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Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A 2012-2013 – Docente Ing. Marialaura Malena Facoltà di Ingegneria Corso di.

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1 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile A/A Calcolo dei pilastri in Cemento Armato allo SLU

2 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Definizione del Problema N e c Si consideri una sezione rettangolare in c.a. con doppia armatura soggetta a pressione applicata al centro di pressione c con eccentricità e. Ragioni di equivalenza statica permettono di considerare la sollecitazione come composta da una forza applicata al baricentro della sezione e un momento flettente pari a M=Ne. Si vuole effettuare la verifica di resistenza allo stato limite ultimo, valutando quindi lo sforzo Normale e il Momento ultimo che la sezione è capace di esplicare nel rispetto delle condizioni di equilibrio e di congruenza della sezione.

3 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Definizione del Problema Naturalmente esistono infinite coppie N,M che rispettano tali condizioni. Resta dunque individuata una regione detta dominio di resistenza al di fuori del quale il limite ultimo della sezione viene superato. La verifica consiste dunque nel verificare che M u (N d )  M d controllando che N d non superi il valore massimo esplicabile dalla sezione. In quanto segue si farà riferimento alle NTC08 Esempio di dominio di Resistenza MuMu NdNd

4 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (generali) 1.Le sezioni si conservano piane (legge lineare delle deformazioni) 2.Il calcestruzzo teso non è reagente 3.Non vi è scorrimento relativo tra acciaio e cls (perfetta aderenza)

5 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Legge costitutiva del Cls (tensione-deformazione) Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (allo stato limite ultimo)

6 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Legge costitutiva dell’acciaio Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (allo stato limite ultimo)

7 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Leggi costitutive del Cls e dell’Acciaio NTC08 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (Stato limite ultimo) f yd /E s 10% °   Legge costitutiva dell’acciaio Legge costitutiva del CLS 2% ° 3.5% °   Tratto parabolico La norma permette di tener conto per l’acciaio di un incrudimento k con deformazione massima al 1% k

8 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Leggi costitutive del Cls e dell’Acciaio NTC08 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (Stato limite ultimo) La legge costitutiva del cls può essere sostituita dallo stress block (diagramma rettangolare equivalente alla parabola rettangolo) con altezza pari a 0.8 volte l’altezza dell’asse neutro rispetto al lembo superiore della sezione

9 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (Stato limite ultimo) CLASSI DI RESISTENZA DEL CALCESTRUZZO

10 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Campi di rottura (0,0’) piccola eccentricità (Compressione) (1) sez. fortemente armata (2) Sez. normalmente armata (3) Sez. debolmente armata (4) Grande eccentricità (Trazione) (4) (3) (2)  su  sy  cu  c1 3/7 h h b (1) (0) Campi di Rottura d’ (0’) As’ As

11 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Il campo di rottura associato ad una determinata sezione dipende oltre che dalla quantità di armatura (come succede nella flessione semplice) anche dall’entità dello sforzo normale N. All’aumentare di N si passa da sezioni duttili a sezioni fragili fino a schiacciamento per compressione uniforme, che per sezioni simmetriche corrisponde al caso di pressione centrata. Come per il caso di flessione è utile poter determinare a priori il campo di rottura associato ad una determinata armatura e sforzo normale. A tale scopo è sufficiente determinare il valore di N che corrisponde alle linee di separazione tra i diversi campi di rottura. Sarà poi sufficiente confrontare il valore di calcolo N d con i vari N prima calcolati per individuare in quale intervallo ci si colloca.

12 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Piccola eccentricità : compressione centrata Nel caso di compressione centrata l’equilibrio alla traslazione della sezione conduce alla seguente equazione: C C’ C’’ Il coefficiente 0.8 nella componente associata al cls dipende dal fatto che la normativa impone nel caso di compressione centrata che il coefficiente  c venga aumentato del 25%. f cd C C’+C’’

13 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura C C’ C’’ Piccola eccentricità : sezione interamente compressa Nel passaggio tra campo 0 e campo 0’ la sezione risulta ancora interamente compressa con l’asse neutro passante per il lembo inferiore della sezione. La deformazione dell’acciaio inferiore è immediatamente ricavabile da semplici considerazioni geometriche In termini adimensionalizzati si ha:  cu f cd a.n.

14 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura C’ Grande eccentricità : retta di separazione campo 0’ e campo 1 Nel passaggio tra campo 0’ e campo 1 la sezione risulta parzializzata con l’asse neutro che taglia la sezione in corrispondenza dell’armatura tesa. In termini adimensionalizzati si ottiene la semplice espressione:  cu C a.n. Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A

15 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura C C’ Grande eccentricità : retta di separazione campo 1 e campo 2 Nel passaggio tra campo 1 e campo 2 la sezione risulta parzializzata con l’asse neutro che taglia la sezione ad una distanza y c dal lembo superiore. L’acciaio inferiore risulta essere teso e snervato. L’asse neutro y c si trova con semplici proporzioni geometriche  cu ycyc yy T a.n.

16 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura C C’ Grande eccentricità : retta di separazione campo 2 e campo 3 Passaggio tra campo 2 e campo 3: la fibra più esterna del cls e l’acciaio teso hanno raggiunto la deformazione massima. L’acciaio inferiore è naturalmente snervato.  cu ycyc  su T L’acciaio compresso risulta in genere snervato per travi con h>30 cm a.n.

17 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Grande eccentricità : Esempio di rottura in campo 2

18 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura T’ Grande eccentricità : retta di separazione campo 3 e campo 4 Nel passaggio tra campo 3 e campo 4 la sezione risulta essere completamente tesa. La resistenza è affidata alle sole armature.  su T L’acciaio superiore risulta in genere non snervato per travi con h>20 cm a.n.

19 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura e0 e2 N’ 0 N1N1 e1 N2N2 Nmax Noti gli sforzi normali corrispondenti alle linee di separazione tra i diversi campi di rottura, questi ultimi possono essere facilmente individuati e visualizzati sul diagramma di interazione M-N Campo 0’-0 Campo 1 Campo 2 M/N > h/30>20 mm (EC2)

20 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Per la determinazione del Momento Ultimo della sezione considerata occorre seguire in sequenza i seguenti due passi: 1.Determinazione della posizione dell’asse neutro 2.Determinazione del valore del Momento Ultimo Nelle prossime slide si fornisce una espressione del Momento Ultimo in relazione al campo di rottura precedentemente determinato Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A

21 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Piccola eccentricità : compressione eccentrica (n 0 < n < n max ) Determinazione asse neutro La posizione dell’asse neutro y c si determina a partire dall’equazione di equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta generalmente non snervato per cui: C C’ C’’ 2% ° f cd a.n.  cu ycyc y 0= 3/7 h K’=y c /h d  c1

22 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Piccola eccentricità : compressione eccentrica (n 0 < n < n max ) Determinazione asse neutro C C’ C’’ 2% ° f cd a.n. cc ycyc Il valore max di C è limitato dalla massima resistenza a compressione ammessa per il cls y 0= 3/7 h  c1 Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A

23 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Piccola eccentricità : compressione eccentrica (n 0 < n < n max ) Determinazione Momento Ultimo L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione C C’ C’’ 2% ° f cd a.n. cc ycyc

24 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 1 (n 1 < n < n’ 0 ) C C’ T f cd a.n.  cu Determinazione Asse neutro ycyc  s <  sy La posizione dell’asse neutro y c si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta per definizione non snervato. L’equilibrio alla traslazione si scrive come segue: Sostituendo la precedente nella equazione di equilibrio alla traslazione si ha: Equazione algebrica di 2° grado Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A

25 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 1 (n 1 < n < n 0 ) C C’ T f cd a.n.  cu Determinazione Momento Ultimo ycyc  s <  sy L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione.

26 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n 2 < n < n 1 ) C C’ T f cd a.n.  cu Determinazione Asse neutro ycyc  s >  sy La posizione dell’asse neutro y c si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta certamente snervato e quindi nell’ipotesi che anche l’acciaio compresso sia snervato l’equilibrio alla traslazione si scrive : HP: acciaio compresso snervato Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A

27 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n 2 < n < n 1 ) C C’ T f cd a.n.  cu Determinazione Asse neutro ycyc  s >  sy 2% ° Nel caso l’ipotesi di armatura compressa snervata non sia verificata occorre esprimere l’equazione alla traslazione in funzione di K ottenendo l’equazione di secondo grado con incognita la stessa K Equazione per la determinazione dell’asse Neutro nel caso che l’armatura compressa non risulti snervata

28 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n 2 < n < n 1 ) C C’ T f cd a.n.  cu ycyc  s >  sy Determinazione Momento Ultimo L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione. Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A

29 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n 3 < n < n 2 ) C C’ T f cd a.n.  c <  cu Determinazione Asse neutro ycyc  s =  sl Equazione per la determinazione dell’asse Neutro nel caso che l’armatura compressa risulti snervata La posizione dell’asse neutro y c si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta certamente snervato e quindi nell’ipotesi che anche l’acciaio compresso sia snervato l’equilibrio alla traslazione si scrive :

30 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Determinazione Asse neutro Nel caso l’ipotesi di armatura compressa snervata non sia verificata occorre esprimere l’equazione alla traslazione in funzione di K ottenendo l’equazione di secondo grano con incognita la stessa K C C’ T f cd a.n.  c <  cu ycyc  s =  su Equazione per la determinazione dell’asse neutro nel caso che l’armatura compressa risulti non snervata Grande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n 3 < n < n 2 ) Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A

31 Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A – Docente Ing. Marialaura Malena Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Determinazione Momento Ultimo L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione. C C’ T f cd a.n.  c <  cu ycyc  s =  su Grande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n 3 < n < n 2 )


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