Approccio alla progettazione e modellazione REP® in zona sismica

Ing. Roberto Scotta
Dipartimento Ingegneria Civile Edile e Ambientale
Università di Padova

APPROCCIO ALLA MODELLAZIONE E
PROGETTAZIONE DI UN EDIFICIO IN ZONA
SISMICA CON SISTEMA REP®

L’IMPORTANZA DI UNA VISIONE GLOBALE
NELLA PROGETTAZIONE DI STRUTTURE ANTISISMICHE
Fino a quando la progettazione strutturale era legata essenzialmente alla esigenza
di sopportare i carichi gravitazionali, la netta suddivisione dei compiti nel progetto
strutturale è stata la prassi normale:
• Compresenza di più progettisti strutturali: delle strutture in opera, delle fondazioni, dei
solai, delle strutture prefabbricate, …
• Pilastri, pareti e fondazioni progettati essenzialmente per soli carichi verticali,
• Travi e solai calcolati con schemi di trave continua, indipendenti per i diversi piani.

L’avvento della nuova zonazione sismica ha reso tale separazione delle competenze
spesso impossibile. In un edificio antisismico complesso la modifica di un qualsiasi
dettaglio strutturale locale può ripercuotersi sulla risposta dell’intero edificio.

Allo scopo di semplificare la fase progettuale, attraverso la riduzione delle diverse
competenze richieste, vi è la tentazione di rinunciare a soluzioni complesse (miste)
e si propende verso soluzioni omogenee (es. strutture interamente in opera).

Così si rinuncia però a priori ai vantaggi derivanti dalla scelta soluzioni a
maggiore contenuto tecnologico, quale ad esempio la parziale
prefabbricazione delle strutture.

R. Scotta Seminario Tecnico Scientifico REP®- 23/02/2012 – Mestre Venezia 2

L’IMPORTANZA DI UNA VISIONE GLOBALE
NELLA PROGETTAZIONE DI STRUTTURE ANTISISMICHE

In chiave moderna il progettista strutturale è colui che:
• assume il ruolo di coordinatore della progettazione strutturale, interfacciandosi con il
committente, l’architetto/i, i progettisti degli impianti, la direzione lavori e i progettisti
strutturali specifici di singole parti/tipologie,
• opera le scelte fondamentali sulla tipologia strutturale, la forma, la collocazione e il
collegamento delle diverse componenti della struttura,
• effettua la scelta dei materiali e dei carichi di progetto,
• decide il tipo di modellazione e di analisi da effettuare (demandando eventualmente il
compito della soluzione della struttura ad un professionista specializzato),
• valuta criticamente la risposta del complesso strutturale e trasmette le sollecitazioni di
progetto ai progettisti specifici di ogni parte/tipologia della struttura,
• infine approva e valida l’intero progetto della struttura, assumendosene le relative
responsabilità professionali.

Egli rimane dunque il solo responsabile della progettazione nel suo complesso.
Ha un ruolo fondamentale in quanto il suo operato determina l’efficienza della
struttura, in termini di velocità esecutiva, costo e ottemperanza dell’opera alle
leggi vigenti e alle specifiche di progetto.


IL SISTEMA REP®

Nasce nel 1967 da un’idea dell’Ing. S. Leone. Successivamente subisce innovazioni e
miglioramenti fino a assumere la connotazione odierna.


IL SISTEMA REP® E I CARICHI VERTICALI

Le strutture realizzate con il sistema REP® si discostano dalle tipologie strutturali
tradizionali. Trattandosi di STRUTTURE MISTE (AUTOPORTANTI) il loro
comportamento strutturale e lo schema statico dell’edificio mutano durante la
costruzione.
Si distinguono due diverse fasi di lavoro:
• 1^ FASE (TRANSITORIA DI COSTRUZIONE): quando il getto di calcestruzzo è
appena completato e quindi ancora fluido,
Le travi si comportano in questa fase come una struttura reticolare metallica in
autoportanza, isostatica.
La struttura è di tipo pendolare per i pesi propri strutturali.
• 2^ FASE (DI ESERCIZIO): a getto di calcestruzzo indurito e quindi collaborante
con la struttura in acciaio,
La struttura è monolitica.
Per i carichi di 2^ fase (permanenti portati e di esercizio):
- per strutture di tipo pendolare: le travi possono essere calcolate come travi
continue, indipendenti per ogni piano (modelli lineari).
- per strutture a telaio: si deve operare una soluzione completa in blocco del telaio
iperstatico (modello numerico complesso 3D)


IL SISTEMA REP® E I CARICHI ORIZZONTALI

Rispetto al meccanismo con cui si sopportano i carichi orizzontali le
strutture si classificano come:
• edifici a pareti o a nuclei di controventamento (edifici pendolari)
• edifici a telaio
• strutture miste a telaio e pareti

Negli edifici con schema pendolare:
• vi è una netta distinzione fra le parti strutturali deputate ad assorbire le azioni
orizzontali - vento o sisma - e quelle la cui funzione è di portare a terra i carichi
verticali gravitazionali,
• una volta che sia assicurata la formazione del piano rigido a livello dei solai, non è
necessario avere un sistema di travi bidirezionali,
• rispetto ai carichi verticali l’edificio può essere calcolato a piani indipendenti con le
travi che assumono lo schema statico di semplice appoggio in 1^ fase e di continuità
in 2^ fase,
• nella valutazione degli effetti dell’azione sismica il sistema di travi e pilastri può essere
classificato come “elemento strutturale secondario”, la cui rigidezza può essere
trascurata, purché ne sia assicurata la capacità di resistenza alle azioni verticali
quando la struttura è in condizioni deformate per effetto del sisma stesso.


IL SISTEMA REP® E I CARICHI ORIZZONTALI

Rispetto al meccanismo con cui si sopportano i carichi orizzontali le
strutture si classificano come:
• edifici a pareti o a nuclei di controventamento (edifici pendolari)
• edifici a telaio
• strutture miste a telaio e pareti

Negli edifici con schema a telaio o misti:
• sia le azioni verticali che quelle orizzontali vengono assorbite congiuntamente dal
complesso di travi e pilastri ed entrambe inducono sollecitazioni di tipo flessionale – e
quindi anche di taglio – su entrambe le tipologie di membratura;
• per assicurare la stabilità dell’edificio in ogni possibile direzione di arrivo del sisma,
oltre alla presenza del piano rigido, è necessario assicurare un comportamento a
telaio in tutte le direzioni: tipicamente questo si ottiene disponendo un ordito di travi a
maglie ortogonali collegate rigidamente ai pilastri con nodi ad incastro capaci di
trasmettere le sollecitazioni flettenti;
• non è più possibile pertanto distinguere nettamente i ruoli delle diverse strutture e
conseguentemente risulta più difficoltosa anche la progettazione separata dei pilastri
e delle travi. Per le luci e dimensioni correnti degli edifici e per i livelli di carico usuali
tipicamente le combinazioni di tipo statico sono dimensionanti per le travi, mentre
quelle di tipo sismico sono dimensionati per i pilastri.

IL SISTEMA REP® E SCHEMI STRUTTURALI
edifici a pareti edifici a telaio o misti

modello numerico realizzato unicamente
con elementi di tipo “beam” per le pareti e
collegamenti rigidi di piano per la
valutazione delle azioni sismiche


IL SISTEMA REP® E SCHEMI STRUTTURALI
edifici a pareti edifici a telaio o misti

carichi concentrati di 1^ fase

carichi distribuiti permanent di 2^ fase
carichi distribuiti variabili di 2^ fase
carichi sismici orizzontali di 2^ fase

modellazione di un edificio a telaio che tiene conto della
variazione di schema statico fra 1^ e 2^ fase


VANTAGGI DEL SISTEMA REP®
• Rispetto alle strutture in c.a. tradizionale, riduzione dei tempi di montaggio e di
esecuzione delle strutture;
• diminuzione del livello di addestramento richiesto alle maestranze; aumento della
sicurezza di cantiere; riduzione della dotazione di cantiere necessaria per la messa in
opera;
• autoportanza delle strutture in fase di montaggio;
• flessibilità e tolleranza del sistema di montaggio a secco: a calcestruzzo non indurito
(1^ fase) essendo la struttura totalmente isostatica può assorbire imprecisioni di
costruzione senza che si introducano stati di coazione nella struttura;
• poiché in 1^ fase le travi sono in semplice appoggio sui pilastri si ha trasferimento dai
nodi verso la campata delle sollecitazioni per i carichi di 1^ fase. Ottimizzazione
strutturale: risultano meno sollecitate le zone nodali delle travi laddove si deve
esplicare la dissipazione energetica durante l’azione sismica e più sollecitate le zone
di campata laddove vi è maggiore disponibilità di calcestruzzo compresso;
• per lo stesso motivo i pilastri risultano meno sollecitati a flessione per effetto dei
carichi gravitazionali di 1^ fase;
• per quanto sopra si può ridurre l’ingombro delle strutture con un alleggerimento
generale degli edifici e quindi con vantaggi anche a livello di fondazioni;
• rispetto ai sistemi di prefabbricazione in c.a.p. tradizionali, in 2^ fase la struttura risulta
monolitica e internamente iperstatica come richiesto in una struttura che deve essere
dissipativa in caso di eventi sismici ma rigida in condizioni di esercizio.

PROVE SPERIMENTALI SU TRAVI REP-CLS

SEZIONE LUNGHEZZA
TRAVE N° a [m] b [m] L [m] APPOGGIO
[mm] TRAVE [m]

1 254x240 6.02 2.58 0.62 5.78 sul cls
2 301x242 6.02 2.58 0.62 5.78 sul cls
3 406x259 6.02 2.58 0.62 5.78 sul cls
4 262x339 6.02 2.53 0.72 5.78 sul cls
5 305x338 6.02 2.58 0.62 5.78 sul cls
6 411x343 6.02 2.65 0.48 5.78 sul cls
7 268x446 6.02 2.75 0.48 5.98 sul martello
8 311x436 6.02 2.47 0.48 5.42 sul cls
9 410x441 6.02 2.38 1.02 5.78 sul martello
10 269x534 6.48 2.98 0.48 6.44 sul martello
11 306x547 6.48 2.98 0.48 6.44 sul martello
12 424x544 6.48 2.98 0.48 6.44 sul martello
NOTE:
Nella trave 2 la prova si è dovuta interrompere prima della completa rottura per raggiunto fine
corsa 5cm degli estensimetri in mezzeria.
Nella trave 3 la prova si è dovuta interrompere prima della completa rottura per raggiunto fine
corsa 10 cm degli estensimetri in mezzeria.
Nella trave 8 l’estensimetro EMSC è stato applicato direttamente sul calcestruzzo.
Per le travi 7 e 10 sono stati applicati solamente gli estensimetri in mezzeria causa
l’impossibilità di mettere in luce gli spezzoni di misura sugli altri punti.



Prove di rottura per flessione

Prove di rottura per taglio



Prove a flessione



Prove a flessione
Conclusioni dalle prove a flessione– comportamento in 2^ fase
• La deformabilità delle travi è ben rappresentata quando si adotti la rigidezza in fase
fessurata delle travi (travi con elevata percentuale di armatura – effetto di tension
stiffening trascurabile)
• Il momento ultimo di rottura è sempre ottimamente stimato con le formule fornite
dal DM 14/01/08 per le sezioni in c.a., basate sulle ipotesi di:
 Mantenimento delle sezioni piani
 Assenza di scorrimento fra acciaio e calcestruzzo
 Diagramma di tensione stress-block per il calcestruzzo

La conformazione del traliccio e la rugosità dei correnti assicurata
dalla saldatura con le armature d’anima garantisce una connessione
rigida e resistente fra acciaio e calcestruzzo.



Prove a taglio



Prove a taglio

Conclusioni dalle prove a taglio su travi composte – comportamento in 2^ fase
• La resistenza ultima a taglio è sempre ottimamente stimata con il meccanismo di
Morsch come nelle sezioni in c.a., adottando angoli ridotti dell’inclinazione delle
bielle compresse di calcestruzzo (formule del traliccio ad inclinazione variabile del
DM 14/01/08)
• La rottura del corrente compresso non può avere luogo: le bielle di acciaio compresse
hanno la stessa sezione di quelle tese e sono stabilizzate dal calcestruzzo in cui sono
immerse

Nella valutazione della resistenza a taglio in 2^ fase si può tenere
conto della collaborazione fra acciaio e calcestruzzo.
Attualmente si opera nell’ipotesi molto cautelativa di far assorbire
l’intero taglio alla sola armatura d’anima (schema reticolare).


IL BREVETTO SISMIREP® (S. Leone, 2002)

TRALICCIO RETICOLARE
AGGIUNTIVO 3D

TRAVE REP

TRALICCIO AGGIUNTIVO
REP

PILASTRO PDT

TRAVE REP PILASTRO PDT TRAVE REP

PILASTRO PDT TRALICCIO AGGIUNTIVO
REP

TRAVE REP TRAVE REP
TRALICCIO RETICOLARE
AGGIUNTIVO 3D


PROVE SPERIMENTALI SU NODI SISMI-REP



Tipologia
Traliccio Trave Pilastro
Costruttiva

Nodo 1 c.a. CDA No c.a. c.a.

Struttura Lineare
Nodo 2 REP® c.a.
Mista REP® semplice
Struttura Lineare
Nodo 3 REP® c.a.
Mista REP® Calastrellato

Struttura Croce
Nodo 4 REP® c.a.
Mista REP® Tecnostrutture

Struttura Croce
Nodo 5 REP® Incamiciato
Mista REP® SISMIREP®

Tutti progettati come nodi trave-pilastro al piano terra di un edifico a telaio:
- a 4 piani, maglia pilastri 4x6 metri
- in zona sismica 1 (L’Aquila), terreno di tipo C: ag(SLV) = 0.260 g
- ad alta duttilità (CDA), regolare: q=4,5x1,3=5.85
- taglio sismico di progetto sul pilastro (comb. SLV): VEd =150 kN
- rispettosi della gerarchia delle resistenze trave-pilastro: =1,3


Nodo1 - in c.a. tradizionale in alta duttilità



Nodi in struttura mista di tipo REP® con nodo saldato

Viene predisposta
l’armatura del
pilastro e appoggiate
Viene Inserito un
le travi prefabbricate
traliccio integrativo
autoportanti di tipo
passante al nodo per
REP®. In questa
creare la continuità
fase ogni elemento
nella struttura.
Posizionata
della struttura è
l’armatura del
indipendente.
pilastro superiore
si procede con il
getto di
completamento
che renderà la
struttura
omogenea e
collaborante in
tutte le sue parti.



Sezione del pilastro

Sezione della trave



Nodo 2
Traliccio lineare
semplice

Nodo 3
Traliccio lineare
calastrellato

Formati da barre longitudinali superiori e inferiori, tenute insieme da
delle barre d'anima piegate e saldate.
Con l’aggiunta nel nodo 3 di barre trasversali superiori (calastrelli)
saldate fuori dal nodo.



Nodo 4
Traliccio a croce
Tecnostrutture

Nodo 5
Traliccio a croce
SISMIREP®

Traliccio di continuità delle travi formato da barre longitudinali superiori e inferiori,
tenute insieme da armature d'anima piegate e saldate.
Traliccio di continuità del pilastro composto da correnti longitudinali e da barre
saldate d’anima trasversali non inclinate (Nodo 4) o inclinate (Nodo 5).


Misure degli spostamenti

Flessimetri.

Esempio – Nodo 4



Nodo 1 vs Nodo 5

Il nodo in Struttura mista REP® si comporta come il
nodo in c.a. tradizionale, anche in campo plastico.



Nodo 1 vs Nodo 5

Nodo 1 Nodo 5
tradizionale in c.a. Sismi-REP con pilastro incamiciato



Nodo 2 vs Nodo 3

La presenza dei calastrelli non influisce su comportamento del nodo.



Nodo 3 vs Nodo 4

La presenza del traliccio a croce porta ad una leggera riduzione di
resistenza rispetto a quello lineare (maggiore lunghezza di penetrazione
della lunghezza di cerniera plastica della trave)



Nodo 4 vs Nodo 5

La diversa conformazione del
traliccio non comporta sensibili
modifiche del comportamento
del nodo



Conclusioni prove su nodi
• I nodi in c.a. progettati in classi di duttilità alta ed i nodi in struttura mista
hanno dimostrato un comportamento simile quando sottoposti a
sollecitazioni cicliche di tipo sismico
• Tra i diversi tipi di traliccio integrativo utilizzati a cavallo del nodo delle
strutture composte non ci sono significative differenze in termini di
resistenza e duttilità
• La duttilità che i nodi in struttura mista hanno dimostrato possedere è
adeguata alle richieste delle strutture anti-sismiche a telaio



Conclusioni prove su nodi
• I nodi in c.a. progettati in classi di duttilità alta ed i nodi in struttura mista
hanno dimostrato un comportamento simile quando sottoposti a
sollecitazioni cicliche di tipo sismico
• Tra i diversi tipi di traliccio integrativo utilizzati a cavallo del nodo delle
strutture composte non ci sono significative differenze in termini di
resistenza e duttilità
• La duttilità che i nodi in struttura mista hanno dimostrato possedere è
adeguata alle richieste delle strutture anti-sismiche a telaio
• Nella progettazione sismica si possono utilizzare i fattori di struttura
usualmente adottati per le strutture in c.a. o miste


GRAZIE DELL’ATTENZIONE

Per contatti:
roberto.scotta@unipd.it


Approccio alla progettazione e modellazione REP® in zona sismica

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

En vedette

En vedette (8)

Similaire à Approccio alla progettazione e modellazione REP® in zona sismica

Similaire à Approccio alla progettazione e modellazione REP® in zona sismica (20)

Dernier

Dernier (8)

Approccio alla progettazione e modellazione REP® in zona sismica