Il Principio Dei Ponti Strallati Applicato Alle Travi Degli Edifici

5/12/2018 Il Principio Dei Ponti Strallati Applicato Alle Travi Degli Edifici - slidepdf.com

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Nella sua innata vogliadi occupazione dellospazio, l ’uomo ha

sempre cercato di dare corpoalle sue idee concependosoluzioni, anche apparente-mente azzardate, che con-sentissero il raggiungimentodello scopo prefissato.

Questa voglia di conquista,ha prodotto alcune delleopere ingegneristiche piùaffascinanti ed ancora oggiperfettamente funzionanti,mai apparse sulla terra.In quest’ottica, gli esempiforse più eclatanti, sono rap-presentati dai grandi pontisospesi realizzati, a partiredalla metà del secolo scor-so, negli Stati Uniti e fraquesti, il ponte più famosoal mondo: i l Ponte diBrooklyn.

Realizzato a partire dal gen-naio 1870, la struttura pre-senta una luce libera tra ledue grosse torri in mattoni,di oltre 470 m.L’idea di base fu semplice-mente geniale: realizzare uncollegamento tra le duesponde dell’East River traBrooklyn e Manhattan, evi-tando di avere appoggi inter-medi che avrebbero inevita-bilmente dato impedimentoalla libera navigazione nel

fiume.Il progettista incaricato dellastesura del progetto e dellastima dei relativi costi, l’Inge-gnere John A. Roebling, pen-sò allora di realizzare unatrave in campata singola, chesuperasse la distanza previ-sta; vista l’impossibilità di

utilizzare una “normale” trave in semplice appoggio trale due sponde, consideratal’enorme distanza esistente,Roebling adottò uno schemache prevedeva l’impiego diuna “trave-impalcato” dimodesto spessore, realizzatamediante un traliccio di pro-filati in acciaio, sospesamediante un sistema di funifacenti capo alle due grossetorri d’estremità.L’idea, in sostanza, era quelladi impiegare un sistema ausi-liario (le funi) che consentis-se alla trave di superare ladistanza esistente tra le duesponde, pur mantenendo

uno spessore pressoché tra-

scurabile.Inaugurato nell’estate del1883, il Ponte di Brooklyn,rappresenta ancora oggi, unadelle più coinvolgenti intui-zioni ingegneristiche, reseconcrete dall’attività dell’uo-mo.LA STORIA SI RIPETE

L’idea di dotare le travi di un“congegno” ausiliario checonsenta loro di raggiungere

valori prestazionali interes-santi, ha fatto da guida allo

studio di un nuovo sistemastrutturale, da abbinare alletravi prefabbricate ad arma-tura lenta, per consentirnel’impiego oltre i normali limi-ti d’uso.Da sempre, si associano allestrutture prefabbricate con-cetti tipici, solitamente non

riscontrabili nelle realizzazio-

ni tradizionali “in opera ”. Velocità di costruzione, altaqualità “garantita” dei mate-riali impiegati, durabilità,accurati controlli in tutte lefasi realizzative dei manufat-ti, elevatissime performancestrutturali e buona economi-cità, non sono che alcunedelle caratteristiche che dasempre, contraddistinguonole strutture prefabbricate nelpanorama delle applicazioniingegneristiche.

La pre-costruzione in stabili-mento dei singoli manufattied il successivo assemblag-gio in sito, porta insita lanecessità di progettare e rea-lizzare sistemi di connessio-ne tra i singoli elementi(strutture di fondazione-pila-stri, pilastro-trave, elementi

di solaio-travi) il più possibi-

le semplici; di fatto il vincolodi semplice appoggio, siaesso strutturalmente schema-tizzabile come una cernierao come un carrello, risultaessere il vincolo più comu-nemente adottato.Queste peculiarità, se da unlato consentono di realizzareun organismo strutturaleestremamente semplice, conle travi (e spesso anche glielementi di solaio) in condi-zione isostatica, dall’altro

non permettono di sfruttarela principale caratteristicaposseduta dalle strutture tra-dizionali in opera e cioè lamutua connessione in regi-me di continuità.Prendendo spunto da questeconsiderazioni, nasce l’ideadel “Sistema Brooklyn”.

Quattro è meglio di dueIl principio dei ponti strallati applicato alle travi degli edifici

Ing. Claudio Pagani



CONCETTI DI BASE

Il concetto di base introdot-to dal Sistema Brooklyn, èquello di creare una connes-sione tra campate contiguedi travi prefabbricate, attra-

verso un sistema di tirantiinclinati intestati nel pilastrocomune alle due campate,in modo da simulare unacondizione statica di conti-

nuità (parziale o totale).Tali tiranti in acciaio, posatia secco entro alloggiamentipredisposti sia nel pilastroche nelle travi e successiva-mente parzialmente sigillati,realizzano una connessionein grado di sviluppare uncomportamento potenzial-mente duttile.

Al pari degli effetti prodotti

dagli stralli nei ponti, essigarantiscono un sostegnointermedio alle travi, (la cuiefficacia può essere gover-nata dal progettista entro ilimiti dettati dalle geometriestrutturali e dalle caratteri-stiche meccaniche del siste-ma), che consente di “ridi-stribuire“ le azioni interneall’elemento strutturale.In sostanza grazie all’azione

prodotta dai tiranti, la traveprefabbricata, posata ini-zialmente in condizione diappoggio sulle mensole delpilastro, “subisce” unamodifica del suo schemastatico che la porta ad assu-mere, in esercizio ed a rot-tura, una condizione assimi-labile a quella di una travesu quattro appoggi (duerigidi e due elastici).Il progettista, intervenendosia sulle caratteristiche mec-caniche dei tiranti, sia sullageometria del sistema (gliappoggi fissi d’estremitàsono un dato geometricodel problema mentre laposizione dei vincoli elasticirientra tra le scelte del pro-gettista), può combinare, di

volta in volta, le condizionial contorno, andando aricercare quelle che ottimiz-zano il comportamento del-l’elemento prefabbricato.L’aspetto che rende ancorapiù interessante il Sistema

Brooklyn, è che esso è com-pletamente “invisibile”: infase di montaggio, sonoindividuabili le predisposi-zioni nei pilastri e nelle tra-

vi ma dopo avere eseguito igetti di completamento deisolai, il sistema scomparelasciando all’osservatore, lasensazione di essere difronte ad una comune strut-tura prefabbricata.

CAMPI DI APPLICAZIONE

I l nodo real izzato con i lSistema Brooklyn, è impie-gabile in tutte le soluzionistruttural i nel le quali s iadottano travi prefabbricatead armatura lenta.In considerazione del fattoche i l s istema, scomparenegli spessori lasciati adisposizione per la struttu-ra, il suo impiego può esse-re previsto sia negli edificidi tipo residenziale (tipica-mente condomini con traviin spessore di solaio), siasoprattutto, negli edificiindustriali e di servizi comeautorimesse mono o pluri-piano, palazzine uffici ,hotels, supermercati, depo-siti, ecc., nei quali, in consi-derazioni del le esigenze

della Committenza in termi-ni di sovraccarichi utili e diluci, è consuetudine adotta-re travi a T rovescio o ad L,ribassate rispetto all’intra-dosso del solaio.Per queste ultime tipologiedi edifici infatti, l ’altezzanon trascurabile delle travi,consente di aumentare l’in-clinazione dei tiranti produ-cendo, a parità di tutte lealtre condizioni al contornoed in particolare mantenen-

do invisibile il sistema, unaamplificazione degli effettiindotti nelle travi.Il sistema, si propone di fat-to, come limite spartiacquetra i campi d’impiego delletravi in opera o prefabbrica-te ad armatura lenta, neiquali il ricorso alle travi pre-compresse risulterebbe noncompetitivo da un punto di

vista tecnico-economico equell i nei quali s i passaall’adozione di travi prefab-bricate precompresse.

PREGI DEL SISTEMA

Il Sistema Brooklyn, oltre agarantire i pregi tipicamenteriscontrabili nell’ambito del-le strutture prefabbricate ebrevemente elencati inapertura, introduce alcune

opportunità strutturali dinotevole interesse. A) Connessione

trave-pilastro

L’introduzione di un sistemadi tiranti in acciaio che, pas-sando attraverso i pilastri,

vengono ancorati nelle travi,garantisce un’azione di“cucitura” dell’insieme tra-

ve-pilastro, in grado di svi-luppare duttilità.Questa connessione, oltread assolvere a funzioni

GETTO INTEGRATIVO



strutturali meglio descrittenei punti seguenti, consen-te di introdurre un impor-tante strumento capace diaumentare la sicurezzastrut turale , soprat tut todurante la fase di montag-

gio degli elementi dove, acausa dell’elevato grado disvincolo presente nellastruttura, sono maggiori irischi di incidenti.E’ importante inoltre sotto-lineare come, la connessio-ne trave-pilastro avviene a“secco”: i tiranti vengonoinseriti entro alloggiamenti

predisposti nel getto deipilastr i e del le travi e laconnessione, meccanica, sisviluppa mediante il serrag-gio dei dadi del sistema difissaggio. Non sono necessa-rie né saldature, né getti inte-

grativi locali per sviluppareun collegamento efficace trai due elementi strutturali.Inoltre, le predisposizioninel pilastro non necessitandodi lavorazioni particolari(smussi, scassi, sporgenze,ecc.), consentono di realizza-re i getti entro casseri stan-dard e quindi garantiscono

una buona economicità pro-duttiva.

B) Continuità

Rappresenta sicuramente,l’aspetto di maggiore interes-se introdotto dal sistema per-ché consente di “inserire” esfruttare una continuità tra lecampate attigue di una trava-ta.Tale continuità, risulta avere

una efficacia, in termininumerici, che dipende dafattori legati in parte, allatipologia strutturale in esameed in parte alle scelte struttu-rali del progettista.

C) Riduzione degli

ingombri

L’introduzione di un fattoredi continuità, consente diridurre gli ingombri delle tra-

vi prefabbricate. In particola-re nei casi di edifici residen-ziali con travi da mantenere

nello spessore del solaio, ilSistema Brooklyn consente,a parità di condizioni al con-torno (luci delle travi e deisolai, sovraccarichi utili,ecc.), di ridurre gli spessoridelle travi riconducendo ilproblema, alla definizionedelle altezze strutturali degliimpalcati.

D) Piena libertà di scelta

L’effetto prodotto dal siste-ma, si sviluppa prescindendo

dalla tipologia dell’elementodi solaio adottato.Le travi dotate del sistemaBrooklyn, possono essereimpiegate sia in presenza disoluzioni tradizionali tipichedell ’edi l izia residenziale(solai in latero-cemento o alastre prefabbricate), sia consoluzioni più tipiche dell’edi-lizia prefabbricata (lastrealveolari, tegoli a doppio T,ad Omega, ecc.)

E) Riduzione dei

quantitativi d’armatura L’azione di “sospensione”esercitata dai tiranti del siste-ma, consente di ridurre iquantitativi di armatura lentadelle travi. Fissate le geome-trie strutturali, il SistemaBrooklyn, introducendo dueappoggi elastici lungo lo svi-luppo della trave, consentedi ridurre il valore delmomento positivo in campa-ta con conseguente riduzio-ne del rapporto meccanico

d’armatura.F) Incremento delle luci

libere delle travi

Spesso, soprattutto nell’edili-zia residenziale, le posizionidei pilastri e conseguente-mente le luci delle travi, sonodettate da ragioni architetto-

niche. La necessità di rag-giungere luci inusuali per lesoluzioni tradizionali con cal-

cestruzzo in opera, implical’esigenza di adottare spessoria volte rilevanti con conse-guenti ripercussioni sulla

volumetria “utile” del fabbri-cato. In questi casi, diventaindispensabile, per ricondur-re gli spessori strutturali ai

valori “tradizionali”, introdur-re appoggi intermedi con tut-to quanto ne deriva da unpunto di vista strutturale(aggiunta di plinti, pilastri,ecc.) ed architettonico.Il sostegno introdotto sullatrave prefabbricata dal Siste-ma Brooklyn, soprattutto conriferimento alle tipologie resi-denziali con travi in spessoredi solaio consente, a parità dicondizioni al contorno(sovraccarichi utili, luci deisolai e spessori strutturali), disuperare luci inusuali per

soluzioni in calcestruzzo tra-dizionali o prefabbricate adarmatura lenta.

G) Riduzione delle

deformazioni

La scelta degli spessori strut-turali è dettata, in primoluogo, dalla necessità di ave-re strutture con una rigidezzaadeguata, tale da non intro-durre effetti indesiderati nel-le opere di finitura. Solai etravi troppo sottili, a causadella loro ridotta rigidezzaflessionale, possono produr-re effetti negativi nei fabbri-

L A S T R E

S O L A I O P

R E F A B B R I C A T E



cati quali lesioni nei pavi-menti, fessurazione nei tam-ponamenti e nei tavolati,eccessive vibrazioni, ecc..I numeri indice noti a tutti glistrutturisti, che legano lospessore minimo degli ele-menti strutturali alla lucemassima da coprire, forni-scono dei parametri moltoutili per garantire alle travied ai solai una adeguata rigi-

dezza flessionale.Il Sistema Brooklyn, introdu-cendo due vincoli elasticiintermedi alla trave, di fatto,ai fini del comportamentoflessionale, ne riduce la lucelibera. In altre parole, aparità di tutte le condizioni alcontorno ed in particolare lo

spessore della trave, con ilSistema Brooklyn si possonoottenere deformazioni fles-sionali minori e quindi unamaggiore rigidezza rispetto aquanto riscontrabile in unaanaloga trave ad armaturalenta.La possibilità di assegnare aitiranti un pretiro iniziale, dasfruttare in prima fase quan-do i getti di completamento

si presentano in fase liquidaconsente, pur in presenza dispessori modesti, di otteneretravi autoportanti, azzerandol’impiego di opere provvisio-nali per il sostegno dellastruttura fino alla completamaturazione dei getti.

Agendo sull’entità del preti-ro, è possibile pertanto “con-trollare” la deformazionedella trave andando a ridur-re, anche in presenza di travisottili, il problema legato allaeccessiva deformabilità.

H) Incremento dei

carichi utili

Rappresenta la più direttaconseguenza delle prerogati-

ve introdotte dal SistemaBrooklyn e succintamentedescritte nei precedenti punti.L’effetto di “sospensione” alpilastro esercitato dai tirantisulla trave, garantisce unariduzione del momento sol-lecitante di progetto agente

in mezzaria.Pertanto, a parità di caratteri-stiche meccaniche dei mate-r i a l i , d i g e o m e t r i a d e lproblema ed in particolare,di sezione trasversale e diluce della trave, la presenzad e l S i s t e m a B r o o k l y n ,consente di incrementare ilcarico utile sopportabile dal-l ’elemento strutturale. IlSistema Brooklyn si presenta

pertanto, come un interes-sante sistema strutturale, ingrado di “aiutare” l’elementotrave, ad accrescere le pro-prie prestazioni statico-deformative.

Esso si propone quindi comeun valido sistema strutturaleche consente di impiegare letravi prefabbricate ad armatu-ra lenta oltre i limiti attual-mente ritenuti invalicabili.Nelle prossime pubblicazio-ni, verranno forniti gli aspettitecnici relativi al sistema, coni risultati delle analisi teori-che e delle sperimentazionicompiute su campioni in

scala reale.

Qui di seguito verranno

descritti:

- i componenti del

sistema;

- i primi risultati dei

raffronti fatti tra soluzioni tra-

dizionali, con travi semplice-

mente appoggiate sui pila-

stri, e soluzioni che prevedo-

no l’impiego di questa nuova

tecnologia;

- i risultati delle prime speri-

mentazioni condotte su

modelli in scala reale.

“scomparsa” del sistema e, al

tempo stesso, una ulteriore

sicurezza nei confronti di

eventuali manomissioni.

La completa scomparsa della

testata del tirante è ulteriore

indice di sicurezza della cor-

retta messa in opera del

sistema. Infatti, la lunghezza

del tirante è definita in modo

tale, che esso risulti sporgere

dado viene serrato a garanzia

della sicurezza nei confronti

dell’eventuale svitamento del

primo. L’allargamento con-

sente inoltre di occultare il

sistema di bloccaggio: dopo

la messa in tiro dei tiranti e la

messa in opera del sistema di

bloccaggio, l’alloggiamento

della testa del tirante viene

sigillato con malta a ritiro

compensato, garantendo la

dal pilastro qualora non ven-

ga completamente “avvitato”

nella boccola prevista nella

trave.

Questi tubi possono essere

abbinati al sistema (brevetto

internazionale B.S. Italia

S.r.l.), che prevede l’inseri-

mento nel pilastro anche del-

le predisposizioni per l’allog-

giamento di mensole metalli-

I COMPONENTI

DEL SISTEMA

Il Sistema Brooklyn si com-pone di tre parti.

1) PREDISPOSIZIONE NEI

PILASTRI

È un assieme metallico, com-

posto da una doppia coppia

di tubi in acciaio, previsti allo

scopo di predisporre un

doppio attraversamento del

pilastro tramite il quale ver-

ranno fatti passare i tiranti

(vedere successivo punto 3).

Ad un estremo dei tubi è pre-

visto un allargamento, che

riveste una doppia funzione.

In primo luogo, consente il

bloccaggio del tirante per

contrasto sul pilastro, dopo

averne eseguito il pretensio-

namento. Il bloccaggio

avviene mediante un sistema

costituito da due dadi e da

una rondella: il secondo



che a sostegno delle travi.

La predisposizione per la

mensola metallica è ottenutaa partire da un tubo di idoneo

spessore, al quale vengono

saldate due briglie metalliche

a garanzia dell’ancoraggio del

sistema all’interno del getto

del pilastro. Superiormente al

tubo sono previste due boc-

cole filettate: quella inferiore

assolve la funzione statica di

impedire, mediante l’impiego

di un bullone opportunamen-te dimensionato, la rotazione

della mensola all’interno del

suo alloggiamento e, contem-

poraneamente, di bloccarla al

pilastro. Quella superiore vie-

ne impiegata come elemento

di contrasto: il bullone in essa

previsto viene svitato dopo la

posa della trave fino ad anda-

re “in battuta” contro la testa-

ta della stessa. In questo

modo, vengono eliminati igiochi esistenti tra trave e

mensola ed il pretensiona-

mento dei tiranti viene trasfe-

rito integralmente alla trave.

Il vantaggio di questo sistema

è duplice: la produzione del

pilastro richiede un cassero

semplicissimo con sponde

filanti, senza dovervi ricavaregli scassi necessari alla costru-

zione delle mensole in calce-

struzzo, ed è quindi sinonimo

di rapidità ed economicità

produttiva. Essendo l’insieme

“tubi di infilaggio dei tiranti-

alloggiamento della mensola”mutuamente collegato e pre-

distanziato, il sistema, che

prevede una mensola in

acciaio a scomparsa, rispetto

alla tradizionale mensola in

calcestruzzo, garantisce inol-

tre una maggiore precisione

in fase di messa in opera

entro la gabbia d’armatura

del pilastro.

La predisposizione nel pila-

stro può essere semplice,

come nel caso dei pilastri di

testata, doppia, per i pilastri

intermedi alla pilastrata, tripla

o quadrupla, nel caso siano

previste travi anche perpendi-

colarmente all’intelaiatura

principale.

2) PREDISPOSIZIONE

NELLA TRAVE

La seconda componente del

Sistema, da predisporre nelle

travi, è composta da due

guaine metalliche corrugate

dotate, al piede, di una pia-

stra metallica forata a cui

risultano saldate le boccole di

bloccaggio dei tiranti.

Le guaine corrugate realizza-

no l’alloggiamento entro cui

infilare i tiranti dopo la posa

in opera della trave.

La loro inclinazione, confor-

me a quella dei tiranti, vienegarantita mediante staffe di

sostegno anche durante la

fase di getto e di vibratura.

A garanzia che al sistema

“tirante-guaina” non sia

lasciata la possibilità di scor-

rere nella trave, sono stati

previsti due meccanismi resi-

stenti aggiuntivi al bloccaggio

meccanico realizzato median-

te la boccola. In primo luogo,

la guaina, essendo corrugata,

trasferisce per aderenza al

calcestruzzo della trave le tra-

zioni indotte del tirante. Inol-

tre, attraverso la piastra a cui

sono fissate le guaine, vengo-

no fatti passare i ferri d’arma-

tura della trave in modo da

creare un ulteriore meccani-

smo d’ancoraggio del siste-

ma.

3) ELEMENTO DI

CONCATENAMENTO

TRAVE-PILASTRO

La terza componente del

Sistema Brooklyn è rappre-sentata dalla coppia di tiranti.

Di lunghezza variabile a

seconda delle esigenze pro-

gettuali, come detto, i tiranti

vengono inseriti nella struttu-

ra, infilandoli attraverso le

predisposizioni nel pilastro, e

bloccati alle predisposizioni

nella trave. Con la tesatura

del tirante si introduce un

effetto di parziale sostegno

della trave in due punti (la cui

localizzazione rientra tra le

scelte del progettista) che,

producendo la modifica dello

schema statico, genera una

riduzione dei valori delle

azioni interne in campata, ori-

ginate dai carichi agenti e,contemporaneamente, una

riduzione delle deformazioni

flessionali.

Nel transitorio iniziale caratte-

rizzato dalla presenza del get-

to integrativo non ancora col-

laborante, la trave si trova in

una situazione isostatica di

semplice appoggio tra i pila-

stri.

A partire da questa fase, la

trave subisce la modifica del

proprio schema statico pas-

sando da una situazione iso-

statica ad una configurazione

iperstatica.

Tramite il pretensionamento

dei tiranti eseguito prima del-

la posa dei solai, ai due punti

intermedi vengono assegnati

spostamenti impressi positivi,

i cui valori sono tarati di volta

in volta a seconda della

necessità del progetto, con-

sentendo in questo modo la

parziale correzione della frec-

cia elastica della trave.

I primi riscontri numericieffettuati, oltre ai risultati spe-

rimentali meglio descritti nel

prosieguo, permettono di

dire che le modifiche intro-

dotte dal Sistema nella trave

produce dei benefici, che

possono essere visti, a parità

di condizioni al contorno,

come:

a) aumento dell’interasse dei

pilastri;

b) riduzione degli ingombri

delle travi;c) aumento dei carichi utili.

È logica conseguenza, quindi,

la possibilità di sfruttare in

simultanea i vantaggi disponi-

bili, secondo un’attività com-

binatoria da calibrare in base



alle esigenze progettuali.

CONCLUSIONI

Il Sistema Brooklyn rappre-

senta certamente una nuova

soluzione tecnologica in gra-

do di fornire un tangibile

contributo alle strutture.

Dai primi risultati riscontrati,

sia a livello di schematizza-

zione teorica sia sperimental-

mente, appare evidente come

il campo d’applicazione del

Sistema vada preferenzial-mente a collocarsi in un

ambito, nel quale le soluzioni

tradizionali ad armatura lenta

richiedono un maggiore tri-

buto, esprimibile sia in termi-

ni di dimensioni (maggiori

altezze e quindi maggiori

ingombri), sia con incidenze

d’armatura molto più pesanti,

mentre le soluzioni prefabbri-

cate precompresse non risul-

tano ancora competitive da

un punto di vista tecnico-eco-nomico.

Sono attualmente in corso

approfondimenti teorico-spe-

rimentali, che si prefiggono

due obiettivi. In primo luogo,

realizzare una connessione

trave-pilastro a secco, estre-

mamente semplice che non

richiede né saldature in opera

né getti di completamento, in

grado però di fornire le pre-

stazioni statico-comporta-

mentali necessarie a trasfor-mare l’ossatura portante in un

telaio a nodi rigidi.

Contemporaneamente si

vuole rendere il nodo antisi-

smico, aprendo così nuovi

scenari nell’ambito delle

strutture prefabbricate in

zona sismica. I risultati degli

studi teorici verranno validati

attraverso prove statiche e

sismiche su modelli di strut-

ture in scala reale.

FASE 3: pretensionamento dei tiranti

e bloccaggio della testa

FASE 1: messa in opera della trave

prefabbricata

FASE 0

FASE 2: messa in opera dei tiranti FASE 4: sigillatura dell’alloggiamento

della testa dei tiranti

Il Gruppo Styl-Comp è lieto di potercondividere questa innovazione tecno-logica, previo accordo sul know-howrelativo, con tutti quei prefabbricatori oimprese edili interessate a produrre conquesto rivoluzionario sistema strutturale.

Per una trattazione esaustiva dell’argomento e delle prove dicarico effettuate sul sistema Brooklyn vedasi l’articolo pub-blicato in Elite, rivista internazionale di arte della prefabbri-cazione, n° 5/2002.Per informazioni: [email protected]

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