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RELAZIONE DI FINE TIROCINIO
CARATTERIZZAZIONE NUMERICO-SPERIMENTALE DEL
COMPORTAMENTO CICLICO DEL NODO IMPALCATO-PILA, TIPO ”DOMI-2”, DI PONTI
COMPOSTI ACCIAIOCALCESTRUZZO
Tutor: Tirocinante:
Fabrizio Paolacci Alessandro Cecati
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile
Anno Accademico 2014/2015
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1. Introduzione
Il tirocinio è stato svolto presso il “PRiSMa-Laboratorio Prove e Ricerca su Strutture e Materiali”
dell’Università degli Studi di Roma Tre, nel periodo che va dal 26/11/2015 al 18/12/2015.
L’obiettivo di tale attività è stato il montaggio della strumentazione necessaria per l’esecuzione dei
test relativi al progetto di ricerca Europea SEQBRI “Performance-based earthquake engineering
analysis of short-medium span steel-concrete composite bridges”, e successivamente lo studio
numerico-sperimentale del comportamento dei provini sottoposti al test.
In particolare durante la mia attività è stato eseguito solo il primo test, di spinta monotona, degli
otto totali, che avranno lo scopo di determinare in maniera sperimentale il comportamento sismico
di una nuova tipologia di nodi impalcato-pila per ponti in acciaio-calcestruzzo.
2. Caratteristiche del Provino
Come già detto l’attività fa parte del progetto di ricerca SEQBRI che ha lo scopo di investigare e
descrivere nuove tipologie di nodi impalcato-pila per ponti in acciaio-calcestruzzo (SCC).
I nodi che verranno studiati saranno composti da una CCB (Concrete CrossBeam), ovvero una trave
trasversale in calcestruzzo, nella quale convergono le travi longitudinali in acciaio e la soletta in
calcestruzzo.
Figura 1: Tipologia di nodo Impalcato-Pila
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I test verranno eseguiti su tre diverse tipologie di nodi, che differiscono tra loro per le diverse
caratteristiche di connessione tra trave in acciaio e CCB:
-DIN-FB104 Var.C;
-DOMI-1
-DOMI-2
Il settimo test, che è quello da me seguito durante il tirocinio, è stato eseguito sulla
tipologia di nodo DOMI-2.
Tale tipologia di nodo prevede l’anima della trave HEB600/S460 inserita di 360 mm all’interno
della CCB e 2x6D25 pioli (shear-studs) Nelson posti perpendicolarmente alla superficie dell’anima
in modo da garantire la connessione a taglio tra la trave d’acciaio e la CCB. La flangia superiore
finisce prima della CCB ed è saldata ad una sottile piastra di testa 15x280x415mmm che è usata
come una protezione per la connessione dalla penetrazione dell’umidità. La flangia inferiore invece
è saldata ad una piastra spessa 70 mm, larga 460 mm ed alta 280 mm con una parziale penetrazione
nella CCB. In tale piastra vengono inserite 4 barre di precompressione che fungono da tirante, per
evitare il distacco delle flange inferiori di entrambe le travi dalla CCB, in caso momento positivo
sul nodo.
Figura 2: Particolare nodo “DOMI-2”
4
Per entrambi i calcestruzzi della soletta e della Cross-Beam è stato utilizzato il calcestruzzo C35/45
e sono state utilizzate barre di armatura in acciaio B450C. La trave a doppio T è una IPE 330 ed è
stato utilizzato un acciaio ad alta resistenza S460, mentre per i pioli Nelson l’acciaio S235-
J2G3+C450. Infine le barre di precompressione sono di tipo Dywidag 835/1030 e sono utilizzati
bulloni 4M30/10.9.
Figura 3: Dettaglio CCB tipo "DOMI-1"
3. Definizione della prova Le prova viene realizzata su una porzione di ponte, composta dal nodo centrale e da
un'unica trave longitudinale, in scala 1:2.
Figura 4: Modello 3D del nodo
5
L’obiettivo è quello di applicare al provino sia le sollecitazioni verticali, dovute al peso proprio ed
ai carichi verticali, che le sollecitazioni orizzontali, dovute ad un azione sismica con direzione
longitudinale al ponte.
E’ stata realizzata una particolare e articolata attrezzatura in grado di trasferire tali azioni
all’elemento considerato.
Figura 5: Vista frontale del setup di prova
La forza orizzontale è applicata direttamente dall’attuatore (o martinetto elettromeccanico). La forza
verticale è trasmessa attraverso due martinetti allineati al di sotto della pila, posizionati a 0.5 m tra
di loro, in modo da ottenere una diffusione uniforme delle forze di compressione nel calcestruzzo.
La forza orizzontale è applicata direttamente dall’attuatore il quale è ancorato al muro di contrasto.
Due travi verticali, imbullonate alla trave rettangolare nelle estremità del provino, provvederanno
alla trasmissione delle forze assiali, dello sforzo di taglio e del momento flettente sul lato sinistro e
destro del provino.
A causa delle fasi costruttive con le quali il ponte viene realizzato, l’impalcato cambia il suo
schema statico per le differenti condizioni di carico verticale. Dopo che la trave in acciaio viene
posata in opera sulla pila e gli appoggi, solo il peso proprio agirà su di essa e lo schema è quello di
trave semplicemente appoggiata.
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Grafico 1: Scema statico di trave semplicemente appoggiata
Una volta effettuato il getto di calcestruzzo ed avvenuta la sua maturazione, lo schema statico
cambia e diventa quello di trave continua. Il momento flettente dovuto ai sovraccarichi permanenti
e variabili è mostrato in figura:
Grafico 2: Schema statico di trave continua
7
Conseguentemente il momento flettente finale è illustrato di seguito:
Grafico 3: Inviluppo dei momenti flettenti
E’ da notare come il punto di momento nullo si sia spostato verso la pila, dalla fase b a quella c. La
parte di trave con momento negativo può essere facilmente riprodotto, accettando però una
approssimazione lineare del momento, che può essere generato spingendo in alto il provino con i
due martinetti posti sotto la pila e mantenendo fissate le due estremità. L’azione sismica agente al
livello dell’impalcato come forza di inerzia, produce una lineare distribuzione del momento di
inerzia:
Grafico 4: Momento dovuto all’azione sismica
8
Questa è stata ottenuta usando lo spettro di progetto di tipo 1 fornito dall’EC8, con suolo in
condizioni B, PGA = 0.25 g e fattore di struttura q = 1.
Osservando attentamente la struttura del provino è possibile identificare un modello statico a T:
Figura 6: Modello statico del provino
Questo ovviamente rappresenta un parte dell’intero ponte, e comprende la connessione di tipo
monolitico fino al punto di momento nullo, sia sulle travi longitudinali che sulla pila. Per riprodurre
correttamente il comportamento statico dell’elemento, entrambe le condizioni di carico verticali e
orizzontali devono essere applicate. Gli effetti delle forze verticali, applicate alla base della pila,
sono una distribuzione lineare del momento sulla trave longitudinale, mentre non è presente
momento sulla pila.
Grafico 5: Carico Verticale
Anche se ci si aspetta una distruzione non lineare del momento flettente, un’approssimazione
lineare è considerata accettabile. Le forze orizzontali agenti sull’impalcato producono anche esse la
seguente distribuzione lineare di momento:
9
Grafico 6: Carico orizzontale
Conseguentemente la distribuzione totale del momento e delle forze di taglio sul provino è la
seguente:
Grafico 7: Momento e taglio del carico totale
E’ da notare come il taglio delle travi d’impalcato a 2.5 m produce ai due estremi del provino la
presenza dei momenti ML e MR.
Questo schema strutturale permetterà di identificare il giusto fattore di scala compatibile con la
capacità del laboratorio. Il fattore di scala scelto per il test è 1:2, quindi tutte le dimensioni degli
elementi verranno moltiplicate per questo valore, mentre la masse e le altre grandezze verranno
modificate come mostrato in tabella:
10
In definitiva la lunghezza delle due campate adiacenti al nodo è di 1.5 m, per un totale di 3.0 m,
mentre la larghezza efficace della trave composta è di 1.325 m.
Per quanto riguarda la CCB questa ha una larghezza di 1.325 m, una lunghezza di 0.45 m ed
un’altezza di 0.705 m. Infine la pila presenta un altezza di 1.42 m, una larghezza di 1.325 m ed una
lunghezza di 0.3 m.
Figura 7: Provino "DOMI-2"
4. Montaggio
Le fasi di montaggio sono state molteplici, e data la complessità e le dimensioni della prova hanno
richiesto svariati giorni di lavoro. Per prima cosa è stato posizionato l’attuatore elettromeccanico
orizzontale sul muro di contrasto:
Figura 8: Martinetto elettro-meccanico
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Successivamente si è proceduto con l’installazione dei blocchi a terra, fissati con opportuni perni
filettati, e poi con il posizionamento delle varie cerniere che permetteranno le rotazioni dei tiranti
verticali e della base d’appoggio della pila:
Figura 9: Allestimento setup alla base
A questo punto è stato possibile posizionare il provino e bloccarne la base su una piastra realizzata
appositamente per replicare il vincolo di tipo cerniera (ovvero permette rotazioni ma non traslazioni
alla base della pila).
Per realizzare il vincolo di tipo cerniera quasi perfetto, sono stati eseguiti 4 fori sulla pila attraverso
una carotatrice avente un diametro esterno di 28 mm, e un diametro interno di 26 mm.
Successivamente sono state quindi inserite 4 barre Φ22 per garantire una buona rotazione della pila.
Figura 10: Esecuzione dei fori sulla pila e collegamento scarpa
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Con esso vengono posizionati anche i martinetti di spinta verticale, che avranno lo scopo di dare un
precarico al provino, e le celle di carico:
Figura 11: Posizionamento martinetti e celle di carico
Infine si è proceduto con l’assemblaggio delle piastre forate con le mensole verticali, e poi con il
loro posizionamento sul provino. A questo punto sono state inserite le bielle orizzontali ed è stato
collegato il martinetto. Il risultato finale è stato il seguente:
Figura 12: Provino collegato al setup di prova
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Prima di poter procedere con il test però è stato necessario predisporre la strumentazione elettronica
necessaria per l’acquisizione dei dati.
5. Disposizione sensori
A causa dell’ingente quantità di informazioni utili, è stato necessario predisporre un elevato numero
di sensori, distribuiti sul provino.
I sensori utilizzati sono:
- Strain Gauges: è uno strumento di misura utilizzato per rilevare piccole deformazioni
dimensionali di un corpo sottoposto a sollecitazioni meccaniche o termiche. Conoscendo a
priori le caratteristiche meccanico/fisiche del materiale, misurando le deformazioni si
possono facilmente ricavare le tensioni a cui il corpo e soggetto. Gli SG consistono in un
sostegno flessibile ed isolato che supporta un foglio metallico. Il misuratore è attaccato
all’oggetto attraverso un appropriato adesivo. Quando l’oggetto si deforma, la lamina
metallica si deforma, causando una variazione della resistenza elettrica.
Figura 13: Strain gauges
Gli SG quindi sono stati posti nei punti in cui interessava la storia tensionale del provino, ma anche
dell’intero sistema metallico di prova. In particolare questi sono stati posizionati:
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- Potenziometri a Filo: sono trasduttori di posizioni potenziometrici a filo, che convertono
spostamenti lineari in variazioni di resistenza. Sono costituiti da un potenziometro rotativo
di precisione azionato mediante l'avvolgimento o lo svolgimento di un filo in acciaio inox.
Una volta agganciata l’estremità del filo ad un oggetto in movimento, permettono di
determinare con precisione millimetrica i suoi spostamenti.
Figura 14: Potenziometri a filo
Tali potenziometri sono stati utilizzati sia come controllo in spostamento orizzontale e verticale per
i martinetti, che come misuratori di spostamento in varie posizioni del provino:
- Potenziometri lineare: il funzionamento di questi strumenti ed il loro scopo è identico ai
potenziometri a filo, con l’unica differenza che al posto del filo è presente un braccetto
rigido. In funzione dello spostamento di quest’ultimo, il sensore è in grado di misurare gli
spostamenti.
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Figura 15: Potenziometri lineari
Questi sensori sono stati utilizzati per le misurazioni degli scorrimenti tra soletta e trave d’acciaio e
per la misurazione dell’apertura delle fessure del calcestruzzo della soletta superiore ed inferiore.
Viene riportata in seguito una tabella riassuntiva:
- LVDT: trasduttori di movimento induttivo, sono dei dispositivi elettromagnetici usati per la
misura di piccoli spostamenti. Tali dispositivi vengono utilizzati per la misurazione della
rotazione relativa delle piastre di testa delle travi d’acciaio rispetto la cross-beam.
Figura 16: LVDT
16
Gli LVDT posti in prossimità dell’ala superiore misurano il distacco superiore della piastra dalla
CCB in caso di momento negativo sul nodo, mentre quelli posti inferiormente misurano il distacco
inferiore in caso di momento positivo
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6. Prova ciclica
La prova ciclica è stata effettuata il giorno 26/11/2015 nel laboratorio dell’Università di Roma Tre.
Tale prova è stata eseguita sul provino con tipologia di connessione DOMI-2.
Storia in spostamenti ciclica (Procedura ECCS)
La procedura ECCS (European Convention for Constructional Steelwork) è composta da due o tre
step in relazione alle caratteristiche dei provini; in particolare si hanno due step in caso di materiale
con comportamento simmetrico (compressione e trazione) e tre step per gli altri tipi di materiale.
Nel caso dei due step, il primo consiste in una prova monotona, con la quale si ottiene la curva di
resistenza Forza-Spostamento per il calcolo dello Yelding Point, ed il secondo consiste in una prova
ciclica per investigare il comportamento e la resistenza del provino.
Quindi, definito il parametro ey , è possibile determinare la storia ciclica del test, e l’ampiezza di
ogni ciclo si modifica nel tempo come mostrato nella seguente tabella:
Tabella.1: Metodo ECCS - Numero ed ampiezza dei cicli
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Noto ey si ottiene lo storia in spostamenti da utilizzare nel test con spinta ciclica:
Grafico1: Storia in spostamenti (Metodo ECCS)
Descrizione della prova
La prova ciclica, così come quella monotona, è costituita da due fasi distinte, che sono
l’applicazione del carico verticale, e successivamente l’applicazione del carico ciclico orizzontale.
Il carico verticale viene assegnato attraverso due martinetti idraulici posti alla base della pila, che le
conferiscono una forza di 220 kN dal basso verso l’alto. In questo modo, viene simulata la
condizione di momento negativo sul nodo, per effetto dei carichi verticali. Il carico orizzontale
invece, viene imposto attraverso il martinetto elettromeccanico, a cui viene assegnata la storia in
spostamenti ciclica vista nel grafico 1.1 (la prova è in controllo di spostamenti). Vista la natura
ciclica della prova, ci si aspettava una rottura simmetrica del provino, la quale è invece avvenuta
con un decentramento delle fessure presenti sulla CCB sul la destro del provino stesso.
Di seguito vengono riportate le immagini della CCB fessurata nella fase finale della prova:
Figura 1: CCB Front e CCB Back
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60
Displacement(m
m)
Time(s)
DisplacementHistory(ECCSMetod)
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La buona riuscita della prova e anche delle seguenti, è dovuta alle ultime modifiche apportate al
collegamento alla base scarpa-pila, con il quale si è ottenuto un vincolo di tipo cerniera quasi
perfetto. Sostanzialmente sono stati eseguiti 4 fori sulla pila attraverso una carotatrice avente un
diametro esterno di 28 mm, e un diametro interno di 26 mm.Successivamente sono state inserite 4
barre metalliche Φ22 per garantire una buona rotazione della pila.
Figura.2: Esecuzione dei fori sulla pila e collegamento scarpa
Inoltre, a causa dell’eccessiva deformabilità del setup notata nei test precedenti, si è pensato di
controventare le mensole di base, attraverso dei puntoni di acciaio:
Figura 3: Puntoni diagonali di rinforzo al setup
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Figura Errore. Nel documento non esiste testo dello stile specificato.4: Provino deformato sottoposto alle massime sollecitazioni
Infine durante la prova, a causa delle forti sollecitazioni, il setup metallico alla base potrebbe aver
effettuato diverse traslazioni durante tutto lo svolgimento della prova. Queste traslazioni le
possiamo notare nel grafico Forza-Spostamento che nei successivi capitoli analizzeremo in maniera
più approfondita.
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Analisi dei dati
Celle di carico e potenziometri verticali
Il carico verticale imposto dai due martinetti idraulici è monitorato dalle due celle di carico (Fig.
1.5).
Figura5: Martinetti e celle di carico (VLoad)
Il grafico che le celle restituiscono, mette in relazione la forza, in kN sulle ordinate, con il tempo, in
secondi sulle ascisse.
Grafico2: Celle di carico verticale
È possibile osservare che le celle di carico, fin dall’inizio della prova, leggono una differenza di
carico con uno scarto di circa 3kN, in particolare la cella di carico VLoadB registra un carico
minore, pari a 110kN, rispetto alla cella di carico VLoadF che invece registra un carico pari a
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
Time (s)
Fo
rce
(kN
)
Load Cells Vertical
VLoadF
VLoadB
22
113kN, dopodiché a causa delle forze cicliche orizzontali, il carico verticale registrato dalle celle
comincia ad oscillare, mantenendo sempre uno scarto che varia tra i 3 e i 5 kN.
Parallelamente alla misurazione del carico, è stata misurata anche la storia in spostamento verticale
della scarpa d’acciaio alla base della pila; da tale misurazione, la quale è stata eseguita da due
potenziometri a filo, fissati al suolo ed agganciati in prossimità della base della pila, possiamo
andare a ricavare la rotazione avvenuta sulla pila stessa.
Figura 6 - Posizione potenziometri a filo verticali, GrdSx e GrdDx
Le due curve ottenute, inizialmente, all’applicazione del carico verticale hanno un andamento quasi
coincidente fino ad uno spostamento verticale di circa 8,5mm. All’applicazione del carico
orizzontale ovviamente il loro andamento inizia a divergere; in fase si spinta il potenziometro di
sinistra (GrdSx) subisce un accorciamento, mentre il potenziometro di destra (GrdDx) subisce un
elongazione, in fase di tiro ovviamente avviene il contrario; si può notare dal seguente grafico che il
centro di rotazione, il quale dovrebbe trovarsi a circa 8,5mm, per la simmetria del sistema, si sposta
sempre di più verso l’alto, ossia verso il potenziometro di sinistra. Questo è confermato anche dal
fatto che i due potenziometri hanno un elongazione differente in modulo, sia in fase di spinta che in
fase di tiro.
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Grafico.1: Grafico potenziometri verticali (Rotazione base pila)
Cella di carico e potenziometri orizzontali
La misurazione del carico ciclico orizzontale, impresso dal martinetto elettromeccanico, è stata
eseguita mediante la cella di carico posta tra il martinetto ed il provino (Fig. 1.6).
Figura.7: Cella di carico e Martinetto EM
In questo modo è possibile ottenere l’andamento della forza applicata sul provino nel tempo, o, in
termini di sollecitazioni, lo sforzo di taglio alla base della pila.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-5
0
5
10
15
20
25
30
35
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
Shoe Rotation
GrdSx
GrdDx
24
Grafico.2: Andamento della forza orizzontale nel tempo
Il controllo in spostamenti, invece, viene effettuato attraverso un potenziometro a filo, che misura
gli spostamenti orizzontali del provino. Tale strumento è fissato solidalmente al terreno, ed è
agganciato sull’ala sinistra del provino (Fig. 1.8).
Figura.8: Potenziometro a filo usato per il controllo in spostamenti
Il grafico della storia in spostamenti che si ottiene (Grafico 1.5), deve però essere rielaborato.
Infatti, a questo va sottratto il grafico della traslazione orizzontale dell’intero Setup di prova, che
viene monitorata attraverso un potenziometro a filo agganciato al perno centrale di rotazione
(Grafico 1.6). In questo modo si ottiene lo spostamento in testa al provino dovuto alla flessione
della pila, depurato delle traslazioni orizzontali che teoricamente non dovrebbero essere consentite
dal vincolo alla base.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500Force - Time
Time (s)
Fo
rce
(kN
)
25
Grafico.3: Andamento dello spostamento orizzontale in testa al provino nel tempo
Grafico 6: Andamento del setup metallico (perno) nel tempo
L’operazione di sottrazione della curva di traslazione causa una riduzione degli spostamenti del
provino
Grafico.4: Andamento dello spostamento effettivo del provino nel tempo
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-150
-100
-50
0
50
100
150SpecimenDisplacement-Time
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8HingeDisplacement-Time
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-150
-100
-50
0
50
100
150RelativeDisplacement-Time
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
26
Possiamo ora fare un confronto fra i diversi grafici ottenuti per vedere in maniera ancora più
evidente il decremento dello spostamento del provino a causa delle traslazioni del setup metallico
alla base:
Grafico.5: Confronto degli spostamenti nel tempo
Come possiamo notare, in fase di spinta c’è un decremento dello spostamento di circa 8mm, mentre
in fase di tiro il decremento è di circa 6mm.
Nel grafico (1.9) vengono riportati i valori della cella di carico e degli spostamenti relativi del
provino nel tempo, per verificare che i due segnali siano sincronizzati correttamente.
Grafico.6: Verifica sincronizzazione dati tra Cella di Carico e Spostamento Relativo
Infine, nei grafici seguenti, vengono riportati i grafici Forza-Spostamento per i vari step della prova.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-150
-100
-50
0
50
100
150
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
Comparison of Dispalcement
SpecimenDisplacement
Hinge Displacement
RelativeDisplacement
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500
0
500LoadCell - Time
Time (s)
Fo
rce
(kN
)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-200
0
200Relative Displacement - Time
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
27
Grafico.7: Forza - Spostamento (1°, 2°, 3°, 4° Ciclo Ciano)
Grafico 8: Forza - Spostamento (5°, 6°, 7° Ciclo Magenta)
Grafico.9: Forza - Spostamento (8°, 9°, 10° Ciclo Blu)
-30 -20 -10 0 10 20 30-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
Displacement (mm)
Fo
rce
(kN
)Force - Displacement
Tempo = 0-1700 s
-60 -40 -20 0 20 40 60-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Displacement (mm)
Fo
rce
(kN
)
Force - Displacement
Tempo = 0-4000 s
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Displacement (mm)
Fo
rce
(kN
)
Forza-Spostamento
Time = 0-6800 s
28
Grafico.10: Forza - Spostamento (11°, 12° Ciclo Verde)
Grafico.11: Forza - Spostamento (13° Ciclo Rosso)
Dai grafici ottenuti dei vari cicli, possiamo osservare un andamento perfettamente simmetrico in
termini di forza, con un raggiungimento massimo della forza di circa 400kN.
Figura 9: Momento Flettente - a) Carichi Verticali, b) Carichi Orizzontali
-100 -50 0 50 100-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Displacement (mm)
Fo
rce
(kN
)
Forza-Spostamento
Time = 0-10600 s
-150 -100 -50 0 50 100 150-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Displacement (mm)
Fo
rce
(kN
)
Forza-Spostamento
Time = 0-13025 s
29
Figura 10: Momento Flettente Totale
Grafico15: Momento flettente nel tempo
Questi grafici permettono di ricostruire in qualsiasi istante della prova il diagramma del momento
dello schema statico del provino.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-400
-200
0
200
400
Time (s)
Mom
ent
(kN
)
Flexural Moment Left
ML
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-400
-200
0
200
400
Time (s)
Mom
ent
(kN
)
Bending Moment Right
MR
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500
0
500
1000
Time (s)
Mom
ent
(kN
)
Bending Moment Node
(-FH/2+NL/2)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500
0
500
1000
Time (s)
Mom
ent
(kN
)
Bending Moment Node
(FH/2+NL/2)
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-1000
-500
0
500
1000
Time (s)
Mom
ent
(kN
)
Maximum Bending Moment Pile
FH
30
Potenziometri a filo orizzontali
I due potenziometri a filo TopF e TopB, posti esternamente al potenziometro del controllo in
spostamenti, permettono di valutare la congruenza dei dati forniti da quest’ultimo ed inoltre
permettono di capire se durante la prova siano avvenute rotazioni del provino.
Grafico.12: Potenziometri a filo TopF e TopB
Le due curve si sovrappongono quasi perfettamente per tutta la durata della prova, e questo indica
che i due potenziometri hanno letto stessi spostamenti e quindi non ci sono state rotazioni del
provino rispetto l’asse verticale.
Strain gauges
Gli strain gauges permettono di ricostruire lo stato tensionale degli elementi a partire dalla loro
storia in deformazioni.
Tiranti verticali
I tiranti sono gli elementi verticali del setup, ed hanno lo scopo di vincolare gli spostamenti verticali
del provino durante la prova. Su tutti e quattro i tiranti sono stati posti degli strain gauges, ed in
questo modo è possibile conoscere l’andamento delle deformazioni, tensioni e forze nel tempo. Le
deformazioni vengo direttamente restituite dallo strumento in 𝑚𝜀 (milliepsilon), e da queste è
possibile ricavare tensioni e deformazioni molto semplicemente:
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-150
-100
-50
0
50
100
150
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
Wire Potentiometers Superior
TopF
TopB
31
𝝈 [𝑴𝑷𝒂] = 𝑬 [𝑴𝑷𝒂] ∙𝒎𝜺
𝟏𝟎𝟎𝟎 ; 𝑭 [𝒌𝑵] =
𝝈 [𝑴𝑷𝒂] ∙ 𝑨[𝒎𝒎𝟐]
𝟏𝟎𝟎𝟎
Nei grafici (1.18), (1.19), (1.20) vengono riportati gli andamenti delle deformazioni, tensioni e forze
agenti sui tiranti verticali durante il tempo della prova.
Grafico17: Deformazioni nel tempo dei Tiranti Verticali
Grafico18: Tensioni nel tempo dei Tiranti Verticali
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-0.4
-0.35
-0.3
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
Time (s)
Str
ain
(m
ep
s)
Strain Vertical Truss
TFSx
TBSx
TFDx
TBDx
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
Time (s)
Str
ess (
MP
a)
Stresses Vertical Truss
TFSx
TBSx
TFDx
TBDx
32
Grafico.13: Forze nel tempo dei Tiranti Verticali
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-250
-200
-150
-100
-50
0
50
Time (s)
Fo
rce
(kN
)
Forces Vertical Truss
TFSx
TBSx
TFDx
TBDx
33
Puntoni orizzontali
I due puntoni orizzontali, invece, sono realizzati con un profilo tubolare doppiamente incernierato
alle due mensole di estremità del provino, al quale hanno lo scopo di trasferire il carico orizzontale.
Gli strain gauges, posti su entrambi i puntoni, questa volta ci permettono di capire come la forza
orizzontale, impressa dal martinetto, si ripartisca sul setup di prova. In questo caso, l’area A di
riferimento è pari a 4074.64 𝑚𝑚2.
Grafico.14: Deformazione nel tempo dei Puntoni Orizzontali
Grafico.15: Tensioni nel tempo dei Puntoni Orizzontali
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
Time (s)
Str
ain
[m
ep
s]
Strain Orizzontal Truss
TrussF
TrussB
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Time (s)
Str
ess (
MP
a)
Stresses Orizzontal Truss
TrussF
TrussB
34
Grafico.16: Forze nel tempo dei Puntoni Orizzontali
Barre di armatura nella soletta
La soletta in calcestruzzo, che accoppiata con la trave in acciaio costituisce la trave composta,
presenta uno strato di armatura di 25Φ10 superiore ed uno strato di 25Φ8 inferiore (Fig. 1.12). Per
studiarne lo stato tensionale, si è scelto di posizionare su due barre Φ10, in prossimità del nodo, due
strain gauges, che forniscono i dati riportati in Figura 6.22.
Figura.32: Posizione strain gauges sulle barre di armatura
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-100
-50
0
50
100
150
Time (s)
Fo
rce
(kN
)
Forces Orizzontal Truss
TrussF
TrussB
35
Grafico.17: Tensioni nel tempo delle armature presenti nell'estradosso della soletta
E’ interessante accoppiare questi dati, con quelli forniti dai potenziometri lineari posti sulla soletta;
questi hanno lo scopo di monitorare lo stato fessurativo all’estradosso della soletta in calcestruzzo.
Figura.43:Potenziometri lineari sull'estradosso della soletta
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
Time (s)
Str
ain
[m
ep
s]
Strain Slab Rebar
Rb1
Rb2
36
Nel grafico (1.25) si riporta, in funzione del tempo, l’andamento degli spostamenti registrati
all’estradosso della soletta. In particolare non si mostrano i dati dei quattro potenziometri, ma la
media dei due di sinistra e la media dei due di destra.
Grafico.18: Apertura delle fessure nel tempo sull'estradosso della soletta
Travi di acciaio IPE 330
Gli strain gauges sono stati posti anche sulle travi in acciaio IPE330, costituenti la trave composta.
Ancora una volta, lo scopo è quello di ricostruire a partire dalle deformazioni, lo stato tensionale
della sezione composta. A tal fine, gli strain gauges sono stati posizionati sull’ala superiore, sulla
ala inferiore e sull’anima delle due travi d’acciaio che convergono nella CCB (Fig.1.14).
Figura.54: Posizione e nomenclature strain gauges travi IPE 330
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt(
mm
)
Cracks Medium Upper Slab
SlabSx
SlabDx
37
Inoltre questi sono stati posti in prossimità del nodo, a circa 175 mm dalla CCB, ovvero nella zona
in cui, sia per effetto dei carichi verticali che per effetto dell’azione orizzontale, si hanno
sollecitazioni di momento e taglio più gravose.
Quindi, conoscendo le posizioni degli strumenti lungo l’altezza della sezione, sarebbe possibile
ricavare il diagramma delle tensioni, semplicemente interpolando le tensioni, nei tre punti noti, con
una retta.
Grafico.19: Deformazioni trave Sx
Grafico26: Tensioni trave Sx
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-2
0
2
4
6
8
10
12
Time (s)
Str
ain
(m
ep
s)
Strain Beam Steel Sx
WSupSx
SSx
WInfSx
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Time (s)
Str
ess [M
Pa
]
Stress Beam Steel Sx
WSupSx
SSx
WInfSx
38
Grafico27: Deformazioni trave Dx
Grafico28: Tensioni trave Dx
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Time (s)
Str
ain
(m
ep
s)
Strain Beam Steel Dx
WSupDx
SDx
WInfDx
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Time (s)
Str
ess [M
Pa
]
Stress Beam Steel Dx
WSupDx
SDx
WInfDx
39
Barre di Precompressione
In questa tipologia di provino, abbiamo la presenza di 4 barre di precompressione di diametro Φ16
posizionate all’interno della CCB e serrate esternamente fino ad arrivare ad una tensione di
precompressione di circa 60kN che equivale ad una deformazione di circa 1,2 𝑚𝜀 (milliepsilon).
Queste barre hanno il compito di aumentare la resistenza a compressione del calcestruzzo nella zona
dove sono inserite cioè tra l’attacco della trave di acciaio e la CCB, sia a destra che a sinistra del
provino. Sono stati posti quindi 2 strain gauges su ogni barra filettata per un totale di 8 strain
gauges. Ancora una volta, lo scopo è quello di ricostruire a partire dalle deformazioni, lo stato
tensionale.
Riportiamo di seguito sia l’andamento delle deformazioni nel tempo che quello delle tensioni:
Grafico.20: Deformazione Barre
Grafico.21: Tensione Barre
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Time (s)
Str
ain
(m
ep
s)
Strain Prestressed Rebar
PcSupF
PcSupB
PcInfF
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
Time (s)
Str
ess [M
Pa
]
Stress Prestressed Rebar
PcSupF
PcSupB
PcInfF
40
Come si nota sono stati riportati solamente gli andamenti delle deformazioni e delle tensioni di 3
barre, questo perché nei primi cicli della prova lo strain gauge posto sulla barra PC-INF-B ha
smesso di dare segnali, probabilmente le forze in gioco hanno rotto lo strumento, e quindi era
pressochè inutile menzionarlo.
Potenziometri lineari
I potenziometri lineari (Fig. 1.24), hanno lo scopo di monitorare lo slip tra trave in acciaio e soletta,
e tra quest’ultima e la CCB.
Figura.64: Posizione potenziometri lineari
Figura75: Slip soletta-trave
41
Grafico31: Slip soletta-trave Sx
Grafico.22: Slip soletta-trave Dx
Per quanto riguarda lo slip tra soletta e CCB, viene riportato il grafico con la media dei
potenziometri di sinistra e la media dei potenziometri di destra (Grafico 1.37).
Grafico.23 Slip soletta-CCB
0 2000 4000 6000 8000 10000 120000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Time (s)
Slip
(m
m)
Slip Medium Slab-Beam Sx
SlipSxEx
SlipSxIn
0 2000 4000 6000 8000 10000 120000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Tempo (s)
Slip
(m
m)
Slip Medium Slab-Beam Dx
SlipDxEx
SlipDxIn
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
Time (s)
Slip
(m
m)
Slip Medium CCB-Slab
PearSx
PearDx
42
LVDT
Gli strumenti LVDT sono stati posti in coppie, come mostrato in Figura (1.14), inferiormente e
superiormente alla piastra terminale in acciaio, per misurarne il distacco dalla CCB durante la
prova. Come si può notare dalla foto (1.14), è stata fatta una piccola modifica nel posizionamento
degli LVDT inferiori rispetto a quelli delle prove precedenti; essendo quella una zona molto
sollecitata, il calcestruzzo viene espulso dal nodo quindi per garantire una loro lettura fino al
termine della prova, sono stati allontanati dalla trave d’acciaio.
Grafico.24: Distacco CCB-Piastra Sx
Grafico.25: Distacco CCB-Piastra Dx
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
LVDT-Plate Sx
DtchSupFSx
DtchSupBSx
DtchInfFSx
DtchInfBSx
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Time (s)
Dis
pla
ce
me
nt (m
m)
LVDT-Plate Dx
DtchSupFDx
DtchSupBDx
DtchInfFDx
DtchInfBDx
43
I dati forniti dagli LVDT risultano utili anche per una valutazione delle rotazioni effettuate dalla
piastra rispetto alla CCB, e per il calcolo dell’angolo di rotazione. Infatti, note le posizioni degli
LVDT superiori ed inferiori, la stima dell’angolo risulta immediata (Fig. 1.26).
Figura : Meccanismo di distacco della piastra
L’angolo di rotazione della piastra, rispetto alla verticale, si valuta semplicemente come:
𝒕𝒈𝜽 =𝚫𝐒𝒔 + 𝚫𝐒𝒊
𝚫𝐇
𝜽 = 𝐚𝐫𝐜𝐭𝐚𝐧 (𝚫𝐒𝒔 + 𝚫𝐒𝒊
𝚫𝐇)
dove ΔH è la distanza tra l’LVDT superiore e quello inferiore.
7. Conclusioni
Il test svoltosi durante la mia attività di tirocinio, ed i dati da esso fornito, saranno oggetto della mia
Tesi di Laurea. Essa infatti consisterà nella caratterizzazione numerico-sperimentale del
comportamento sismico di una nuova tipologia di nodi impalcato-pila per ponti in acciaio-
calcestruzzo. All’interno della tesi verranno ovviamente approfonditi i grafici e le curve
precedentemente riportate.