legami di aderenza in strutture composte acciaio ... · interfaccia acciaio-calcestruzzo oltre che...
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Luigi Di Luigi Di SarnoSarno
Marisa Pecce
Dipartimento di Ingegneria
Università degli Studi del Sannio, Benevento
Materiali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona SismicaMateriali ed Approcci Innovativi per il Progetto in Zona Sismicae la Mitigazione della Vulnerabilite la Mitigazione della Vulnerabilitàà delle Strutturedelle Strutture
UniversitUniversitàà degli Studi di Salerno degli Studi di Salerno –– Consorzio Consorzio ReLUISReLUIS, 12, 12--13 Febbraio 200713 Febbraio 2007
LegamiLegami didi aderenzaaderenza in in strutturestrutture compostecomposteacciaioacciaio--calcestruzzocalcestruzzo sotto sotto azioniazioni ciclichecicliche
La connessione consente lo sviluppo della resistenza e della deformabilità dell’elemento composto
Il momento plastico dipende da Fc e quindi dallo sforzo trasferito dai connettori
0,85f ck/γcbeff
fy/γa fy/γa
trazione
asse neutroplastico
Fc
Fa
0,85f ck/γcbeff
fy/γa fy/γa
trazione
asse neutroplastico
Fc
Fa
RC
AcciaioCom
pone
nti
Interazione
Totale
Parziale
CollegamentiMembrature
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
ste
acci
aio
acci
aio --
calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
InterazioneInterazione AcciaioAcciaio--ClsCls
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
ste
acci
aio
acci
aio --
calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
InterazioneInterazione AcciaioAcciaio--ClsCls
t wy
Z
cz
cz
t f
hc
bccy cy
aba
hatw
y
Z
tf
hc=
bc= bba
ha
t
tZ
Yh
b ca
a
dt
y
d
Totalmente rivestite Parzialmente rivestite
Riempite
Colonne composte
I diversi fenomeni associati al trasferimento di sforzi tangenziI diversi fenomeni associati al trasferimento di sforzi tangenziali ali allall’’interfaccia acciaiointerfaccia acciaio--calcestruzzo possono coscalcestruzzo possono cosìì raggrupparsi:raggrupparsi:
•• Adesione ed interazione Adesione ed interazione chimicochimico--fisicafisica ((interlockinginterlocking chimicochimico--fisicofisico););
•• Attrito allAttrito all’’interfaccia acciaiointerfaccia acciaio--calcestruzzo;calcestruzzo;
•• Effetto ingranamento (Effetto ingranamento (interlockinginterlocking meccanicomeccanico););
•• Effetto dei dispositivi di connessione.Effetto dei dispositivi di connessione.
Nelle colonne senza aggiunta di connettori può esserefortemente influente il ritiro del calcestruzzoLe
gam
iLe
gam
i didiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
ste
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aio
acci
aio --
calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
InterazioneInterazione AcciaioAcciaio--ClsCls
Secondo la CNR 10016 (1999) ed EC4 (2004) si può assumere Secondo la CNR 10016 (1999) ed EC4 (2004) si può assumere una tensione tangenziale di progetto dovuta alluna tensione tangenziale di progetto dovuta all’’aderenza ed aderenza ed allall’’attrito fino ai seguenti limiti:attrito fino ai seguenti limiti:
- per sezioni completamente rivestite 0,6 N/mm²
- per sezioni riempite di calcestruzzo 0,4 N/mm²
- per le ali delle sezioni parzialmente rivestite 0,2 N/mm²
- per l’anima delle sezioni parzialmente rivestite zero.
Se tali limiti vengono superati, l’intero sforzo va trasmesso mediante collegamenti meccanici.
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
ste
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aio
acci
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calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
IndicazioniIndicazioni NormativeNormative
Simili indicazioni sono riportate anche nellSimili indicazioni sono riportate anche nell’’AISC (2005)AISC (2005)
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
ste
acci
aio
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aio --
calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
StatoStato delldell’’artearte
AUTORI TIPO SEZIONE
FORMA SEZIONE FINALITA' NATURA
CARICO MATERIALI
TIPO CLS ETA’ CLS
Johansson e Gylltoft riempita circolare Esame dei comportamenti meccanici monotona normale 28 giorni
Yasser M. Hunaiti Minoru Wakabayashi
Kiyoshi Masuo
calastrellata con e
senza olio
Valutazione dell’effetto dell’aderenza sulla capacità
portante massima monotona normale 28 giorni
Yasser M. Hunaiti riempita Circolare e rettangolare
Valutazione dell’influenza del tipo e dell’età del cls e della
forma della sezione monotona
Normale additivato alleggerito
28 giorni 90 giorni
Yasser M. Hunaiti calastrellata Valutazione dell’influenza dell’età del cls monotona normale
21 giorni 1 anno 5anni
Yasser M. Hunaiti calastrellata
Valutazione dell’influenza dell’età del cls, delle
dimensioni dei provini, del ritiro, delle modalità di presa
e indurimento e della temperatura
monotona normale
Da 14 giorni
a 360 giorni
Shakir Khalil Riempita
con e senza olio
Circolare e rettangolare
Studio della forza di aderenza nelle colonne
composte monotona normale 28 giorni
I fattori che influenzano maggiormente il legame di aderenza sonI fattori che influenzano maggiormente il legame di aderenza sono:o:
•• Forma e dimensioni sezione della membratura composta;Forma e dimensioni sezione della membratura composta;
•• ModalitModalitàà di applicazione carico;di applicazione carico;
•• Tipo e superficie interfaccia;Tipo e superficie interfaccia;
•• Tipo sollecitazione agente sulla sezione;Tipo sollecitazione agente sulla sezione;
•• Tipo ed etTipo ed etàà del calcestruzzo utilizzato;del calcestruzzo utilizzato;
•• ModalitModalitàà e qualite qualitàà del getto.del getto.
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
ste
acci
aio
acci
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calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
StatoStato delldell’’artearte
Confronto relazioniConfronto relazioni caricocarico--deformazione ottenute dai test eseguiti deformazione ottenute dai test eseguiti da da JohanssonJohansson e e GylltoftGylltoft (2002)(2002) per diverse tipologie di colonneper diverse tipologie di colonne
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
ste
acci
aio
acci
aio --
calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
StatoStato delldell’’artearte
Curve forzaCurve forza--spostamento per sezioni cave riempite (spostamento per sezioni cave riempite (KhalilKhalil, 1993; 1996), 1993; 1996)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0Scorrimento (mm)
Tens
ione
di a
dere
nza
(N/m
mq) 650mm 450mm 250mm
CNR 10016
h/t=30
Profilo cavo quadrato
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
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mpo
ste
acci
aio
acci
aio --
calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
StatoStato delldell’’artearte
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0Scorrimento (mm)
Tens
ione
di a
dere
nza
(N/m
mq) 650mm 450mm 250mm
Profilo cavo quadrato oleato
CNR 10016
h/t=30
La resistenza La resistenza èè molto sensibile alla rugositmolto sensibile alla rugositàà e alle condizioni di e alle condizioni di interfaccia acciaiointerfaccia acciaio--calcestruzzo oltre che alle irregolaritcalcestruzzo oltre che alle irregolaritàà nelle dimensioni nelle dimensioni
interne della sezione di acciaiointerne della sezione di acciaio
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
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in
stru
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stru
tture
com
post
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mpo
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calc
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zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
StatoStato delldell’’artearte
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0Scorrimento (mm)
Tens
ione
di a
dere
nza
(N/m
mq) 650mm 450mm 250mm
d/t=33,66
CNR 10016
Profilo cavo circolare
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0Scorrimento (mm)
Tens
ione
di a
dere
nza
(N/m
mq) 650mm 450mm 250mm
d/t=33,66
CNR 10016
Profilo cavo circolare oleato
La presenza di un maggiore La presenza di un maggiore quantitativo di inerti fini quantitativo di inerti fini
determina un ritiro maggiore determina un ritiro maggiore e quindi ad una forza di e quindi ad una forza di
aderenza piaderenza piùù bassa.bassa.
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360Età del calcestruzzo (giorni)
Tens
ione
di a
dere
nza
(MP
a)
provini A provini B provini C provini D provini E
Variazione forza di aderenza con lVariazione forza di aderenza con l’’etetàà del calcestruzzo (del calcestruzzo (HunaitiHunaiti, 1994), 1994)
Aderenza Aderenza èè pari a circa il 66 % tra lpari a circa il 66 % tra l’’etetàà di 14 giorni e 360 giorni. di 14 giorni e 360 giorni.
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
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post
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sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
StatoStato delldell’’artearte
PROVA TIPO CARICO ARMATURA LONGITUDINALE
TIPO SOLLECITAZIONE
1 MONOTONO COMPRESSIONE 2 MONOTONO TRAZIONE 3 MONOTONO
* COMPRESSIONE
4 MONOTONO √ TRAZIONE 5 MONOTONO √ COMPRESSIONE 6 CICLICO COMP/TRAZ 7 CICLICO COMP/TRAZ 8 CICLICO √ COMP/TRAZ 9 CICLICO √ COMP/TRAZ
* Applicazione di olio lungo le flangie e l* Applicazione di olio lungo le flangie e l’’anima del campione prima del anima del campione prima del getto di calcestruzzogetto di calcestruzzoLe
gam
iLe
gam
i didiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
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calc
estru
zzo
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ioni
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iche
cicl
iche
Prove Prove sperimentalisperimentali
Trasduttori
Estensimetri
Flangie Anime
Calcestruzzo
Prove Prove sperimentalisperimentali
HEB 180 HEB 180 –– S275S275A/C = 0.50A/C = 0.50
Olio
Barre per applicare carichi ciclici
Senza armatura interna
Armatura interna
ProviniProvini colonnecolonne
PrimiPrimi RisultatiRisultati
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0Scorrimento (mm)
Load
[KN
]
Trasduttore 3 Trasduttore 9
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0
Trasduttore 3 Trasduttore 4
Forz
a (k
N)
Scorrimento (mm)
Olio
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
0 0.000002 0.000004 0.000006 0.000008 0.00001 0.000012 0.000014 0.000016 0.000018 0.00002Scorrimento (mm)
Car
ico
(KN
)
Est. n.4
Est. n.10
Est. n.11
14 15
Ali: lati esterni - Dx
12 13
5
42
6
10 11
Anima: lato interno - Anteriore
Ali: lati esterni - Sx
31
Anima: lato interno - Posteriore
7
98
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
0 0.000002 0.000004 0.000006 0.000008 0.00001 0.000012 0.000014 0.000016 0.000018
Scorrimento (mm)
Car
ico
(KN
)
Est. n.3Est. n.1
Est. n.8
Est. n.9
Lega
mi
Lega
mi d
idiad
eren
zaad
eren
zain
in
stru
tture
stru
tture
com
post
eco
mpo
ste
acci
aio
acci
aio --
calc
estru
zzo
calc
estru
zzo
sotto
so
tto a
zion
iaz
ioni
cicl
iche
cicl
iche
ConclusioniConclusioni
•• LL’’aderenza tra profilo metallico e calcestruzzo nelle colonne aderenza tra profilo metallico e calcestruzzo nelle colonne composte dipende da numerosi fattori composte dipende da numerosi fattori fisicofisico--chimicochimico e meccanici, ed e meccanici, ed in particolare modo dalla tipologia della sezione trasversale.in particolare modo dalla tipologia della sezione trasversale.
•• I primi risultati sperimentali ottenuti per le prove di compresI primi risultati sperimentali ottenuti per le prove di compressione sione dimostrano che i valori delle tensioni tangenziali riportati neldimostrano che i valori delle tensioni tangenziali riportati nelle le normative, nazionali ed internazionali, sono molto conservativi;normative, nazionali ed internazionali, sono molto conservativi;
•• I valori massimi delle tensioni tangenziali lungo lI valori massimi delle tensioni tangenziali lungo l’’anima e le ali dei anima e le ali dei profili esaminati sono pari a 0.14 N/profili esaminati sono pari a 0.14 N/mmqmmq e 0.41 N/e 0.41 N/mmqmmq. I valori . I valori riportati nella CNR10016 (1999) sembrano, peraltro, essere moltriportati nella CNR10016 (1999) sembrano, peraltro, essere molto o prossimi a quelli registrati per le prove di compressione su camprossimi a quelli registrati per le prove di compressione su campioni pioni con le superfici oleate pari a 0.06 N/con le superfici oleate pari a 0.06 N/mmqmmq e 0.22 N/e 0.22 N/mmqmmq per lper l’’anima e anima e le ali delle sezioni parzialmente rivestite.le ali delle sezioni parzialmente rivestite.
•• I valori delle tensioni di aderenza devono essere valutati anchI valori delle tensioni di aderenza devono essere valutati anche e tenendo conto del degrado ciclico associato alltenendo conto del degrado ciclico associato all’’azione sismica.azione sismica.