Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate NAPOLI, 3 NOVEMBRE 2009 Dottorato di ricerca in Rischio Sismico Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate Dottorando Vittorio CAPOZZI Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Università degli studi di Napoli “Federico II”, Napoli, vittorio.capozzi@unina.it UNINA Prof. Ing. Edoardo COSENZA Tutor Prof. Aldo ZOLLO Coordinatore del collegio dei docenti Prof. Ing. Gennaro MAGLIULO Referente Prof. Ing. Giovanni FABBROCINO Referente

DEFINIZIONE DI STRUTTURA PREFABBRICATA Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi DEFINIZIONE DI STRUTTURA PREFABBRICATA STRUTTURA REALIZZATA MEDIANTE L’ASSOCIAZIONE E/O IL COMPLETAMENTO IN OPERA DI PIÙ ELEMENTI COSTRUITI IN STABILIMENTO O A PIÈ D’OPERA Riduzione del lavoro manuale derivante dall’organizzazione interna del lavoro e dalla utilizzazione di macchine in stabilimento Utilizzazione di casseforme speciali riutilizzabili e realizzazione di forme complesse per ridurre, a parità di prestazioni, la quantità di materiale utilizzato Continuità del ciclo produttivo per la indipendenza dalle condizioni climatiche e miglioramento delle condizioni di lavoro in ambiente protetto Riduzione dei tempi di costruzione per il minor numero di operazioni da compiere e per la minor dipendenza dai tempi di maturazione dei getti CIRCA 500 AZIENDE OPERANTI NEL SETTORE CON 20000 ADDETTI

NORMATIVA DI RIFERIMENTO Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi NORMATIVA DI RIFERIMENTO D.M.LL.PP. 3/12/1987 “Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo delle strutture prefabbricate” D.M.LL.PP. 16/01/1996 “Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione e il collaudo delle strutture in c.a. normale e precompresso e per le strutture metalliche” “Norme tecniche per le costruzioni in zona sismica” O.P.C.M. 3431 05/05/2005 “Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica” D.M.I.T. 14/09/2005 “Norme tecniche per le costruzioni” Eurocode 8 part 1.1 “Design of structures for earthquake resistance: general rules, seismic action and rules for buildings” D.M.I. 14/01/2008 Istruzioni C.N.R. 10025 “Istruzioni per il progetto, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture prefabbricate in Calcestruzzo” Istruzioni C.N.R. 10018 “Apparecchi di appoggio per le costruzioni” “il collegamento tra gli elementi prefabbricati influenza in modo sostanziale il comportamento statico dell’organismo strutturale e quindi anche la sua risposta sotto azioni sismiche “ Collegamenti situati al di fuori di zone di possibile comportamento inelastico che quindi non modificano le capacità dissipative della struttura rispetto al caso monolitico Collegamenti situati nelle zone critiche alle estremità delle travi e dei pilastri ma sovradimensionati in maniera tale da spostare la plasticizzazione in zone attigua all’interno dell’elemento Collegamenti situati nelle zone critiche alle estremità delle travi e dei pilastri e dotati delle necessarie caratteristiche in termini di duttilità e di quantità di energia dissipabile

Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi MOTIVI DELLA RICERCA È ampiamente sentita oggi la necessità di dare una esaustiva e razionale soluzione ai problemi inerenti la progettazione sismica degli edifici dando pratica applicazione ai criteri di duttilità e gerarchia delle resistenze Esistono ricerche su scala nazionale ed europea [Saisi e altri, 1998 – Biondini e altri, 2003] mirate all’analisi dell’insieme strutturale per la valutazione delle risorse duttili e della conseguente capacità dissipativa sotto azione sismica e per il corretto calcolo dei principali elementi (travi, colonna …). Non è ancora stato oggetto di indagine approfondita e generalizzata lo studio dei collegamenti tra elementi prefabbricati considerati nella loro specificità e nei riguardi delle conseguenze che tale specificità introduce nel comportamento strutturale d’insieme.

OBIETTIVI DELLA RICERCA Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi OBIETTIVI DELLA RICERCA Vi è dunque la necessità di dare una soluzione scientificamente corretta e completa ai problemi della progettazione dei nodi e delle unioni delle strutture prefabbricate SVILUPPO DI MODELLI TEORICI, BASATI SU APPROCCI MECCANICI, DEL COMPORTAMENTO SISMICO DI TALI COLLEGAMENTI STUDIO SPERIMENTALE DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE DI ALCUNE TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (Resistenza, Duttilità, Dissipazione, Deformazione, Degrado e Danno) DETERMINAZIONE DELLE CURVE FORZA-SPOSTAMENTO SIA PER QUANTO CONCERNE LA PARTE MONOTONA CHE QUELLA CICLICA La conoscenza per ciascun collegamento dei parametri di riferimento consentirà di implementare gli stessi in modelli computazionali parziali o globali.

5 TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTO Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi TIPOLOGIE DI CONNESSIONI Le connessioni sono necessariamente realizzate in sito, per tale ragione devono soddisfare dei requisiti indispensabili: DEVONO ESSERE CONCEPITE ED ESEGUITE IN MODO DA RISPECCHIARE FEDELMENTE GLI SCHEMI DI CALCOLO IPOTIZZATI DEVONO GARANTIRE SEMPLICITA’ E VELOCITA’ ESECUTIVA DEVONO CONSENTIRE LE NECESSARIE TOLLERANZE DI COSTRUZIONE Queste possono essere classificate in relazione a numerosi criteri Più che soffermare l’attenzione sulla normativa di riferimento, puntare il dito sul fatto che tutte le norme citate individuano nei collegamenti gli elementi deboli delle strutture prefabbricate e che ne condizionano fortemente il comportamento, tuttavia non danno precise indicazioni su come procedere nel progetto e la verifica degli stessi Eventualmente citare anche le istruzioni CNR 10018 e CNR 10025 rispettivamente sugli appoggi nelle strutture prefabbricate e sulle strutture prefabbricate in generale. ESECUZIONE COSTRUTTIVA MATERIALI UTILIZZATI AZIONE STATICA TRASMESSA ELEMENTI STRUTTURALI DA COLLEGARE 6 5 TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTO

TIPOLOGIE DI CONNESSIONI Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi TIPOLOGIE DI CONNESSIONI UNIONE FONDAZIONE - PILASTRO UNIONE PILASTRO - TRAVE UNIONE TRAVE – COPERTURA UNIONE TRA ELEMENTI DI COPERTURA UNIONE TRA PANNELLI E STRUTTURA GRADO DI VINCOLO: Più che soffermare l’attenzione sulla normativa di riferimento, puntare il dito sul fatto che tutte le norme citate individuano nei collegamenti gli elementi deboli delle strutture prefabbricate e che ne condizionano fortemente il comportamento, tuttavia non danno precise indicazioni su come procedere nel progetto e la verifica degli stessi Eventualmente citare anche le istruzioni CNR 10018 e CNR 10025 rispettivamente sugli appoggi nelle strutture prefabbricate e sulle strutture prefabbricate in generale. UNIONI ARTICOLATE (W < 0.15) UNIONI SEMI-ARTICOLATA UNIONI RIGIDE (W > 0.9 – 0.95) 7

COLLEGAMENTI TRAVE-PILASTRO MAGGIORMENTE DIFFUSI IN ITALIA Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi COLLEGAMENTI TRAVE-PILASTRO MAGGIORMENTE DIFFUSI IN ITALIA COLLEGAMENTO CON CUSCINETTI IN GOMMA (neoprene, elastomero, elastomero armato) O IN MALTA CEMENTIZIA (edifici esistenti) COLLEGAMENTO CON SPINOTTI (edifici attuali) COLLEGAMENTO IBRIDO (IL FUTURO?) Più che soffermare l’attenzione sulla normativa di riferimento, puntare il dito sul fatto che tutte le norme citate individuano nei collegamenti gli elementi deboli delle strutture prefabbricate e che ne condizionano fortemente il comportamento, tuttavia non danno precise indicazioni su come procedere nel progetto e la verifica degli stessi Eventualmente citare anche le istruzioni CNR 10018 e CNR 10025 rispettivamente sugli appoggi nelle strutture prefabbricate e sulle strutture prefabbricate in generale. 8

Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi MOTIVI DELLA RICERCA Le conoscenze acquisite rivelano che in molte delle strutture prefabbricate esistenti i collegamenti trave – pilastro sono ad attrito (calcestruzzo-neoprene) e dunque presentano una elevata vulnerabilità sismica. Ciò è confermato dal fatto che è stato osservato che durante il terremoto del Friuli il motivo di collasso delle strutture prefabbricate è stato per perdita di appoggio di connessioni ad attrito. Circolare del Ministero dei LL.PP. 6 Febbraio 1965 n° 1422 “Nei giunti orizzontali il rapporto tra l’azione tagliante massima T e l’azione assiale di compressione N concomitante deve essere T/N < 0,35. Se le precedenti condizioni non sono verificate, l’azione tagliante deve essere per intero assorbita da armature metalliche localizzate o diffuse. “ D.M. LL.PP. 3 Dicembre 1987 “In zona sismica non sono consentiti appoggi nei quali la trasmissione di forze orizzontali sia affidata al solo attrito.“

Pilastro laterale Pilastro d’angolo MOTIVI DELLA RICERCA Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi MOTIVI DELLA RICERCA Sono state effettuate analisi statiche e dinamiche non lineari su edifici esistenti tipo. (Magliulo G., Fabbrocino G., Manfredi G. (2008). “Seismic assessment of existing precast industrial buildings using static and dynamic non linear analyses”, Engineering structures). Si è utilizzato per le ADNL il terremoto di El Centro (Imperial Valley ’40) scalato secondo uno spettro relativo ad una zona italiana di media sismicità (zona 2) con terreno di tipo C. Si è assunto un coefficiente d’attrito calcestruzzo-neoprene, ricavato dalla bibliografia, pari a 0,6. I risultati delle analisi numeriche hanno evidenziato la bassa resistenza alle azioni sismiche da parte degli edifici prefabbricati industriali realizzati in Italia prima del 1970; essi, infatti, anche per terremoti di media intensità, possono collassare per perdita di appoggio. Pilastro laterale Pilastro d’angolo El Centro El Centro

GRANDE VARIABILITA’ E INCERTEZZA SUI SETUP USATI PER LE PROVE Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi BIBLIOGRAFIA FONTI BIBLOGRAFICHE ms md Prontuario per il calcolo di elementi strutturali 0,90 ---- Fondamenti di infrastrutture viarie 0,70 Physics for Scientists and Engineers With Modern Physics (Saunders Golden Sunburst Series) 1,00 0,60;0,85 center for advanced friction studiens 1.00 - 4.00 0,80 Gruppo tecnofin 0,65 0,5 CNR 10018 (1999) UNI-EN 1337:3 (2005) PCI Handbook (1985) Schrage (1981) = Sforzo normale in N/mm2 dovuto ai carichi verticali GRANDE VARIABILITA’ E INCERTEZZA SUI SETUP USATI PER LE PROVE

Prove per la determinazione dei parametri meccanici della gomma Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PROVE EFFETTUATE Per valutare il coefficiente d’attrito tra neoprene e calcestruzzo sono state progettate 3 tipologie di prove: Prove per la determinazione dei parametri meccanici della gomma Tilting test: Prove di attrito su piano inclinato (N=0) Pulling Test: Prove di attrito sotto elevato carico assiale imposto (N>0)

Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PROVA DI DUREZZA Le prove di durezza sono eseguite in accordo alla norma tedesca ISO DIN 48: la durezza IRHD è calcolata utilizzando il metodo N. Durometro Punzone tipo N Dalla durezza si determina il modulo di elasticità trasversale della gomma

TILTING TEST – Setup di prova Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi TILTING TEST – Setup di prova Telaio inclinabile con vite senza fine 2 trasduttori LVDT verticali per la misura dell’angolo d’inclinazione (E – F) 2 trasduttori LVDT per la misura dello spostamento ed il bilanciamento delle forze (A – B) Dimensioni dei campioni di neoprene: 20 x 9 cm e 25 x 20 cm E F B A

TILTING TEST – Risultati delle prove Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi TILTING TEST – Risultati delle prove Funzione densità di probabilità Valore stimato Intervallo [ 0,432 ; 0,552 ]

PULLING TEST – Setup della prova iniziale Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PULLING TEST – Setup della prova iniziale Prof. a doppia T HEA 180 Barra filettata Martinetto 500kN Martinetto 500kN Piastra di acciaio Barre Φ26 Teflon Culla Blocco di cls Piastre in acciaio Tirafondi Φ18 Basette di neoprene

PULLING TEST – Setup iniziale Vs Setup definitivo Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PULLING TEST – Setup iniziale Vs Setup definitivo Setup iniziale Setup definitivo LVDT Boccola filettata Filo di lenza

PULLING TEST – Animazione Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PULLING TEST – Animazione

PULLING TEST – Risultati delle prove Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PULLING TEST – Risultati delle prove Sono state realizzate 20 prove, 4 per ogni livello di sforzo normale L’azione parallela alle superfici di neoprene e di calcestruzzo a contatto è monotonamente incrementata con una velocità pari a 0.02 mm/sec

PULLING TEST – Risultati delle prove Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PULLING TEST – Risultati delle prove Maggiore velocità di esecuzione della prova

Variazione di m al variare di s Formulazione analitica proposta Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PULLING TEST – Risultati delle prove Variazione di m al variare di s <1% ≈10% Formulazione analitica proposta

CONCLUSIONI Collegamento Trave - Pilastro ad attrito Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi Collegamento Trave - Pilastro ad attrito CONCLUSIONI Il coefficiente d’attrito statico determinato mediante prove sperimentali su piano inclinato (N=0) è risultato dell’ordine m = 0,5 Il coefficiente d’attrito statico determinato mediante prove sperimentali con tensione assiale variabile s = 1.7 - 5.3N/mmq risulta dell’ordine 0,13 – 0,10 Il coefficiente d’attrito diminuisce all’aumentare dello sforzo normale I bassi valori del coefficiente di attrito restituiti dalle prove ed i risultati delle analisi numeriche riportati in altri lavori mettono in evidenza la bassa resistenza alle azioni sismiche da parte degli edifici prefabbricati industriali realizzati in Italia prima del 1970; essi, infatti, anche per terremoti di media intensità, possono collassare per perdita di appoggio

COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI

Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA Nel valutare la resistenza di una connessione spinottata bisogna innanzitutto fare differenza tra due tipologie di azione : AZIONE SPINOTTO CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO AZIONE SPINOTTO CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO V V Snervamento della barra e schiacciamento del calcestruzzo Spacco (splitting) del calcestruzzo

CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA Le formulazioni analitiche disponibili in letteratura sono : Istruzioni CNR 10025 del 1984 Tensione di progetto dell’ acciaio Resistenza a compressione di progetto del calcestruzzo Diametro della barra Coefficiente correttivo =1.2 in assenza confinamento

CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA Teoria di Tassios e Vintzeleou AZIONE CONTRO IL NUCLEO - CARICO MONOTONO : Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls V Copriferro laterale Copriferro inferiore Tensione di progetto dell’ acciaio Resistenza a compressione di progetto del calcestruzzo Diametro della barra AZIONE CONTRO IL NUCLEO - CARICO CICLICO : Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls AZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO : Spacco del calcestruzzo nella direzione della forza (bottom splitting) Copriferro in direzione della forza Diametro della barra Resistenza a trazione del calcestruzzo AZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO : Spacco del calcestruzzo nella direzione ortogonale alla forza (side splitting) Resistenza a trazione del calcestruzzo Base resistente della sezione Diametro della barra

CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CALCOLO DELLA RESISTENZA DI UNA CONNESSIONE SPINOTTATA Teoria di Soroushian - Obaseki - Rojas AZIONE CONTRO IL NUCLEO : Snervamento della barra e simultanea rottura per schiacciamento del cls db = diametro delle barre spinotto , Es = modulo di Young dell’acciaio fb = resistenza portante del calcestruzzo ; c = lunghezza della zona di calcestruzzo schiacciata fy = tensione di snervamento della barra ; T = forza assiale della barra spinotto , Ty = forza assiale di snervamento della barra AZIONE CONTRO IL RICOPRIMENTO : Spacco del calcestruzzo Resistenza a trazione del calcestruzzo Coefficiente che tiene conto dell’interazione barra-cls Diametro della barra Base della sezione

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA CONDIZIONI STANDARD : - Curve molto vicine tra loro - Grande variabilità con il diametro

V ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA CONDIZIONI STANDARD: - Curve molto vicine tra loro - Grande variabilità con il diametro PRESENZA DI ECCENTRICITA’ : - Validità equazione di TASSIOS - Forte riduzione della resistenza TASSIOS - e = 0 CNR 10025 SOROUSHIAN TASSIOS - e=10mm TASSIOS - e=50mm RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO V e

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO TASSIOS - e = 0 SOROUSHIAN TASSIOS - e=50mm CNR 10025 TASSIOS - e=10mm TASSIOS – Carico ciclico CONDIZIONI STANDARD: - Curve molto vicine tra loro - Grande variabilità con il diametro PRESENZA DI ECCENTRICITA’ : - Validità equazione di TASSIOS - Forte riduzione della resistenza CARICO CICLICO : - Validità equazione di Tassios - Dimezzamento della resistenza

T V ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO ED IN PRESENZA DI SFORZO ASSIALE NELLA BARRA T = 0,3 Ty CNR La CNR non tiene conto di tale condizione di carico V T

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle TASSIOS - T = 0,3Ty Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL NUCLEO DI CALCESTRUZZO ED IN PRESENZA DI SFORZO ASSIALE NELLA BARRA T = 0,3 Ty CNR SOROUSHIAN - T = 0,3Ty La CNR non tenendo in conto tale condizione di carico fornisce dei valori più elevati . Per valori dello sforzo assiale bassi e per piccoli diametri le curve sono ancora comparabili, ma se lo sforzo assiale inizia a divenire significativo la CNR non è utilizzabile

V ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO TASSIOS SOROUSHIAN V

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO Staffe f 12 Staffe f 10 Staffe f 8 TASSIOS SOROUSHIAN Soroushian tiene in conto la presenza delle staffe

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO Staffe f 12 Staffe f 10 Staffe f 8 TASSIOS SOROUSHIAN CNR 10025 Dal grafico si nota che l’espressione fornita nelle CNR non risulta cautelativa nel valutare la resistenza in tali condizioni , in quanto i valori sono circa il doppio di quelli forniti dalle altre formule

V ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI UNA BARRA SPINOTTO AL VARIARE DEL DIAMETRO CON FORZA SPINGENTE CONTRO IL COPRIFERRO DI CALCESTRUZZO TASSIOS – Side splitting SOROUSHIAN CNR 10025 TASSIOS – Bottom splitting V

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI PROGETTO AL VARIARE DEL COPRIFERRO PER UN FISSATO DIAMETRO DELLA BARRA (F 26) Tassios – Snervamento della barra e schiacciamento del calcestruzzo Tassios – Bottom splitting

ANALISI PARAMETRICA Comportamento sismico dei collegamenti nelle Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA RESISTENZA DI PROGETTO AL VARIARE DEL COPRIFERRO PER UN FISSATO DIAMETRO DELLA BARRA (F 26) Tassios – Snervamento della barra e schiacciamento del calcestruzzo CNR Soroushian – Azione contro il nucleo Soroushian – Azione contro il copriferro Tassios – Side splitting Tassios – Bottom splitting Si nota ancora una volta che l’espressione fornita dalla CNR non tiene conto del valore del copriferro

ANALISI PARAMETRICA: CONCLUSIONI Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi ANALISI PARAMETRICA: CONCLUSIONI Alla luce di tale analisi risulta evidente di come le connessioni siano l’elemento critico nelle strutture prefabbricate In particolare si è constatato che non esiste una formulazione presente nella CNR 10025 che consenta di progettare i collegamenti tenendo conto di tutti i parametri geometrici e meccanici che intervengono. Per indagare sul loro comportamento bisogna rifarsi alla letteratura straniera In tale contesto si è sentita l’esigenza di programmare una campagna di prove sperimentali per indagare sul comportamento di una connessione spinottata In particolare si vuole caratterizzare il collegamento sia in termini di resistenza che in termini di duttilità, rigidezza e degrado ciclico

TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTO TRAVE – PILASTRO DA TESTARE Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTO TRAVE – PILASTRO DA TESTARE COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI SENZA SOLETTA COLLABORANTE (nodo sommitale) COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI, MENSOLA TOZZA E SOLETTA COLLABORANTE (nodo intermedio)

Prova monotona (controllo di spostamento) Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PROGRAMMA DI PROVA Prova monotona (controllo di spostamento) Prova quasi-statiche cicliche Comportamenti duttili caratterizzati da una notevole deformazione plastica Gruppi di 3 cicli di eguale ampiezza che si succedono via via con incrementi d fino al limite ultimo o di fine prova L’ampiezza del ciclo min(d1=dy/4;d1=da/4;d1=dt/4 ;d1=du/4) Comportamento fragile senza deformazione plastica d=d1 Comportamento sovraresistente

INDICAZIONI EC2, EC8 e CNR 10025/’84 Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PROVE DA EFFETTUARE COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI SENZA SOLETTA COLLABORANTE sono state progettate: Prove a taglio in direzione longitudinale (forza applicata lungo l’asse della trave) INDICAZIONI EC2, EC8 e CNR 10025/’84 Il numero di prove previsto per la tipologia di prova è: 1 prova monotona 1 prove quasi-statiche cicliche con spostamento imposto ad ampiezza crescente COLLEGAMENTO SENZA SOLETTA = 2 PROVE

PROVA DI RESISTENZA A TAGLIO IN DIREZIONE LONGITUDINALE Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PROVA DI RESISTENZA A TAGLIO IN DIREZIONE LONGITUDINALE Barra verticale Martinetto verticale 500 kN Doppio strato di teflon Blocco di calcestruzzo 60 cm x 60 cm e di lunghezza 210 cm (trave) Basetta forata di neoprene 1 cm Attuatore 500 KN Spinotto F26 Sistema a slitta Asola Barre precompresse Doppio strato di teflon Blocco di calcestruzzo 60 cm x 60 cm ed altezza 130 cm (pilastro) Barre precompresse Sistema di barre Vincolo a terra

Il numero di prove previsto per questa tipologia di prova è: Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PROVE DA EFFETTUARE COLLEGAMENTO CON SPINOTTI METALLICI CON SOLETTA COLLABORANTE sono state progettate: Prove a flessione Il numero di prove previsto per questa tipologia di prova è: 2 prove monotone per caratterizzare la curva costitutiva forza-spostamento nei due versi 1 prove quasi-statiche cicliche con spostamento imposto ad ampiezza crescente COLLEGAMENTO CON SOLETTA = 3 PROVE TOTALE = 5 PROVE

PROVA DI RESISTENZA A FLESSIONE CON SOLETTA COLLABORANTE Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi PROVA DI RESISTENZA A FLESSIONE CON SOLETTA COLLABORANTE Spinotto M12 Soletta collaborante di spessore 10 cm Manicotto HD combi-anchor Piastrina in acciaio dado e rondella Spinotto M26 Blocco di calcestruzzo 60 cm x 60 cm ed altezza 275 cm (pilastro) Blocco di calcestruzzo 60 cm x 60 cm e di lunghezza 190 cm (trave) Neoprene Mensola tozza Barre precompresse Attuatore 500 KN Sezione scatolare in acciaio

Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CONCLUSIONI La dettagliata ricerca bibliografica condotta ha fatto rilevare lacune nella conoscenza teorica e sperimentale delle caratteristiche meccaniche dei collegamenti trave-pilastro spinottati Sono stati progettati diversi gruppi di prove, in modo da indagare, per ciascuno di essi, il comportamento meccanico del collegamento soggetto ad una determinata azione: taglio nella direzione dell’asse della trave e flessione La fase progettuale è terminata ed è iniziato l’allestimento dei set up delle prove

Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CONCLUSIONI E’ stata osservata una grande difficoltà nel prevedere teoricamente l’esito della prova a causa della differenza tra le varie formulazioni presenti in bibliografia L’ampia indagine di letteratura e l’analisi parametrica svolta ci consentono di affermare che: la resistenza è fortemente condizionata dal copriferro la variazione della resistenza con il copriferro è molto più elevata rispetto a quanto accade con il diametro. il valore della resistenza non è sufficiente a caratterizzare la connessione in modo completo mancanza di studi in condizioni di carico ciclico 49

CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE Caratterizzata dalla contemporanea presenza di cavi non aderenti post-tesi e armatura ordinaria, tale connessione è stata studiata per ridurre il livello di danneggiamento negli elementi in prefabbricato garantendo l’apertura e la chiusura di una fessura all’interfaccia trave-colonna ed un’ adeguata dissipazione energetica tramite lo snervamento dell’armatura ordinaria oggi sostituita da dissipatori esterni facilmente sostituibili in caso di danneggiamento sismico. 50

CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE Prove sperimentali confermano che le peculiari caratteristiche di tali connessioni asciutte a dissipazione concentrata, comportano una concentrazione della domanda inelastica (i.e. rotazione relativa trave-colonna) nelle sezioni critiche di interfaccia (trave-colonna o pannello di base-fondazione) con l’apertura e chiusura di un’unica preesistente fessura. A differenza dunque di quanto risulterebbe da una connessione di tipo monolitico (c.a. gettato in opera), il livello di fessurazione e danneggiamento negli elementi strutturali prefabbricati al di fuori delle sezioni critiche e nei nodi trave-colonna è ridotto a livelli trascurabili con immediato impatto sui costi di riparazione e manutenzione della struttura, nonché sui costi indiretti dovuti ad una prolungata inagibilità della struttura stessa a seguito dell’evento sismico. La presenza di cavi non aderente post-tesi (sistema muro e connessione ibrida trave-colonna), consente di ridurre in modo significativo le deformazioni/spostamenti residui (i.e. ampiezza delle fessure, spostamento interpiano), parametro estremamente importante nella risposta sismica di una struttura e spesso trascurato. 51

CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi CONNESSIONI INNOVATIVE IBRIDE Ciclo di isteresi 52

SVILUPPI FUTURI DELLA RICERCA Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi SVILUPPI FUTURI DELLA RICERCA Completamento della campagna sperimentale sulle connessioni spinottate Identificazione di esempi di edifici prefabbricati significativi dei quali studiare la risposta sismica considerando i legami costitutivi dei collegamenti indagati Studio su tali edifici dei diversi meccanismi di collasso, legati a diverse scelte nella gerarchia delle resistenze con esecuzione di analisi non lineari statiche e dinamiche Redazione del rapporto conclusivo della ricerca, che comprenderà indicazioni di carattere progettuale sulle connessioni studiate con particolare riferimento all'applicazione della gerarchia delle resistenze

GRAZIE PER L’ATTENZIONE Napoli, 3 Novembre 2009 Comportamento sismico dei collegamenti nelle strutture prefabbricate UNINA Vittorio Capozzi GRAZIE PER L’ATTENZIONE FINE