Progetto di Strutture
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2013
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cci
Progetto di StruttureFacoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria CivileA/A 2012-2013
Calcolo dei pilastri in Cemento Armato allo SLU
Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A 2012-2013 – Docente Ing. Fabrizio Paolacci
Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDefinizione del Problema
N
ec
Si consideri una sezione rettangolare in c.a. con doppia armatura soggetta a pressione applicata al centro di pressione c con eccentricità e. Ragioni di equivalenza statica permettono di considerare la sollecitazione come composta da una forza applicata al baricentro della sezione e un momento flettente pari a M=Ne.Si vuole effettuare la verifica di resistenza allo stato limite ultimo, valutando quindi lo sforzo Normale e il Momento ultimo che la sezione è capace di esplicare nel rispetto delle condizioni di equilibrio e di congruenza della sezione.
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Introduzione
Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A 2012-2013 – Docente Ing. Fabrizio Paolacci
Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDefinizione del Problema
Naturalmente esistono infinite coppie N,M che rispettano tali condizioni. Resta dunque individuata una regione detta dominio di resistenza al di fuori del quale il limite ultimo della sezione viene superato.
La verifica consiste dunque nel verificare che
Mu(Nd) Md
controllando che Nd non superi il valore massimo esplicabile dalla sezione.In quanto segue si farà riferimento alle NTC08
Esempio di dominio di Resistenza
Mu
Nd
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Introduzione
Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A 2012-2013 – Docente Ing. Fabrizio Paolacci
Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaIpotesi di lavoro (generali)
1. Le sezioni si conservano piane (legge lineare delle deformazioni)
2. Il calcestruzzo teso non è reagente
3. Non vi è scorrimento relativo tra acciaio e cls (perfetta aderenza)
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Pressoflessione retta
Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A 2012-2013 – Docente Ing. Fabrizio Paolacci
Legge costitutiva del Cls (tensione-deformazione)
Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaIpotesi di lavoro (allo stato limite ultimo)
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Pressoflessione retta
Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A 2012-2013 – Docente Ing. Fabrizio Paolacci
Legge costitutiva dell’acciaio
Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaIpotesi di lavoro (allo stato limite ultimo)
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Pressoflessione retta
Facoltà di Ingegneria - Corso di Ingegneria Civile – Progetto di Strutture A/A 2012-2013 – Docente Ing. Fabrizio Paolacci
Leggi costitutive del Cls e dell’AcciaioNTC08
Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaIpotesi di lavoro (Stato limite ultimo)
fyd/Es10%°
151.f
f ykyd
Legge costitutiva dell’acciaio
Legge costitutiva del CLS
2%° 3.5%°
51850850
.f.f. ck
cd
Tratto parabolico
La norma permette di tener conto per l’acciaio di un incrudimento k con deformazione massima al 1%
k
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Pressoflessione retta
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Leggi costitutive del Cls e dell’AcciaioNTC08
Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaIpotesi di lavoro (Stato limite ultimo)
La legge costitutiva del cls può esseresostituita dallo stressblock (diagramma rettangolare equivalente alla parabola rettangolo) con altezza pari a 0.8 volte l’altezza dell’asse neutro rispetto al lembo superiore della sezione
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaIpotesi di lavoro (Stato limite ultimo)
CLASSI DI RESISTENZA DEL CALCESTRUZZO
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaCampi di rottura
(0,0’) piccola eccentricità (Compressione)(1) sez. fortemente armata(2) Sez. normalmente armata(3) Sez. debolmente armata(4) Piccola eccentricità (Trazione)
(4)(3)
(2)
su sy
cu
c1
3/7 h
h
b
(1)(0)
Campi di Rottura
d’
(0’)
s
ydsy
c
su
cu
Ef
000
1
00000
0
2105.3As’
As
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura
Il campo di rottura associato ad una determinata sezione dipende oltre che dalla quantità di armatura (come succede nella flessione semplice) anche dall’entità dello sforzo normale N. All’aumentare di N si passa da sezioni duttili a sezioni fragili fino a schiacciamento per compressione uniforme, che per sezioni simmetriche corrisponde al caso di pressione centrata.Come per il caso di flessione è utile poter determinare a priori il campo di rottura associato ad una determinata armatura e sforzo normale. A tale scopo è sufficiente determinare il valore di N che corrisponde alle linee di separazione tra i diversi campi di rottura. Sarà poi sufficiente confrontare il valore di calcolo Nd con i vari N prima calcolati per individuare in quale intervallo ci si colloca.
IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU
Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura Piccola eccentricità : compressione centrata
Nel caso di compressione centrata l’equilibrio alla traslazione della sezione conduce alla seguente equazione:
ydsscdmax f)'AA(bhf8.0N
C
C’
C’’Il coefficiente 0.8 nella componente associata al csl dipende dal fatto che la normativa impone nel caso di compressione centrata che il coefficiente c venga aumentato del 25%.
)'()1(8.0bdfNn ss
cd
maxmax
dd '
fcd
Dovrà ovviamente risultare che nd<nmax altrimenti l’equilibrio alla traslazione risulterà impossibile
C C’+C’’
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Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura
C
C’
C’’
Piccola eccentricità : sezione interamente compressa
Nel passaggio tra campo 0 e campo 1 la sezione risulta ancora interamente compressa con l’asse neutro passante per il lembo inferiore della sezione.
ydssscd fAAbhfN '8.00
La deformazione dell’acciaio inferiore è immediatamente ricavabile da semplici considerazioni geometriche
1cus
'1
)1(8.00 susn
In termini adimensionalizzati si ha:
cu fcd
a.n.
sy
cuu
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Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura
C’
Grande eccentricità : retta di separazione campo 0 e campo 1
Nel passaggio tra campo 0 e campo 1 la sezione risulta parzializzata con l’asse neutro che taglia la sezione in corrispondenza dell’armatura tesa.
ydscd fAbdfN '8.0'0
'8.0'0 sn
In termini adimensionalizzati si ottiene la semplice espressione:
cu
Ca.n.
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura
C
C’
Grande eccentricità : retta di separazione campo 1 e campo 2
Nel passaggio tra campo 1 e campo 2 la sezione risulta parzializzata con l’asse neutro che taglia la sezione ad una distanza yc dal lembo superiore. L’acciaio inferiore risulta essere teso e snervato.
ydsydscdc1 fAf'Afby8.0N
dysycu
cuc
L’asse neutro yc si trova con semplici proporzioni geometriche
cu
yc
y
T
'8.0n sssycu
cu1
a.n.
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Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura
CC’
Grande eccentricità : retta di separazione campo 2 e campo 3
Nel passaggio tra campo 2 e campo 3 la sezione risulta essere in condizioni di rottura bilanciata, ossia sia il cls che l’acciaio hanno raggiunto la loro tensione massima. Inoltre l’acciaio inferiore è naturalmente snervato.
ydsssscdc2 fA)'('Afby8.0N
dKddysucu
cuc 259.0
cu
yc
su
T'
f'
207.0n syd
ss2
L’acciaio compresso risulta in genere snervato per travi con h>30 cm
)857.31(0035.0'
cus KK
a.n.
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura Grande eccentricità : Esempio di rottura in campo 2
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura
T’
Grande eccentricità : retta di separazione campo 3 e campo 4
Nel passaggio tra campo 3 e campo 4 la sezione risulta essere completamente tesa. La resistenza è affidata alle sole armature.
ydssss fAAN )'('3
sl T
ssln '3
L’acciaio superiore risulta in genere non snervato per travi con h>20 cmslsls d
'd'
a.n.
sy
sll
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del campo di rottura
e0
e2
N0N1
e1
N2Nmax
Noti gli sforzi normali corrispondenti alle linee di separazione tra i diversi campi di rottura, questi ultimi possono essere facilmente individuati e visualizzati sul diagramma di interazione M-N
Campo 0
Campo 1Campo 2
M/N > h/30>20 mm(EC2)
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento Ultimo
Per la determinazione del Momento Ultimo della sezione considerata occorre seguire in sequenza i seguenti due passi:
1. Determinazione della posizione dell’asse neutro
2. Determinazione del valore del Momento Ultimo
Nelle prossime slide si fornisce una espressione del MomentoUltimo in relazione al campo di rottura precedentemente determinato
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoPiccola eccentricità : compressione eccentrica (n0 < n < nmax)
)(' sssydsud AfACNN
Determinazione asse neutro
La posizione dell’asse neutro yc si determina a partire dall’equazione di equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta generalmente non snervato per cui:
C
C’
C’’
2%°
fcd
a.n.
c
yc
0)(0
yy
hycd
c
c
dybfbyC
2)3'7(21
641K
fbhC cd 01 yy
yc
c
y0=3/7 h
K’=yc/h
d c1
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoPiccola eccentricità : compressione eccentrica (n0 < n < nmax)
Determinazione asse neutro
s
ss
s
ydscddss EA
f'Abhf8.0N)(
C
C’
C’’
2%°
fcd
a.n.
c
yc
1')7/3()/(
'1
1
Khd
Ksc
sc
1'
81.01'
cd
cd
fbdCK
fbdCK
Il valore max di C è limitato dalla massima resistenza a compressione ammessa per il cls
cdfbdC 8.0max
y0=3/7 h
c1
)(' sssydsud AfACNN
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoPiccola eccentricità : compressione eccentrica (n0 < n < nmax)
Determinazione Momento Ultimo
L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione
C
C’
C’’
2%°
fcd
a.n.
c
yc
0)(
22)('
2' 0
0
yy
hyccdsssyds
c
c
ydyby
yfbydhAdhfAM
22
3'7147160
KfbhM cdc
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Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoGrande eccentricità : Collasso nel campo 1 (n1 < n < n0)
C
C’
T
fcd
a.n.
cuDeterminazione Asse neutro
yc
s< sy
La posizione dell’asse neutro yc si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta per definizione non snervato. L’equilibrio alla traslazione si scrive come segue:
)(Af'Afby81.0NN sssydscdcud
dy
KK
KEy
dyE c
cusc
ccusss
;1)(
Sostituendo la precedente nella equazione di equilibrio alla traslazione si ha:
0)'(81.0 2 usduss nKK
Equazione algebrica di 2° grado
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoGrande eccentricità : Collasso nel campo 1 (n1 < n < n0)
C
C’
T
fcd
a.n.
cuDeterminazione Momento Ultimo
yc
s< sy
'd
2h)(A'd
2hf'Ay416.0
2hfby81.0M sssydsccdcu
L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione.
KK
cus1
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoGrande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n2 < n < n1)
CC’
T
fcd
a.n.
cuDeterminazione Asse neutro
yc
s> sy
La posizione dell’asse neutro yc si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta certamente snervato e quindi nell’ipotesi che anche l’acciaio compresso sia snervato l’equilibrio alla traslazione si scrive :
ydsydscdcud fAfAfbyNN '81.081.0
'ssdnK
HP: acciaio compresso snervato
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoGrande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n2 < n < n1)
CC’
T
fcd
a.n.
cuDeterminazione Asse neutro
yc
s> sy
2%°
Nel caso l’ipotesi di armatura compressa snervata non sia verificata occorre esprimere l’equazione alla traslazione in funzione di K ottenendo l’equazione di secondo grado con incognita la stessa K
0')'(81.0 2 usussdnKKEquazione per la determinazione dell’asseNeutro nel caso che l’armatura compressanon risulti snervata
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Pressoflessione retta
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoGrande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n2 < n < n1)
CC’
T
fcd
a.n.
cu
yc
s> sy
Determinazione Momento Ultimo
'd
2hfA'd
2h)'('Ay416.0
2hfby81.0M ydssssccdcu
L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione.
KK
cus1
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento UltimoGrande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n3 < n < n2)
CC’
T
fcd
a.n.
c<cuDeterminazione Asse neutro
yc
s= sl
Equazione per la determinazione dell’asseNeutro nel caso che l’armatura compressarisulti snervata
La posizione dell’asse neutro yc si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta certamente snervato e quindi nell’ipotesi che anche l’acciaio compresso sia snervato l’equilibrio alla traslazione si scrive :
81.0'ssdn
K
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento Ultimo
Determinazione Asse neutroNel caso l’ipotesi di armatura compressa snervata non sia verificata occorre esprimere l’equazione alla traslazione in funzione di K ottenendo l’equazione di secondo grano con incognita la stessa K
0n')'8.0n(KK8.0 dslslssd2
CC’
T
fcd
a.n.
c<cu
yc
s= su
Equazione per la determinazione dell’asseNeutro nel caso che l’armatura compressarisulti non snervata
Grande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n3 < n < n2)
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Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione RettaDeterminazione del Momento Ultimo
Determinazione Momento Ultimo
'd
2hfA'd
2h)'('Ay416.0
2hfby81.0M ydssssccdcu
L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione.
CC’
T
fcd
a.n.
c<cu
yc
s= su
Grande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n3 < n < n2)
K1K' sus
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Pressoflessione retta