/Trombetti by SI Service Milano

Le strutture ad armatura diffusa con sistemi SAAD Prof. ing. Tomaso Trombetti

Organizzazione della presentazione

– I sistemi ad armatura diffusa: le pareti portanti in conglomerato cementizio armato – Le pareti portanti: i vantaggi strutturali – La risposta sismica delle pareti in cca – La situazione normativa

Le strutture a pareti portanti • La “separazione” fra elemento “portante” ed elemento di “chiusura” • Per circa 2000 anni nelle costruzioni non vi è stata separazione fra elementi di “chiusura” ed elementi portanti

Arena, Nimes (Francia)

Lancia Lambda, 1922

Rocca, Lugo di Romagna

S. Apollinare in Classe, Ravenna

La “rivoluzione” industriale e l’”ecòle Polychnique”

• Verso la metà del 1800 nuovi materiali (ghisa acciaio) si affacciano sul mercato • Sempre negli stessi anni nuove conoscenze (“scienza delle costruzioni”) consentono la così detta “progettazione strutturale” • Nascono, così nuove costruzioni.

Paddington Station, Islamabad Brunel,1854

Gustave Eifell, Viadotto Gabarith 1884, Torre a Parigi, 1889,

Primi edifici a telaio (in acciaio)

Masonic Temple (Burnham & Root, 1892) Unity Building (Clinton Warren, 1892)

Wainwright Building Chicago, L. Sullivan,1891

Monadnok Building, J. Root, 1892

Primi anni del 1900 Conglomerato Cemetizio Armato: Hennebique (Francia), Wayss (Germania)

•

“stupore” per la capacità di tali sistemi di resistere alle azioni orizzontali (limitate) senza bisogno di controventamenti

• Silos per carbone, miniere di Aniche, Francois Hennebique

Robert Maillart

â&#x20AC;˘ Solaio in cca, Zurigo, 1906

Robert Maillart

â&#x20AC;˘ Fabbricato industriale a Riga, 1914 (Provodnik)

SOM

â&#x20AC;˘ Lever House New York, SOM

MIES VAN DER ROHE

• Seagram Building, New York

TAMPONAMENTI IN LATERIZIO

Alcuni concetti progettuali di base â&#x20AC;˘ Le strutture a setti, il comportamento sotto i carichi orizzontali

200 500

100 500

200

L’azione sui pilastri

• L’azione orizzontale si ripartisce in parti eguali fra i due pilastri: F 2F

500

• Il momento flettente alla base di ciascun pilastro può essere stimato pari a F x H /2 • L’armatura di ogni pilastro deve essere in grado di portare uno sforzo pari a F  H (cm) S pilastro 

2  0,9  30cm

L’azione sui setti

• L’azione orizzontale si ripartisce in parti eguali 2F 2F fra i due setti: F

200 500

100

200

500

• Il momento flettente alla base di ciascun pilastro può essere stimato pari a F x H • L’armatura di ogni pilastro deve essere in grado F  H (cm) di portare uno sforzo pari a S  setto

0,9  200cm

2009: L’AQUILA

Il sisma • Onde “P” – Longitudinali

• Onde “S” – Trasversali • Onde di Rayleigh – Verticali

• Onde di Love – Orizzontali

Casa “baraccata”, ideata prendendo spunto dall’analoga normativa di Lisbona per le case “a gajola”, proposte dopo il disastroso terremoto del 1755.

L. Payer, 1909

C. A. Calcatrezza, 1909

L. Lanza, 1909

I sistemi sismo-resistenti • Strutture portanti nei confronti dei carichi verticali (già presenti per i carichi dovuti alla gravità, piuttosto “massicce”) • Strutture portanti nei confronti dei carichi orizzontali (presenti solamente con riferimento alle azioni date dal vento, piuttosto “leggere”)

Le strutture resistenti all’azione del sisma • Particolare attenzione è quindi dedicata ai sistemi resistenti alle azioni orizzontali, necessariamente caratterizzati da capacità: – Resistenti – Dissipative

Resistenza, dissipazione e duttilità • La dissipazione, ottenuta attraverso un comportamento duttile è in grado di “sopperire” a minori capacità resistenti

ASSUNZIONE DEL PRINCIPIO DELL’EGUAL SPOSTAMENTO

Questo risultato (tanto più valido quanto più elevato è il periodo dell’oscillatore semplice) è stato ottenuto con simulazioni numeriche e prove sperimentali su oscillatori semplici già dagli anni ’60 (Veletsos & Newmark).

CONSEGUENZE DELL’ASSUNZIONE DEL PRINCIPIO DELL’EGUAL SPOSTAMENTO

Fmax

 max 



y

 max Fmax  y Fy

Fmax  Fy  q Fmax Fy  q a patto che la struttura sia duttile a sufficienza Un’analisi non lineare elastoplastica (difficile e complicata) può essere evitata  analisi lineare con le forze ridotte a patto che la struttura possa deformarsi33 plasticamente (possa danneggiarsi)

I sistemi resistenti alle azioni orizzontali • La ingegneria sismica è scienza relativamente recente – I primi convegni mondiali sono degli anni ’50 – Un “vero” sviluppo si ha solamente dopo il terremoto di San Fernando del 1971 – In Italia la problematica è sentita sin dal terremoto di Messina del 1908, riprende vigore dopo gli eventi del Friuli 1977 e Irpinia 1980, in tempi recentissimi gli eventi di San Giuliano di Puglia 2002 e L’Aquila. • Lo studio di sistemi resistenti alle azioni orizzontali si sviluppa con i primi edifici alti sin dalla fine del 1800.

Metà anni ‘60 • Fazlur Khan – Skindmore Owings and Merrill

Fazlur Khan

Sears Tower, Chicago

TORRE AQBAR

Torre Agbar (Jean Nouvel, 2001-05 )

TORRE AQBAR

Edifici con nucleo interno portante

TORRE AQBAR

Edifici con nucleo esterno portante

TORRE AQBAR

TORRE AQBAR p = qref ce cp cd qref = vref / 1,6 qref = (27 m/s)2 / 1,6 = 455,6 N/m2

riferito alla zona 3

ce(z) = k2r ct ln (z/z0) [7 + ct ln (z/z0)]

per z > zmin

kr, z0, zmin

dati della IV categoria

ce(z) = (0,22)2× 1× ln (142 m/0,30 m) × [7 + 1× ln (142 m/0,30 m)] = 3,9

p = qref ce cp cd = 455,6 N/m2× 3,9× 0,7× 1 = 1243,8 N/m2 = 124 Kg/m2

TORRE AQBAR La R risultante dell’azione del vento sulla torre, di 40 m di diametro e di 142 m di altezza, è data dall’espressione:

14 m

=124 Kg/m2 × 40 m × 142 m = =704320 Kg = 704 t

15 m 40 m

Il momento che nasce è dato dall’espressione: M = R H/2 = 704 t × 142 m/ 2 = 49984 tm

39 m

R=pDH=

TORRE AQBAR CILINDRO ESTERNO Il momento di inerzia di una sezione circolare cava è dato dalla formula: W = p[(R)4 – (r)4] / 4 R = =p[(20 m)4 – (19,5 m)4] / 4 × 20 m = 605 m3 Le tensioni smax dovute all’azione del vento sono:

s(vento)max = M / W = = 49984 tm / 605 m3 = 82,6 t/m2 = 8,26 Kg/cm2

TORRE AQBAR CILINDRO INTERNO

Ora ripetiamo i suddetti calcoli prendendo come riferimento il tubo interno di diametro 15 m e di uguale altezza. Il momento di inerzia di una sezione circolare cava è dato dalla formula: W = p[(R)4 – (r)4] / 4 R = =p[(7,5 m)4 – (7 m)4] / 4 × 7,5m = 80 m3 Le tensioni smax dovute all’azione del vento sono: s(vento)max = M / W = =49984 tm / 80 m3 = 625 t/m2 = 62,5 Kg/cm2

Strutture a setti portanti (comportamento â&#x20AC;&#x153;cellulareâ&#x20AC;?)

Struttura a setti portanti provata sulla tavola vibrante della UniversitĂ di San Diego (sisma con picco di accelerazione pari a 0.9 g).

Armatura verticale 0,65 % area trasversale

Le strutture a setti, il comportamento sotto i carichi orizzontali

500

200

100 500

400

100 500

400

100 500

200

I sistemi resistenti alle azioni orizzontali

walls (r.c. walls, masonry)

skeleton structure (momentresisting frame)

combined use of frames and walls (core)

bracing systems

pictures taken from “Hart, Henn, Sontag, “Stahlbauatlas”, Finsider Ed., 1982”

Prestazioni offerte da strutture scatolari / cellulari EDIFICIO REALIZZATO CON PARETI PORTANTI • Si è adottata l’armatura minima prevista da normativa; • Strutture di questo tipo, se ben collegate, riescono a sviluppare un comportamento scatolare che fornisce una grande rigidezza all’intero edificio; • Tale comportamento permette alla costruzione di rimanere in campo elastico-lineare anche in zone in cui si possono registrare dei terremoti di notevole intensità

Tod's Omotesando Building, Tokyo Toyo Ito 2004 • • • • • • •

Struttura a esoscheletro Pianta ad L H = 28 metri Area di piano 400 m2 Superficie totale 2250 m2 270 aperture formano finestrature Vetrata priva di interruzioni , che avvolge la superficie esterna .

Valutazione effetti del sisma • Calcolo dell’accelerazione della struttura :

a  ag  2,5  0,3  2,5  0,75g distribuzione lineare delle accelerazioni . • Calcolo forze orizzontali che nascono sull’edificio in seguito all’accelerazione da sisma

h hG Queste forze vengono trasferite dai solai sull’ ossatura esterna ; FI  WI  a 

• Valutazione taglio e momento ai diversi livelli:

LIVELLI TAGLIO MOMENTI

t 

t  m

334

2004

588

3768

802

6174

976

9102

1109

20192

Verifiche di resistenza pareti forate HP) Rck = 350kg/cm2  amm  60 

Rck  150 350  150 kg   110 2 4 4 cm

SEZIONE E :  Verifica a taglio :  Verifiche a presso-flessione:  Area Armatura :



T kg kg  4 2  6,66 2 A cm cm

260,82 104 As   745,2cm 2  3 500



N M kg kg   8  16  24 2  110 2 A WX cm cm

 

N M kg kg   6  16  8 2  110 2 A WX cm cm

54,88 10 4 As   160cm 2  3 500

SEZIONE B :  Verifica a taglio :



T kg kg  3 2  3,30 2 A cm cm

   4  5  9 2  110 2  Verifiche a A WX cm cm presso-flessione: N M kg kg



  4  5  1 2  110 2 A WX cm cm

LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE •

La progettazione di strutture a setti portanti (come quelle che possono essere realizzate con il sistema plastbau) si sviluppa in modo del tutto analogo a quella con cui vengono progettate le strutture a telaio, sintetizzata nelle seguenti fasi: 1. 2. 3. 4. 5.

modellazione fisico/matematica della struttura individuazione dei carichi risoluzione della struttura, individuazione della ”domanda” strutturale individuazione della “capacità” della struttura verifiche di sicurezza

NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI • Le Nuove Norme Tecniche per le costruzioni (2008) prevedono: – strutture a pareti in conglomerato cementizio armato (punto 7.4.3); – strutture a pareti estese debolmente armate (punti 4.1.11 e 7.4.3).

• Indicativamente, i requisiti geometrici (punto 7.4.6), sono soddisfatti da: – Spessore non inferiore al maggiore fra: • 150 mm; • 1/20 altezza interpiano.

– Armature verticali ed orizzontali di diametro non superiore ad 1/10 dello spessore della parete, • disposte su entrambe le facce, • con passo non superiore a 30 cm

– 9 barre di collegamento (“legature”) tra le facce a metro quadrato,

EUROCODICI •

Gli Eurocodici prevedono diverse tipologie di strutture da realizzarsi con setti portanti in cca gettati in opera. Stante le caratteristiche dei setti che si possono realizzare con il sistema a cassero Plastbau, risulta conveniente fare riferimento a due distinte tipologie di setti:

1. 2.

“Reinforced Concrete Walls”, RCW. “Large Lightly Reinforced Concrete Walls”, LLRCW.

“Reinforced Concrete Walls”, RCW • setto “standard”: nella dizione dell’Eurocodice “Reinforced Concrete Walls”, RCW. • Tali setti si caratterizzano (oltre che per il soddisfacimento di tutta una serie di requisiti geometrici sia sul posizionamento delle armature che dei setti stessi) sostanzialmente per la presenza di una armatura longitudinale superiore allo 0,2% dell’area trasversale. • Indicativamente, i requisiti geometrici indicati dalla normativa sono soddisfatti da: – barre verticali di diametro 8 mm posizionate ogni 20 cm (su entrambe le facce), – barre orizzontali diametro 8 mm posizionate ogni 40 cm (su entrambe le facce), – barre di collegamento trasversale posizionate alle estremità. • Classe minima calcestruzzo Rck 250.

“Large Lightly Reinforced Concrete Walls”, LLRCW. • Setto “meno armato”: nella dizione dell’Eurocodice “Large Lightly Reinforced Concrete Walls”, LLRCW. • Tali setti si caratterizzano (oltre che per il soddisfacimento di tutta una serie di requisiti geometrici sia sul posizionamento delle armature che dei setti stessi) sostanzialmente per la presenza di una armatura longitudinale inferiore allo 0,2% dell’area trasversale. • Indicativamente, i requisiti geometrici indicati dalla normativa sono soddisfatti da: – barre verticali diametro 6 mm posizionate ogni 20 cm (su entrambe le facce), – barre orizzontali diametro 8 mm posizionate ogni 40 cm (su entrambe le facce), – barre di collegamento trasversale posizionate alle estremità.

• Classe minima calcestruzzo Rck 250.

Le strutture a setti portanti e la flessibilitĂ architettonica

â&#x20AC;˘ Torre KNS, Architetto Weil Arets, Amsterdam

Quartiere “Sporenburg”, Amsterdam

Quartieri “Jawa” e “KNSM” Amsterdam

Quartiere “Herren 5-95” Amsterdam

Biblioteca universitaria campus di Utrecht (Olanda), architetto Weil Arets

Hilversum (Olanda), abitazioni VHP

Torre Agbar, Barcellona, Jean Nouvel

Biblioteca della Tama Art University, Tokyo, Toyo Ito, 2007.

LA TECNOLOGIA A SETTI NELL’ARCHITETTURA CONTEMPORANEA

TADAO ANDO

Complesso residenziale Rokko I – Kobe, Giappone (1978-83)

Casa Nakayama – Nara, Giappone (1983-85)

LA TECNOLOGIA A SETTI NELL’ARCHITETTURA CONTEMPORANEA

REM KOOHLASS

Biblioteca di Francia – Progetto (1989)

LA TECNOLOGIA A SETTI NELL’ARCHITETTURA CONTEMPORANEA

DAVID CHIPPERFIELD

Toyota Auto – Kyoto, Giappone (1989-90)

LA TECNOLOGIA A SETTI NELL’ARCHITETTURA CONTEMPORANEA

TADAO ANDO

Tadao Ando – Casa Koscino – Ashiya, Giappone (1979)

Tadao Ando – Chiesa della luce – Osaka, Giappone (1989)

Grazie per l’attenzione…….

Objectives & organization of the presentation

• Provide some “basic” information regarding the towers

• presenting the rationale, the characteristics and the capabilities of the monitoring system installed

• to divulgate selected preliminary results obtained from the first months of monitoring

Tomaso Trombetti tomaso.trombetti@unibo.it DICAM - Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e dei Materiali Contatti www.dicam.unibo.it