerato (ad esempio quello per la flessione, per il taglio, per l’ancoraggio) e è un

Rd

coefficiente parziale che tiene conto delle incertezze insite nel suddetto modello.

Come argomenti della funzione R figurano i valori di calcolo, X , dei

d d,i

materiali/prodotti usati per il rinforzo, ed i valori nominali, a , dei parametri geometrici

d,i

chiamati in causa nel modello. γ

Fig. 4.16.2 - Coefficienti parziali Rd 193

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

4.16.2 Progetto dell’intervento di fasciatura

La sopraelevazione del fabbricato, comporta il dover ottenere l’adeguamento ovvero

garantire che la struttura sia in grado, a seguito dell’intervento, di resistere alle combinazioni

delle azioni di progetto contenute nelle NTC 2008, con il grado di sicurezza richiesto dalle

stesse. L’intervento di fasciatura in fibra di carbonio sarà localizzato su quegli elementi che

non soddisfano le verifiche anche in presenza dell’inserimento dei setti sismo resistenti.

Soddisfatta la verifica anche per questi elementi si potrà dire centrato l’obiettivo progettuale

dell’adeguamento.

La fasciatura sarà realizzata con impregnazione in situ (modalità ‘wet di

lay up’)

tessuti unidirezionali in fibra di carbonio ad alto modulo, annegati in una resina di

impregnazione di tipo epossidico.

Fig. 4.16.3 – Modalità ‘wet lay up’

Tale soluzione è ben rappresentata dal ‘Sistema della ‘Basf

Mbrace Fibre’

che mette a disposizione del progettista oltre ai prodotti e relativa

Construction Chemicals’

documentazione tecnica, software di aiuto alla progettazione (utilizzato in questo ambito),

analisi dei prezzi e voci di capitolato. 194

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

Nella normativa CNR-DT 200/2004 vi sono 3 importanti parametri che il produttore è

tenuto a certificare e mostrare nella scheda tecnica:

• la resistenza caratteristica a trazione f ;

tk

• lo spessore nominale del rinforzo t ;

f

• Γ

l’energia di frattura dell’interfaccia più debole ricavabile agevolmente dalle

formule proposte sopra.

Il tessuto ad ‘alto adottato presenta un modulo elastico di 390 GPa una

modulo’

resistenza caratteristica a trazione f di 2600 MPa e uno spessore del singolo strato di

tk

0,165mm

Il software esegue la verifica a flessione di sezioni in c.a. rettangolari a

MBrace-MBar

T e a doppio T rinforzate. La verifica è basata sulle linee guida CNR-DT 200/2004 per

“Applicazioni TIPO 1”.

Il software procede eseguendo quattro analisi:

• valuta le tensioni iniziali nel conglomerato e nell’acciaio al momento dell’esecuzione

del rinforzo. La sollecitazione esterna flessionale iniziale deve produrre una tensione

σ σ

di compressione sul cls e una tensione di trazione sulle armature

c < 0.45fck s <

Si richiede cioè, che all’atto dell’applicazione del rinforzo, cls e acciaio siano in

0.8fyk.

campo elastico. Se non verificato si deve scaricare o puntellare la trave;

• determina il momento resistente ultimo tenendo conto dei fattori di sicurezza da

M Ru

applicare sulla resistenza a trazione caratteristica. Se M è maggiore delle

Ru

sollecitazioni esterne si procede al passo seguente;

• determina il momento resistente di servizio M e verifica che il calcestruzzo possieda

Rs

σ σ

tensione di compressione e l’acciaio possieda tensione Se

c < 0.45fck s < 0.8 fyk;

è maggiore delle sollecitazioni esterne si può passare allo step successivo;

M Rs

• in quest’ultimo step si verifica che la freccia della trave sia compatibile con la

tipologia della struttura in esame e che l’ampiezza delle fessure in esercizio siano

contenute entro limiti usuali o “coperti” dal rinforzo fibroso. Di fatti con il rinforzo,

195

Capitolo 4: Analisi strutturale post-intervento e adeguamento

l’inerzia della trave non viene modificata, mentre aumentano i carichi esterni che

vengono sostenuti dalla stessa.

Una volta scelto quindi il tipo di rinforzo e avendo a disposizione il software di calcolo

il progetto si riduce sostanzialmente ad una pura progettazione geometrica indicando il

numero di strati da applicare all’estradosso per la verifica a fl