Incamiciatura in acciaio - Università degli Studi della Basilicata

Corso di
Riabilitazione Strutturale
POTENZA, a.a. 2011 – 2012
Edifici in c.a. esistenti
Metodi di adeguamento
tradizionali
Dott. Marco VONA
DiSGG, Università di
Basilicata
[email protected]
http://www.unibas.it/utenti/vona/
Incamiciatura in c.a.
Incamiciatura totale di Pilastri
Incamiciatura in c.a.
CAPACITÀ DELLA SEZIONE INCAMICIATA
I valori della capacità da adottare nelle verifiche sono quelli
calcolati con riferimento alla sezione incamiciata (adottando le
ipotesi semplificative prima indicate) ridotte secondo le
espressioni seguenti:
~
V R = 0 .9 V R
• resistenza a taglio
~
M y = 0 .9 M y
• resistenza a flessione
~
• deformabilità allo snervamento
θ y = 0 .9 θ y
•
deformabilità ultima
~
θu = θ u
Incamiciatura in c.a.
RESISTENZE DI CALCOLO DEI MATERIALI
I valori da impiegare per le resistenze dei materiali saranno:
a) per l’acciaio esistente, la resistenza ottenuta come media delle
prove eseguite in sito e da fonti aggiuntive di informazione,
divisa per il fattore di confidenza appropriato in relazione al
~
V
Livello di Conoscenza raggiunto e, solo nel calcolo di R ,
divisa anche per il coefficiente parziale
b) per i materiali aggiunti, calcestruzzo ed acciaio, la resistenza
di calcolo
Incamiciatura in c.a.
RESISTENZE DI CALCOLO DEI MATERIALI
I valori da impiegare per le resistenze dei materiali nel calcolo
~
del valore di M y da usare per la valutazione del taglio agente
su elementi/meccanismi fragili saranno:
a) per l’acciaio esistente, la RESISTENZA MEDIA ottenuta
dalle prove eseguite in sito e da fonti aggiuntive di
informazione, moltiplicata per il fattore di confidenza
appropriato in relazione al Livello di Conoscenza raggiunto
b) per i materiali aggiunti, calcestruzzo ed acciaio, il valore
CARATTERISTICO DELLA RESISTENZA
Incamiciatura in acciaio
OBIETTIVI
Può essere applicata principalmente a pilastri o pareti per
conseguire tutti o alcuni dei seguenti obiettivi:
•
aumento della resistenza a taglio;
•
aumento della capacità deformativa;
•
miglioramento
dell’efficienza
sovrapposizione;
•
aumento della capacità portante verticale (confinamento)
delle
giunzioni
per
Incamiciatura in acciaio
AUMENTO DELLA RESISTENZA A TAGLIO
Il contributo della camicia alla resistenza a taglio può essere
considerato aggiuntivo alla resistenza preesistente purché la
camicia rimanga interamente in campo elastico
Tale condizione è necessaria affinché essa limiti l’ampiezza delle
fessure e assicuri l’integrità del conglomerato, consentendo il
funzionamento del meccanismo resistente dell’elemento
preesistente
Incamiciatura in acciaio
AUMENTO DELLA RESISTENZA A TAGLIO
Se la tensione nella camicia è limitata al 50% del valore di
snervamento l’espressione della resistenza a taglio aggiuntiva
offerta dalla camicia vale:
V j = 0.5 f yw
dove:
2t j b
s
d
tj, b, s sono rispettivamente spessore, larghezza e interasse delle
bande (b/s = 1 nel caso di camicie continue)
d è l’altezza della sezione
fyw è la resistenza di calcolo a snervamento dell’acciaio
si assume la inclinazione delle lesioni per taglio pari a 45°
Incamiciatura in acciaio
AZIONE DEL CONFINAMENTO
Tensione di compressione
L’effetto di confinamento di una camicia in
acciaio si valuta come per le staffe, con
riferimento alla percentuale geometrica di
armatura presente in ciascuna delle
direzioni trasversali.
CLS Confinato
f ’cc
CLS Non Confinato
f ’c
Ec
Esec
εc0 2εc0
εsp εcc
εcu
Deformazione
Incamiciatura in acciaio
CONFINAMENTO
Incremento resistenza
0,86

 0,5α nα s ρ s f y  
 
f cc = f c 1 + 3,7
fc


 
Resistenza del
calcestruzzo confinato fcc
− fc è la resistenza del calcestruzzo non confinato
− fy è la resistenza a snervamento degli elementi di armatura
trasversale
− ρs è il rapporto volumetrico di armatura trasversale, con:
ρs = 2 (b+h) ts / (b h) nel caso di camicie continue (ts =
spessore della camicia, b e h = dimensioni della sezione)
ρs = 2 As (b+h) / (b h s) nel caso di bande discontinue (As =
area trasversale della banda, s = passo delle bande),
− αn ed αs sono, rispettivamente, i fattori di efficienza del
confinamento nella sezione e lungo l’elemento
Incamiciatura in acciaio
CONFINAMENTO
fattori di efficienza
(
b − 2 R )2 + (h − 2 R )2
αn = 1 −
3bh
s'
s'
α s = (1 − )(1 − )
2b
2h
− R è il raggio di arrotondamento (eventuale)
degli spigoli della sezione (in presenza di
angolari R può essere assunto pari al minore tra
la lunghezza del lato degli angolari e 5 volte lo
spessore degli stessi)
− b, h sono le dimensioni della sezione
− s’ = (s - hs), con è hs altezza delle bande
discontinue (se la camicia è continua si assume
s’ = 0)
Azione di confinamento
0 ,86


0
,
5
α
α
ρ
f


f cc
n s
s y
 
= 1 + 3,7
fc 
fc

 

Sezione quadrata 300x300
Sezione rettangolare 300x600
1,5
fy = 300MPa
s’=100 – 350 mm
1,4
1,3
fcc/fc
1,2
1,1
1,0
0
50
100
150
200
s'
250
300
350
400
Azione di confinamento
0 ,86


0
,
5
α
α
ρ
f


f cc
n s
s y
 
= 1 + 3,7
fc 
fc

 

Sezione quadrata 300x300
Sezione rettangolare 300x600
1,5
fy =250 – 500 Mpa
s’ =1,4150 mm
1,3
fcc/fc
1,2
1,1
1,0
200
250
300
350
400
fy
450
500
550
Azione di confinamento
0 ,86


0
,
5
α
α
ρ
f


f cc
n s
s y
 
= 1 + 3,7
fc 
fc

 

Sezione quadrata 300x300
Sezione rettangolare 300x600
R è assunto pari al minore tra la lunghezza del lato degli angolari e 5 volte lo
1,5
spessore degli stessi (t)
1,4
1,3
fcc/fc
1,2
R = 20 – 60 mm
1,1
1,0
15
25
35
45
R
55
65
s’ = 150 mm
fy = 300 MPa
t = 5 mm
Incamiciatura in acciaio
CONFINAMENTO
ε cu = 0,004 + 0,5
incremento deformazione ultima
0.5α nα s ρ s f y
f cc
Deformazione ultima
calcestruzzo confinato εcu
−
fcc è la resistenza del calcestruzzo confinato
−
fy è la resistenza a snervamento degli elementi di armatura
trasversale
−
ρs è il rapporto volumetrico di armatura trasversale, con:
ρs = 2 (b+h) ts / (b h) nel caso di camicie continue (ts = spessore della
camicia, b e h = dimensioni della sezione)
ρs = 2 As (b+h) / (b h s) nel caso di bande discontinue (As = area
trasversale della banda, s = passo delle bande),
−
αn ed αs sono, rispettivamente, i fattori di efficienza del
confinamento nella sezione e lungo l’elemento
Incamiciatura in acciaio
MIGLIORAMENTO DELLE GIUNZIONI
Le camicie in acciaio possono fornire un’efficace azione di
serraggio nelle zone di giunzione per aderenza. Per ottenere
questo risultato occorre che:
•
•
•
la camicia si prolunghi per una lunghezza pari almeno al 50%
della lunghezza della zona di sovrapposizione;
nella zona di sovrapposizione la camicia è mantenuta aderente
in pressione contro le facce dell’elemento mediante almeno
due file di bulloni ad alta resistenza;
nel caso in cui la sovrapposizione sia alla base del pilastro, le
file di bulloni devono venire disposte una alla sommità della
zona di sovrapposizione, l’altra ad un terzo dell’altezza di tale
zona misurata a partire dalla base.
Incamiciatura in acciaio
Angolari e calastrelli (SJ)
Angolari e nastri (CAM)
Incamiciatura in acciaio
Rinforzo con il sistema CAM
Il rinforzo CAM viene realizzato usando 4
angolari in acciaio con spigoli arrotondati e
nastri in acciaio inox ad alta resistenza
I nastri vengono posti in
opera intorno ai 4
angolari utilizzando una
apposita macchina in
grado di fornire una pretrazione misurabile ai
nastri in modo da
produrre un lieve stato di
precompressione
90 160 90 160
250
250
250
250
250
250
250
2550
250
250
Rinforzo con angolari e
profili d’acciaio
90 160 90 160 90 160 90 160 90 160 90 160 90 160 90 120 90
Trave 30x50
210
Aumento della resistenza
dei PILASTRI
40
Incamiciatura in acciaio
Calastrelli da saldare agli angolari
H = 90 mm
Spessore t = 8 mm
Superficie omogeneizzata con malta
a ritiro compensato
Angolari in acciaio posti in opera su
superficie trattata con malta a ritiro
compensato
562
Trave 30x50
Incamiciatura in acciaio
Aumento della resistenza
dei PILASTRI
Angolari e calastrelli in acciaio
o nastri in acciaio inox
Solaio
Rinforzo con angolari e
profili d’acciaio o nastri
in acciaio inox
Angolari e calastrelli in acciaio
o nastri in acciaio inox
Incamiciatura in acciaio
Aumento della resistenza
dei PILASTRI
Angolari e calastrelli in acciaio
o nastri in acciaio inox
Solaio
Rinforzo con angolari e
profili d’acciaio o nastri
in acciaio inox
Angolari e calastrelli in acciaio
o nastri in acciaio inox
Incamiciatura in acciaio
Dettagli del collegamento al passaggio tra gli impalcati
La posizione dei bulloni e dei
relativi fori nella direzione
longitudinale del profilo deve
essere decisa in opera dal
D.L. dopo aver valutato
eventualmente
anche
mediante pacometro/radar la
posizione delle armature
longitudinali
delle
travi
sottostanti
Angolari
Angolari
Angolari
Angolari
Barre filettate opportunamente
dimensionate
opzione 1
Angolari saldati e bullonati
opzione 2
Incamiciatura in acciaio
Dettagli del collegamento al passaggio tra gli impalcati
sezione trasversale
trave in c.a.
camicia con calastrelli
e angolari in acciaio
camicia con calastrelli
e angolari in acciaio
resina epossidica
barra filettata
fondazione in c.a.
pilastro esistente
Incamiciatura in acciaio
300
262
Aumento della resistenza dei PILASTRI
Rinforzo con angolari e profili d’acciaio
8
600
8
562
Riempimento con malta a ritiro compensato
Incamiciatura in acciaio
TRAVI: tecnica del Beton Plaquè
Taglio
Flessione
Taglio e flessione
Flessione
Incamiciatura in acciaio
TRAVI: Placcaggio con piatti d’acciaio
3050
300
200
100
200
100
300
100
200
300
100
200
241
100 100
Superficie omogeneizzata con
malta a ritiro compensato
300
Angolari in acciaio incollati
con resina epossidica
Piastre da incollare con
resina epossidica
H = 100 mm
Spessore t = 6 mm
100 100
Incamiciatura in acciaio
TRAVI: Placcaggio con piatti d’acciaio
Sezione in corrispondenza
dell'unione bullonata
Vista dal basso
Pilastro
Unione bullonata
Classe bullone 5.6
diametro d= 16mm
27
6
500
241
300
6
Angolare incollato con
resina epossidica
spessore t= 6mm
Larghezza ali L= 60mm
262
Riempimento con malta a
ritiro compensato
Superficie omogeneizzata con
malta a ritiro compensato
27
Incamiciatura in acciaio
NODI: incamiciatura totale
Incamiciatura in acciaio
NODI: incamiciatura totale
Incamiciatura in acciaio
NODI: incamiciatura totale
Incamiciatura in acciaio
NODI: incamiciatura totale
Incamiciatura in acciaio
NODI: incamiciatura totale
Interventi di riparazione
Iniezioni delle lesioni
Interventi di riparazione
Ripristino del copriferro e trattamento delle armature
Interventi di riparazione
PILASTRI: Riparazione senza aumento di sezione
Interventi di riparazione
TRAVI: Riparazione senza aumento di sezione
Interventi di riparazione
Iniezioni delle lesioni
Interventi di rinforzo TELAI
Rinforzo mediante incamiciatura della tamponatura
Interventi di rinforzo TELAI
Rinforzo con profilati d’acciaio
Interventi di rinforzo locale
SOLAI: Rinforzo mediante soletta collaborante
Nuova soletta di spessore 4cm in cls
strutturale alleggerito con nuova rete
elettrosaldata Ø6/15
CONNETTORI
CALCESTRUZZO ALLEGGERITO NUOVO
CALCESTRUZZO ESISTENTE. RIMOZIONE DELLE PARTI
DANNEGGIATE E/O DEGRADATE
Interventi di rinforzo locale
SOLAI: Rinforzo mediante piatti di acciaio o fibre
Strisce di ACCIAIO o FRP (30x1,2mm)
CALCESTRUZZO ALLEGGERITO NUOVO
CALCESTRUZZO ESISTENTE. RIMOZIONE DELLE PARTI
DANNEGGIATE E/O DEGRADATE
CONFRONTO TECNICHE DI RINFORZO COLONNE IN C.A.
Presso il Laboratorio di Strutture dell’Università di Basilicata
sono state sperimentate alcune tecniche per il rinforzo di colonne
in c.a., tipiche di edifici non antisismici degli anni ’50 – ‘60
Tecnica
Caratteristiche
Incamiciatura in acciaio Facilità e rapidità di applicazione
Costi limitati
Confinamento Passivo (Attivo)
Incamiciatura CAM
Fasciatura FRP
Facilità e rapidità di applicazione
Totale reversibilità
Confinamento Attivo
Relativa facilità di applicazione
Resistenza alla corrosione
Costi elevati
Confinamento Passivo
Caratteristiche della sperimentazione
Caratteristiche dei provini Non Armati
CLS di scarsa qualità fcm < 15 N/mm2
rappresentativo delle tipiche condizioni
di edifici esistenti italiani degli anni
‘50-’60
Caratteristiche dei provini Armati
CLS di scarsa qualità fcm < 15 N/mm2
4 barre f =12 mm (fyk = 320 N/mm2)
Armatura trasversale (staffe φ 6/120
mm)
Incamiciatura in acciaio (Campione SJ)
− Il rinforzo SJ è stato realizzato con
piatti in acciaio (50x5 mm) saldati
a 4 angolari ad L lunghi 750 mm
− È stato usato un acciaio dolce
tipicamente impiegato in Italia
(tensione di snervamento uguale a
330 N/mm2)
− In accordo con la pratica
costruttiva tipica, i piatti non sono
stati pre-riscaldati (confinamento
passivo)
Fasciatura FRP (Campione FRP)
− Il rinforzo FRP è stato realizzato
utilizzando 1 foglio con fibre di
carbonio (CFRP) eseguendo una
sovrapposizione pari a 100 mm sia
lungo l’altezza che lungo il perimetro
della colonna
− Prima di incollare i fogli gli angoli
delle colonne sono stati accuratamente
arrotondati
Incamiciatura in acciaio (Campione CAM)
− Il rinforzo CAM è stato realizzato
usando 4 angolari in acciaio con
spigoli arrotondati e nastri in acciaio
inox ad alta resistenza (spessore 0.9
mm, larghezza 19 mm, interasse 40
mm)
− I nastri vengono posti in opera
intorno ai 4 angolari utilizzando una
apposita macchina in grado di fornire
una pre-trazione misurabile ai nastri
in modo da produrre un lieve stato di
precompressione
Risultati dei test: Provini Non Rinforzati (NS)
1400
COL R-NS
1200
kN
1000
800
600
400
200
0
0
5
10
15
20
25
mm
30
35
40
45
50
55
I test hanno mostrato che la rottura si
è sempre localizzata nella parte alta
delle colonne. Probabilmente tale
meccanismo è causato delle modalità
di getto del cls (in casseforme
verticali)
Risultati dei test: Provini Rinforzati (SJ)
1400
COL R-SJ
1200
kN
1000
800
600
400
200
0
0
5
10
15
20
25
mm
30
35
40
45
50
55
Le colonne rinforzate con
incamiciatura in acciaio (SJ)
hanno mostrato un significativo
incremento della resistenza e della
capacità duttile
Risultati dei test: Provini Rinforzati (FRP)
1400
COL R-FRP
1200
kN
1000
800
600
400
200
0
0
5
10
15
20
25
mm
30
35
40
45
50
55
Le colonne rinforzate con FRP
hanno
mostrato
un
buon
incremento della resistenza ed un
limitato incremento della capacità
duttili
Risultati dei test: Provini Rinforzati (CAM)
1400
COL R-CAM
1200
kN
1000
800
600
400
200
0
0
5
10
15
20
25
mm
30
35
40
45
50
55
Le colonne rinforzate con CAM
hanno mostrato una limitata perdita
della loro capacità resistente anche
con spostamenti molto elevati (fino
a 40-50 mm)
Colonne armate: Curve inviluppo dei test ciclici
25
COL Rei nforced
Stress (N /mm 2)
20
SJ
R-NS
15
R-FRP
CAM
R-CAM
10
FRP
R-SJ
5
NS
Le
colonne
rinforzate con FRP
mostrano limitati
incrementi della
resistenza e della
duttilità
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
Strain
Le colonne rinforzate con SJ
e
CAM
mostrano
significativi incrementi della
resistenza e della duttilità
Valore
Pmax
Pmax
SPmax
SPmax
Medio
[kN]
Pmax,NS
[mm]
SPmax,NS
R_NS
802.6
1
3.86
1
R_FRP
1073.9
1.34
7.26
1.88
R_CAM
1327.6
1.65
7.86
2.04
R_SJ
1314.0
1.64
9.05
2.34
Confronto tra sperimentazione e norme (SJ)
Caratteristiche dei campioni
Sezione rettangolare 200x300
s’ = 150 mm
s = 200 mm
fy = 330 MPa
fc = 12,5 MPa
fcc,sper = 17,9 MPa
fcc,norm = 17,1 MPa
Confronto tra sperimentazione e norme (CAM)
Caratteristiche dei campioni
Sezione rettangolare 200x300
s’ = 21 mm
s = 400 mm
fy = 780 MPa
fc = 12,5 MPa
fcc,sper = 19,1 MPa
fcc,norm = 20 MPa
EDIFICI ESISTENTI: adeguamento Giunti
Stato di fatto
Criteri generali di intervento
•
Ridurre il più possibile gli effetti indesiderati (locali e globali)
di irregolarità strutturale che danno luogo a consistenti
incrementi delle sollecitazioni
•
Adeguare il giunto di dilatazione termica esistente e
trasformarlo in un giunto efficace ai fini delle azioni sismiche
•
Adeguare gli elementi strutturali alle richieste imposte dalla
presenza di azioni sismiche orizzontali mediante:
− Inserimento di nuovi elementi in c.a.
− Rinforzo di alcuni elementi mediante FRP
− Rinforzo di alcuni elementi con incamiciatura in c.a.
Criteri generali di intervento
Regolarizzazione in pianta mediante la realizzazione di opportuni
tagli strutturali
Criteri generali di intervento
Ipotesi A
Solidarizzazione dei giunti strutturali esistenti
Giunti di dilatazione termica esistenti
Criteri generali di intervento
Ipotesi A
Solaio
Giunto esistente
Criteri generali di intervento
Ipotesi A
Giunto esistente richiuso
mediante clacestruzzo ad
elavata fluidità previa
preparazione, ripulitura
delle superifici ed
applicazione aggrappante
per riprese di getto
Angolari e calastrelli
in acciaio o nastri in
acciaio inox
Solaio
Angolari e calastrelli
in acciaio o nastri in
acciaio inox
Angolari e calastrelli in
acciaio con
Criteri generali di intervento
Ipotesi A
Calcestruzzo colato per la
richiusura del giunto esistente
Sezione in corrispondenza
dell'unione bullonata
Sezione in corrispondenza
dell'unione bullonata
Perforazione armata
φ 16 / 33cm
Angolare incollato con
resina epossidica
Riempimento con malta a
ritiro compensato
Criteri generali di intervento
Ipotesi B
Realizzazione di nuovi giunti strutturali sismici
Realizzazione di nuovi giunti
Criteri generali di intervento
Ipotesi B
70
Giunto esistente
20
Nuovo
Giunto
57
FASE 1.Demolizione pilastro e messa a nudo delle
armature delle travi
Criteri generali di intervento
Ipotesi B
70
70
Nuovo Giunto
3
Le armature esistenti delle travi
dovranno essere rimesse a nudo e
collegate all'interno del nuovo pilastro.
Dovranno essere eseguite anche
perforzioni armate necessarie a
collegare il vecchio cls delle travi con il
nuovo pilastro
FASE 2. Preparazione delle armature delle travi
il bordo della trave esistente sarà
inserito per almeno 3 cm allinterno del
nuovo pilastro avendo cura di ripulire la
superficie della sezione della trave e
eseguire un trattatamento con idoneo
aggrappante
FASE 3. Messa in opera nuove carpenterie metalliche ed
esecuzione getto di calcestruzzo
Criteri generali di intervento
Ipotesi C
Adeguamento dei giunti di dilatazione termica esistenti
mediante l’inserimento di dispositivi STU (Shock
Transmission Unit)
Criteri generali di intervento
Progetto finale
− Adeguamento dei giunti di dilatazione termica esistenti
mediante l’inserimento di dispositivi STU (Shock
Transmission Unit)
− Rinforzo globale
− Rinforzo locale
Criteri generali di intervento
Esecuzione dell’intervento: Demolizioni strutturali
Demolizioni necessarie a facilitare l’inserimento di nuovi elementi in c.a.
Demolizioni
Isolamento alla base
STRUTTURA TRADIZIONALE
ISOLAMENTO ALLA BASE
Isolamento alla base
Esempio di inserimento di isolatori in un edificio esistente
Controventi dissipativi
Struttura con
Controventi
dissipativi
Struttura senza
Controventi
dissipativi
Controventi dissipativi
Adeguamento sismico della Scuola Elementare D. Viola
Potenza