Giacomo Sorana: Edifici con solai a piastra in c.a.: progettazione di un fabbricato di civile abitaz

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UNIVERSITÀ POLITECNICA DELLE MARCHE

Facoltà di Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria Civile (LM)

EDIFICI CON SOLAI A PIASTRA IN C.A.:

PROGETTAZIONE DI UN FABBRICATO DI CIVILE ABITAZIONE A TORINO

Relatore:

Ing. Lando Mentrasti

Laureando: Giacomo Sorana

Correlatore:

Ing. Vittorio Neirotti

2019-2020

A. A.

Come tutto ebbe inizio

Estate 2019 – La ricerca

Lo studio A.T.I.3 Consulting di Torino

Marzo 2020 – Tirocinio e Covid-19

Maggio 2020 – Inizio del lavoro di tesi in studio

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Come tutto ebbe inizio

• Accoglienza come collaboratore a pieno titolo

Lo studio A.T.I.3 Consulting

• Piena disponibilità a consigli tecnici

• Esperienza di maturazione personale

• Opportunità di seguire una commessa reale

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Aspetti progettuali affrontati

• Calcolo della portata di lamiere grecate e solette in c.a. secondo le norme NTC2018 e EC3 (Appendice 2)

• Utilizzo del software di progettazione strutturale

CDM DOLMEN®

• Studio del comportamento strutturale di un nuovo fabbricato di civile abitazione a Torino

• Dialogo tra aspetti strutturali e aspetti architettonici costante e collaborativo

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Aspetti progettuali affrontati

• Tabelle di portata di lamiere grecate e solette in c.a. gettate sulle stesse lamiere secondo l’NTC2018 e l’EC3

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Edilizia abitativa nel tempo e in Europa

• Costruzioni tradizionali

► storiche

► evolute

► solai tradizionali

► solai a piastra

• Costruzioni prefabbricate

► pesanti (cls)

► leggere (no cls)

• Costruzioni industrializzate

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Edilizia abitativa

nel tempo e in Europa

Costruzioni prefabbricate

Pesanti Leggere

Svezia Russia

Legno ← Scandinavia

Regioni Centrali

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Edilizia abitativa nel tempo e in Europa

Costruzioni industrializzate (Francia, Nord Europa)

Banches et tables

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Coffrage tunnel

Edilizia abitativa nel tempo e in Europa

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Solai a piastra

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Solai a piastra: pregi e difetti

Pregi/architettura

• Ottima adattabilità alle geometrie di piano complesse

• Miglior performance in termini acustici e termici

• Miglior resistenza al fuoco

• Maggiore libertà distributiva degli elementi verticali in pianta

• Eliminazione dei problemi di sfondellamento e degrado (propri dei solai in latero-cemento)

• Facilità di sospensione di impianti e controsoffitti

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Solai a piastra: pregi e difetti

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Solai a piastra: pregi e difetti

Pregi/cantiere

• Velocità esecutiva

• Basso costo di realizzazione (dovuto soprattutto all’abbattimento del costo di manodopera)

• Semplificazione delle operazioni di posa in opera

• Maggior sicurezza in cantiere

• Minor spreco dei materiali

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Solai a piastra: pregi e difetti

Pregi/struttura

• Omogeneità strutturale

• Coerenza nella modellazione strutturale

• Elevata portanza, con spessori di solaio ridotti

• Luci di solaio maggiori

• Miglior comportamento sismico (se adeguatamente controventati)

• Miglior assorbimento dei cedimenti differenziali del terreno

• Possibilità di eseguire precompressioni e alleggerimenti della soletta

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Solai a piastra: pregi e difetti

Difetti

• Necessità di utilizzare calcestruzzi autolivellanti

• Problemi legati all’eventuale alleggerimento (costo della manodopera e scarsa adattabilità a geometrie di piano complesse)

• Peso elevato della soletta, che si ripercuote sugli elementi verticali e di fondazione

• Problemi sismici connessi alle elevate forze inerziali di piano

• Problema del punzonamento (meccanismo locale fragile) in corrispondenza delle colonne

• Carenza di riferimenti normativi nelle NTC2018 e negli Eurocodici

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Solai a piastra: applicazioni

Torre BMW (Monaco di Baviera) Auchan di Cinisello Balsamo (MI)

Solai a piastra: letteratura

• Utilizzo dei solai a piastra già ampiamente diffuso in Europa (in particolar modo nelle Regioni Centrali, tra cui Svizzera, Austria e Germania, ma anche nelle Regioni del Nord, come l’Olanda) e non solo (India, Cina, Canada) • Comportamento locale ai carichi verticali (con peso di punzonamento) e comportamento globale ai carichi sismici spesso trattati separatamente

• Confronto tra edifici a telaio ed edifici setti-piastre pressoché assente

• Edifici esistenti con solai a piastra spesso progettati ai soli carichi verticali

• Tipologia costruttiva dei solai a piastra non ottimizzata in gran parte dei paesi che ne fanno uso (paesi a bassa sismicità)

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Solai a piastra: letteratura

Modelli

parziali inadeguati

Non rappresentano il comportamento globale di un edificio con solai a piastra, non sfruttando a pieno l’incastro solette-setti dello schema strutturale piastra-controventatura

Solai a piastra: letteratura

Punzonamento

• La duttilità post-rottura diminuisce drammaticamente con lo spessore

• Evitare le forature in prossimità dell’attacco dei pilastri

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Solai a piastra: letteratura

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Fabbricato di nuova costruzione

Elementi strutturali:

Solette piene da 18 cm

Setti in c.a. da 20 cm

Colonne HEB200

Scatolati 400x200x8

Materiali:

C28/35 B450C S275

Fondazioni: Travi rovesce su terreno ghiaioso/sabbioso

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Fabbricato di nuova costruzione

Fortemente irregolare in pianta

Fortemente irregolare in altezza

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Modi di vibrare

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1° modo – prevalentemente longitudinale; T = 0.349 s; %M in X = 60.812; %M in Y = 14.119

Modi di vibrare

24 di 40 2° modo – prevalentemente torsionale; T = 0.283 s; %M in X = 1.212; %M in Y = 0.595

Modi di vibrare

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3° modo – prevalentemente trasversale; T = 0.241 s; %M in X = 13.708; %M in Y = 61.188

Modi di vibrare

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5° modo – prevalentemente longitudinale; T = 0.095 s; %M in X = 11.106; %M in Y = 1.992

Modi di vibrare

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16° modo – di tipo locale; T = 0.0455 s; %M in X = 0.061; %M in Y = 1.085

Modi di vibrare

La condensazione statica dichiarata dal software potrebbe non essere affidabile

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T [s] Modi 1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9° 10° 11° 12° 13° 14° 15° 16° 17° 18° 19° 20° 21° 0.349119 1° 1 0.184 0.066 0.007 0.004 0.004 0.003 0.003 0.002 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.283112 2° 0.184 1 0.274 0.011 0.007 0.006 0.005 0.004 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.240686 3° 0.066 0.274 1 0.017 0.010 0.008 0.006 0.005 0.003 0.003 0.003 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.117142 4° 0.007 0.011 0.017 1 0.182 0.108 0.063 0.043 0.018 0.016 0.013 0.012 0.010 0.010 0.010 0.009 0.009 0.009 0.007 0.006 0.006 0.094877 5° 0.004 0.007 0.010 0.182 1 0.649 0.259 0.134 0.038 0.031 0.025 0.023 0.019 0.018 0.017 0.016 0.015 0.015 0.012 0.011 0.010 0.088155 6° 0.004 0.006 0.008 0.108 0.649 1 0.525 0.237 0.052 0.042 0.033 0.030 0.024 0.023 0.022 0.020 0.019 0.019 0.014 0.013 0.013 0.080166 7° 0.003 0.005 0.006 0.063 0.259 0.525 1 0.586 0.085 0.066 0.049 0.043 0.034 0.033 0.030 0.028 0.026 0.025 0.019 0.017 0.017 0.073716 8° 0.003 0.004 0.005 0.043 0.134 0.237 0.586 1 0.146 0.106 0.074 0.064 0.049 0.047 0.043 0.039 0.035 0.035 0.025 0.022 0.021 0.057973 9° 0.002 0.002 0.003 0.018 0.038 0.052 0.085 0.146 1 0.819 0.455 0.350 0.214 0.197 0.165 0.144 0.121 0.118 0.069 0.057 0.055 0.055313 10° 0.002 0.002 0.003 0.016 0.031 0.042 0.066 0.106 0.819 1 0.720 0.557 0.324 0.295 0.242 0.207 0.169 0.164 0.090 0.073 0.070 0.051974 11° 0.001 0.002 0.003 0.013 0.025 0.033 0.049 0.074 0.455 0.720 1 0.933 0.599 0.542 0.433 0.361 0.284 0.274 0.135 0.105 0.100 0.050598 12° 0.001 0.002 0.003 0.012 0.023 0.030 0.043 0.064 0.350 0.557 0.933 1 0.768 0.703 0.566 0.471 0.366 0.351 0.163 0.125 0.119 0.047897 13° 0.001 0.002 0.002 0.010 0.019 0.024 0.034 0.049 0.214 0.324 0.599 0.768 1 0.990 0.904 0.793 0.631 0.605 0.255 0.187 0.176 0.047417 14° 0.001 0.002 0.002 0.010 0.018 0.023 0.033 0.047 0.197 0.295 0.542 0.703 0.990 1 0.952 0.856 0.694 0.666 0.279 0.203 0.190 0.046364 15° 0.001 0.002 0.002 0.010 0.017 0.022 0.030 0.043 0.165 0.242 0.433 0.566 0.904 0.952 1 0.967 0.838 0.811 0.345 0.245 0.229 0.045517 16° 0.001 0.002 0.002 0.009 0.016 0.020 0.028 0.039 0.144 0.207 0.361 0.471 0.793 0.856 0.967 1 0.939 0.919 0.412 0.289 0.269 0.044373 17° 0.001 0.002 0.002 0.009 0.015 0.019 0.026 0.035 0.121 0.169 0.284 0.366 0.631 0.694 0.838 0.939 1 0.998 0.532 0.368 0.340 0.044182 18° 0.001 0.001 0.002 0.009 0.015 0.019 0.025 0.035 0.118 0.164 0.274 0.351 0.605 0.666 0.811 0.919 0.998 1 0.555 0.384 0.355 0.040404 19° 0.001 0.001 0.002 0.007 0.012 0.014 0.019 0.025 0.069 0.090 0.135 0.163 0.255 0.279 0.345 0.412 0.532 0.555 1 0.879 0.830 0.038932 20° 0.001 0.001 0.002 0.006 0.011 0.013 0.017 0.022 0.057 0.073 0.105 0.125 0.187 0.203 0.245 0.289 0.368 0.384 0.879 1 0.994 0.038621 21° 0.001 0.001 0.002 0.006 0.010 0.013 0.017 0.021 0.055 0.070 0.100 0.119 0.176 0.190 0.229 0.269 0.340 0.355 0.830 0.994 1 Formattazione condizionale: valori tra 0 e 0.2 valori tra 0.2 e 0.4 valori tra 0.4 e 0.7
MATRICE DI CORRELAZIONE
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Pesi permanenti del solaio tipo non strutturali (G2) h (cm) P (kN/m3) P (kN/m2) Pavimentazione 2 0.50 Massetto non alleggerito 8 23.50 1.88 Coibente radiante 2 0.40 0.01 Isolante (termico) calpestabile 5 0.40 0.02 Massetto alleggerito 8 13.00 1.04 Tramezzature divisorie interne agli alloggi 0.80 Controsoffitto (con VMC) 0.40 4.65
Carichi verticali

Input sismico

Torino Ancona

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Input sismico

Torino Ancona

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≈ Venezia

Stato Limite Ultimo

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Stato tensionale (von Mises) sotto controllo: ������ < ������ =15.9��/����2 Ai soli carichi verticali → Piastra

Stato Limite Ultimo

Ai soli carichi verticali → Piastra

Nessun problema significativo nei riguardi del punzonamento: armatura a taglio/punzonamento necessaria al più negli innesti delle colonne centrali

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Stato Limite Ultimo

Ai soli carichi verticali → Piastra

Il progetto della piastra va effettuato sulla base di un modello locale dell’impalcato con mesh raffittita

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Stato Limite Ultimo

Combinazione sismica → Setti

Stato tensionale da presso-flessione sotto controllo per entrambi gli input sismici:

=15.9��/����2

�� < ������

Stato Limite d’Esercizio

Ai soli carichi verticali → Piastra

Stato deformativo sotto controllo: spostamenti verticali più che contenuti

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(∆��,������≈1.1‰��)

Stato Limite d’Esercizio

Combinazione sismica → Setti

La verifica allo SLE è soddisfatta per entrambi gli input sismici: δ<0.5%ℎ

Torino Ancona

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Conclusioni

Generali

• Solai a piastra: pregi architettonici, di cantiere e strutturali, ma anche difetti da tenere in debito conto • Solai a piastra ampiamente diffusi in Europa e nel mondo: tipologia strutturale spesso non ottimizzata

Sistema sismo-resistente efficiente solo con adeguata controventatura e presidio dell’incastro piastra-setti

Particolare attenzione al punzonamento

Letteratura su edifici con solai a piastra decisamente non esaustiva

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•
•
•

Conclusioni

Fabbricato di nuova costruzione

• Primi modi di vibrare, dominanti, relativamente disaccoppiati

• Nessuna criticità per i carichi verticali

• Nessuna criticità per i carichi sismici (sia Torino, sia Ancona)

• Cavallotti per presidiare il punzonamento

• Limiti d’uso e nella documentazione del software CDM DOLMEN® (numero dei nodi, condensazione statica, piastre solo isotrope)

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Elementi di miglioramento

► Aumentare la duttilità dell’intera struttura; scongiurare piani soffici; inserimento di dissipatori a livello di piastra

► Migliorare il collegamento setti-piastra:

• Armatura di continuità e getto contemporaneo di setti e piastre (soluzione difficilmente digeribile per l’impresa)

• Possibile solidarizzazione del nodo piastra-setto tramite cavi scorrevoli post-tesi o barre filettate

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Corso di Laurea in Ingegneria Civile (LM)

EDIFICI CON SOLAI A PIASTRA IN C.A.:

PROGETTAZIONE DI UN FABBRICATO DI CIVILE ABITAZIONE A TORINO

Relatore:

Ing. Lando Mentrasti

Laureando: Giacomo Sorana

Correlatore:

Ing. Vittorio Neirotti

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A. A.

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