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RELAZIONE DI FINE TIROCINIO

CARATTERIZZAZIONE NUMERICO-SPERIMENTALE DEL

COMPORTAMENTO CICLICO DEL NODO IMPALCATO-PILA, TIPO ”DOMI-2”, DI PONTI

COMPOSTI ACCIAIOCALCESTRUZZO

Tutor: Tirocinante:

Fabrizio Paolacci Alessandro Cecati

Facoltà di Ingegneria

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile

Anno Accademico 2014/2015

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1. Introduzione

Il tirocinio è stato svolto presso il “PRiSMa-Laboratorio Prove e Ricerca su Strutture e Materiali”

dell’Università degli Studi di Roma Tre, nel periodo che va dal 26/11/2015 al 18/12/2015.

L’obiettivo di tale attività è stato il montaggio della strumentazione necessaria per l’esecuzione dei

test relativi al progetto di ricerca Europea SEQBRI “Performance-based earthquake engineering

analysis of short-medium span steel-concrete composite bridges”, e successivamente lo studio

numerico-sperimentale del comportamento dei provini sottoposti al test.

In particolare durante la mia attività è stato eseguito solo il primo test, di spinta monotona, degli

otto totali, che avranno lo scopo di determinare in maniera sperimentale il comportamento sismico

di una nuova tipologia di nodi impalcato-pila per ponti in acciaio-calcestruzzo.

2. Caratteristiche del Provino

Come già detto l’attività fa parte del progetto di ricerca SEQBRI che ha lo scopo di investigare e

descrivere nuove tipologie di nodi impalcato-pila per ponti in acciaio-calcestruzzo (SCC).

I nodi che verranno studiati saranno composti da una CCB (Concrete CrossBeam), ovvero una trave

trasversale in calcestruzzo, nella quale convergono le travi longitudinali in acciaio e la soletta in

calcestruzzo.

Figura 1: Tipologia di nodo Impalcato-Pila

3

I test verranno eseguiti su tre diverse tipologie di nodi, che differiscono tra loro per le diverse

caratteristiche di connessione tra trave in acciaio e CCB:

-DIN-FB104 Var.C;

-DOMI-1

-DOMI-2

Il settimo test, che è quello da me seguito durante il tirocinio, è stato eseguito sulla

tipologia di nodo DOMI-2.

Tale tipologia di nodo prevede l’anima della trave HEB600/S460 inserita di 360 mm all’interno

della CCB e 2x6D25 pioli (shear-studs) Nelson posti perpendicolarmente alla superficie dell’anima

in modo da garantire la connessione a taglio tra la trave d’acciaio e la CCB. La flangia superiore

finisce prima della CCB ed è saldata ad una sottile piastra di testa 15x280x415mmm che è usata

come una protezione per la connessione dalla penetrazione dell’umidità. La flangia inferiore invece

è saldata ad una piastra spessa 70 mm, larga 460 mm ed alta 280 mm con una parziale penetrazione

nella CCB. In tale piastra vengono inserite 4 barre di precompressione che fungono da tirante, per

evitare il distacco delle flange inferiori di entrambe le travi dalla CCB, in caso momento positivo

sul nodo.

Figura 2: Particolare nodo “DOMI-2”

4

Per entrambi i calcestruzzi della soletta e della Cross-Beam è stato utilizzato il calcestruzzo C35/45

e sono state utilizzate barre di armatura in acciaio B450C. La trave a doppio T è una IPE 330 ed è

stato utilizzato un acciaio ad alta resistenza S460, mentre per i pioli Nelson l’acciaio S235-

J2G3+C450. Infine le barre di precompressione sono di tipo Dywidag 835/1030 e sono utilizzati

bulloni 4M30/10.9.

Figura 3: Dettaglio CCB tipo "DOMI-1"

3. Definizione della prova Le prova viene realizzata su una porzione di ponte, composta dal nodo centrale e da

un'unica trave longitudinale, in scala 1:2.

Figura 4: Modello 3D del nodo

5

L’obiettivo è quello di applicare al provino sia le sollecitazioni verticali, dovute al peso proprio ed

ai carichi verticali, che le sollecitazioni orizzontali, dovute ad un azione sismica con direzione

longitudinale al ponte.

E’ stata realizzata una particolare e articolata attrezzatura in grado di trasferire tali azioni

all’elemento considerato.

Figura 5: Vista frontale del setup di prova

La forza orizzontale è applicata direttamente dall’attuatore (o martinetto elettromeccanico). La forza

verticale è trasmessa attraverso due martinetti allineati al di sotto della pila, posizionati a 0.5 m tra

di loro, in modo da ottenere una diffusione uniforme delle forze di compressione nel calcestruzzo.

La forza orizzontale è applicata direttamente dall’attuatore il quale è ancorato al muro di contrasto.

Due travi verticali, imbullonate alla trave rettangolare nelle estremità del provino, provvederanno

alla trasmissione delle forze assiali, dello sforzo di taglio e del momento flettente sul lato sinistro e

destro del provino.

A causa delle fasi costruttive con le quali il ponte viene realizzato, l’impalcato cambia il suo

schema statico per le differenti condizioni di carico verticale. Dopo che la trave in acciaio viene

posata in opera sulla pila e gli appoggi, solo il peso proprio agirà su di essa e lo schema è quello di

trave semplicemente appoggiata.

6

Grafico 1: Scema statico di trave semplicemente appoggiata

Una volta effettuato il getto di calcestruzzo ed avvenuta la sua maturazione, lo schema statico

cambia e diventa quello di trave continua. Il momento flettente dovuto ai sovraccarichi permanenti

e variabili è mostrato in figura:

Grafico 2: Schema statico di trave continua

7

Conseguentemente il momento flettente finale è illustrato di seguito:

Grafico 3: Inviluppo dei momenti flettenti

E’ da notare come il punto di momento nullo si sia spostato verso la pila, dalla fase b a quella c. La

parte di trave con momento negativo può essere facilmente riprodotto, accettando però una

approssimazione lineare del momento, che può essere generato spingendo in alto il provino con i

due martinetti posti sotto la pila e mantenendo fissate le due estremità. L’azione sismica agente al

livello dell’impalcato come forza di inerzia, produce una lineare distribuzione del momento di

inerzia:

Grafico 4: Momento dovuto all’azione sismica

8

Questa è stata ottenuta usando lo spettro di progetto di tipo 1 fornito dall’EC8, con suolo in

condizioni B, PGA = 0.25 g e fattore di struttura q = 1.

Osservando attentamente la struttura del provino è possibile identificare un modello statico a T:

Figura 6: Modello statico del provino

Questo ovviamente rappresenta un parte dell’intero ponte, e comprende la connessione di tipo

monolitico fino al punto di momento nullo, sia sulle travi longitudinali che sulla pila. Per riprodurre

correttamente il comportamento statico dell’elemento, entrambe le condizioni di carico verticali e

orizzontali devono essere applicate. Gli effetti delle forze verticali, applicate alla base della pila,

sono una distribuzione lineare del momento sulla trave longitudinale, mentre non è presente

momento sulla pila.

Grafico 5: Carico Verticale

Anche se ci si aspetta una distruzione non lineare del momento flettente, un’approssimazione

lineare è considerata accettabile. Le forze orizzontali agenti sull’impalcato producono anche esse la

seguente distribuzione lineare di momento:

9

Grafico 6: Carico orizzontale

Conseguentemente la distribuzione totale del momento e delle forze di taglio sul provino è la

seguente:

Grafico 7: Momento e taglio del carico totale

E’ da notare come il taglio delle travi d’impalcato a 2.5 m produce ai due estremi del provino la

presenza dei momenti ML e MR.

Questo schema strutturale permetterà di identificare il giusto fattore di scala compatibile con la

capacità del laboratorio. Il fattore di scala scelto per il test è 1:2, quindi tutte le dimensioni degli

elementi verranno moltiplicate per questo valore, mentre la masse e le altre grandezze verranno

modificate come mostrato in tabella:

10

In definitiva la lunghezza delle due campate adiacenti al nodo è di 1.5 m, per un totale di 3.0 m,

mentre la larghezza efficace della trave composta è di 1.325 m.

Per quanto riguarda la CCB questa ha una larghezza di 1.325 m, una lunghezza di 0.45 m ed

un’altezza di 0.705 m. Infine la pila presenta un altezza di 1.42 m, una larghezza di 1.325 m ed una

lunghezza di 0.3 m.

Figura 7: Provino "DOMI-2"

4. Montaggio

Le fasi di montaggio sono state molteplici, e data la complessità e le dimensioni della prova hanno

richiesto svariati giorni di lavoro. Per prima cosa è stato posizionato l’attuatore elettromeccanico

orizzontale sul muro di contrasto:

Figura 8: Martinetto elettro-meccanico

11

Successivamente si è proceduto con l’installazione dei blocchi a terra, fissati con opportuni perni

filettati, e poi con il posizionamento delle varie cerniere che permetteranno le rotazioni dei tiranti

verticali e della base d’appoggio della pila:

Figura 9: Allestimento setup alla base

A questo punto è stato possibile posizionare il provino e bloccarne la base su una piastra realizzata

appositamente per replicare il vincolo di tipo cerniera (ovvero permette rotazioni ma non traslazioni

alla base della pila).

Per realizzare il vincolo di tipo cerniera quasi perfetto, sono stati eseguiti 4 fori sulla pila attraverso

una carotatrice avente un diametro esterno di 28 mm, e un diametro interno di 26 mm.

Successivamente sono state quindi inserite 4 barre Φ22 per garantire una buona rotazione della pila.

Figura 10: Esecuzione dei fori sulla pila e collegamento scarpa

12

Con esso vengono posizionati anche i martinetti di spinta verticale, che avranno lo scopo di dare un

precarico al provino, e le celle di carico:

Figura 11: Posizionamento martinetti e celle di carico

Infine si è proceduto con l’assemblaggio delle piastre forate con le mensole verticali, e poi con il

loro posizionamento sul provino. A questo punto sono state inserite le bielle orizzontali ed è stato

collegato il martinetto. Il risultato finale è stato il seguente:

Figura 12: Provino collegato al setup di prova

13

Prima di poter procedere con il test però è stato necessario predisporre la strumentazione elettronica

necessaria per l’acquisizione dei dati.

5. Disposizione sensori

A causa dell’ingente quantità di informazioni utili, è stato necessario predisporre un elevato numero

di sensori, distribuiti sul provino.

I sensori utilizzati sono:

- Strain Gauges: è uno strumento di misura utilizzato per rilevare piccole deformazioni

dimensionali di un corpo sottoposto a sollecitazioni meccaniche o termiche. Conoscendo a

priori le caratteristiche meccanico/fisiche del materiale, misurando le deformazioni si

possono facilmente ricavare le tensioni a cui il corpo e soggetto. Gli SG consistono in un

sostegno flessibile ed isolato che supporta un foglio metallico. Il misuratore è attaccato

all’oggetto attraverso un appropriato adesivo. Quando l’oggetto si deforma, la lamina

metallica si deforma, causando una variazione della resistenza elettrica.

Figura 13: Strain gauges

Gli SG quindi sono stati posti nei punti in cui interessava la storia tensionale del provino, ma anche

dell’intero sistema metallico di prova. In particolare questi sono stati posizionati:

14

- Potenziometri a Filo: sono trasduttori di posizioni potenziometrici a filo, che convertono

spostamenti lineari in variazioni di resistenza. Sono costituiti da un potenziometro rotativo

di precisione azionato mediante l'avvolgimento o lo svolgimento di un filo in acciaio inox.

Una volta agganciata l’estremità del filo ad un oggetto in movimento, permettono di

determinare con precisione millimetrica i suoi spostamenti.

Figura 14: Potenziometri a filo

Tali potenziometri sono stati utilizzati sia come controllo in spostamento orizzontale e verticale per

i martinetti, che come misuratori di spostamento in varie posizioni del provino:

- Potenziometri lineare: il funzionamento di questi strumenti ed il loro scopo è identico ai

potenziometri a filo, con l’unica differenza che al posto del filo è presente un braccetto

rigido. In funzione dello spostamento di quest’ultimo, il sensore è in grado di misurare gli

spostamenti.

15

Figura 15: Potenziometri lineari

Questi sensori sono stati utilizzati per le misurazioni degli scorrimenti tra soletta e trave d’acciaio e

per la misurazione dell’apertura delle fessure del calcestruzzo della soletta superiore ed inferiore.

Viene riportata in seguito una tabella riassuntiva:

- LVDT: trasduttori di movimento induttivo, sono dei dispositivi elettromagnetici usati per la

misura di piccoli spostamenti. Tali dispositivi vengono utilizzati per la misurazione della

rotazione relativa delle piastre di testa delle travi d’acciaio rispetto la cross-beam.

Figura 16: LVDT

16

Gli LVDT posti in prossimità dell’ala superiore misurano il distacco superiore della piastra dalla

CCB in caso di momento negativo sul nodo, mentre quelli posti inferiormente misurano il distacco

inferiore in caso di momento positivo

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6. Prova ciclica

La prova ciclica è stata effettuata il giorno 26/11/2015 nel laboratorio dell’Università di Roma Tre.

Tale prova è stata eseguita sul provino con tipologia di connessione DOMI-2.

Storia in spostamenti ciclica (Procedura ECCS)

La procedura ECCS (European Convention for Constructional Steelwork) è composta da due o tre

step in relazione alle caratteristiche dei provini; in particolare si hanno due step in caso di materiale

con comportamento simmetrico (compressione e trazione) e tre step per gli altri tipi di materiale.

Nel caso dei due step, il primo consiste in una prova monotona, con la quale si ottiene la curva di

resistenza Forza-Spostamento per il calcolo dello Yelding Point, ed il secondo consiste in una prova

ciclica per investigare il comportamento e la resistenza del provino.

Quindi, definito il parametro ey , è possibile determinare la storia ciclica del test, e l’ampiezza di

ogni ciclo si modifica nel tempo come mostrato nella seguente tabella:

Tabella.1: Metodo ECCS - Numero ed ampiezza dei cicli

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Noto ey si ottiene lo storia in spostamenti da utilizzare nel test con spinta ciclica:

Grafico1: Storia in spostamenti (Metodo ECCS)

Descrizione della prova

La prova ciclica, così come quella monotona, è costituita da due fasi distinte, che sono

l’applicazione del carico verticale, e successivamente l’applicazione del carico ciclico orizzontale.

Il carico verticale viene assegnato attraverso due martinetti idraulici posti alla base della pila, che le

conferiscono una forza di 220 kN dal basso verso l’alto. In questo modo, viene simulata la

condizione di momento negativo sul nodo, per effetto dei carichi verticali. Il carico orizzontale

invece, viene imposto attraverso il martinetto elettromeccanico, a cui viene assegnata la storia in

spostamenti ciclica vista nel grafico 1.1 (la prova è in controllo di spostamenti). Vista la natura

ciclica della prova, ci si aspettava una rottura simmetrica del provino, la quale è invece avvenuta

con un decentramento delle fessure presenti sulla CCB sul la destro del provino stesso.

Di seguito vengono riportate le immagini della CCB fessurata nella fase finale della prova:

Figura 1: CCB Front e CCB Back

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

Displacement(m

m)

Time(s)

DisplacementHistory(ECCSMetod)

19

La buona riuscita della prova e anche delle seguenti, è dovuta alle ultime modifiche apportate al

collegamento alla base scarpa-pila, con il quale si è ottenuto un vincolo di tipo cerniera quasi

perfetto. Sostanzialmente sono stati eseguiti 4 fori sulla pila attraverso una carotatrice avente un

diametro esterno di 28 mm, e un diametro interno di 26 mm.Successivamente sono state inserite 4

barre metalliche Φ22 per garantire una buona rotazione della pila.

Figura.2: Esecuzione dei fori sulla pila e collegamento scarpa

Inoltre, a causa dell’eccessiva deformabilità del setup notata nei test precedenti, si è pensato di

controventare le mensole di base, attraverso dei puntoni di acciaio:

Figura 3: Puntoni diagonali di rinforzo al setup

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Figura Errore. Nel documento non esiste testo dello stile specificato.4: Provino deformato sottoposto alle massime sollecitazioni

Infine durante la prova, a causa delle forti sollecitazioni, il setup metallico alla base potrebbe aver

effettuato diverse traslazioni durante tutto lo svolgimento della prova. Queste traslazioni le

possiamo notare nel grafico Forza-Spostamento che nei successivi capitoli analizzeremo in maniera

più approfondita.

21

Analisi dei dati

Celle di carico e potenziometri verticali

Il carico verticale imposto dai due martinetti idraulici è monitorato dalle due celle di carico (Fig.

1.5).

Figura5: Martinetti e celle di carico (VLoad)

Il grafico che le celle restituiscono, mette in relazione la forza, in kN sulle ordinate, con il tempo, in

secondi sulle ascisse.

Grafico2: Celle di carico verticale

È possibile osservare che le celle di carico, fin dall’inizio della prova, leggono una differenza di

carico con uno scarto di circa 3kN, in particolare la cella di carico VLoadB registra un carico

minore, pari a 110kN, rispetto alla cella di carico VLoadF che invece registra un carico pari a

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

Time (s)

Fo

rce

(kN

)

Load Cells Vertical

VLoadF

VLoadB

22

113kN, dopodiché a causa delle forze cicliche orizzontali, il carico verticale registrato dalle celle

comincia ad oscillare, mantenendo sempre uno scarto che varia tra i 3 e i 5 kN.

Parallelamente alla misurazione del carico, è stata misurata anche la storia in spostamento verticale

della scarpa d’acciaio alla base della pila; da tale misurazione, la quale è stata eseguita da due

potenziometri a filo, fissati al suolo ed agganciati in prossimità della base della pila, possiamo

andare a ricavare la rotazione avvenuta sulla pila stessa.

Figura 6 - Posizione potenziometri a filo verticali, GrdSx e GrdDx

Le due curve ottenute, inizialmente, all’applicazione del carico verticale hanno un andamento quasi

coincidente fino ad uno spostamento verticale di circa 8,5mm. All’applicazione del carico

orizzontale ovviamente il loro andamento inizia a divergere; in fase si spinta il potenziometro di

sinistra (GrdSx) subisce un accorciamento, mentre il potenziometro di destra (GrdDx) subisce un

elongazione, in fase di tiro ovviamente avviene il contrario; si può notare dal seguente grafico che il

centro di rotazione, il quale dovrebbe trovarsi a circa 8,5mm, per la simmetria del sistema, si sposta

sempre di più verso l’alto, ossia verso il potenziometro di sinistra. Questo è confermato anche dal

fatto che i due potenziometri hanno un elongazione differente in modulo, sia in fase di spinta che in

fase di tiro.

23

Grafico.1: Grafico potenziometri verticali (Rotazione base pila)

Cella di carico e potenziometri orizzontali

La misurazione del carico ciclico orizzontale, impresso dal martinetto elettromeccanico, è stata

eseguita mediante la cella di carico posta tra il martinetto ed il provino (Fig. 1.6).

Figura.7: Cella di carico e Martinetto EM

In questo modo è possibile ottenere l’andamento della forza applicata sul provino nel tempo, o, in

termini di sollecitazioni, lo sforzo di taglio alla base della pila.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-5

0

5

10

15

20

25

30

35

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

Shoe Rotation

GrdSx

GrdDx

24

Grafico.2: Andamento della forza orizzontale nel tempo

Il controllo in spostamenti, invece, viene effettuato attraverso un potenziometro a filo, che misura

gli spostamenti orizzontali del provino. Tale strumento è fissato solidalmente al terreno, ed è

agganciato sull’ala sinistra del provino (Fig. 1.8).

Figura.8: Potenziometro a filo usato per il controllo in spostamenti

Il grafico della storia in spostamenti che si ottiene (Grafico 1.5), deve però essere rielaborato.

Infatti, a questo va sottratto il grafico della traslazione orizzontale dell’intero Setup di prova, che

viene monitorata attraverso un potenziometro a filo agganciato al perno centrale di rotazione

(Grafico 1.6). In questo modo si ottiene lo spostamento in testa al provino dovuto alla flessione

della pila, depurato delle traslazioni orizzontali che teoricamente non dovrebbero essere consentite

dal vincolo alla base.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500Force - Time

Time (s)

Fo

rce

(kN

)

25

Grafico.3: Andamento dello spostamento orizzontale in testa al provino nel tempo

Grafico 6: Andamento del setup metallico (perno) nel tempo

L’operazione di sottrazione della curva di traslazione causa una riduzione degli spostamenti del

provino

Grafico.4: Andamento dello spostamento effettivo del provino nel tempo

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-150

-100

-50

0

50

100

150SpecimenDisplacement-Time

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8HingeDisplacement-Time

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-150

-100

-50

0

50

100

150RelativeDisplacement-Time

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

26

Possiamo ora fare un confronto fra i diversi grafici ottenuti per vedere in maniera ancora più

evidente il decremento dello spostamento del provino a causa delle traslazioni del setup metallico

alla base:

Grafico.5: Confronto degli spostamenti nel tempo

Come possiamo notare, in fase di spinta c’è un decremento dello spostamento di circa 8mm, mentre

in fase di tiro il decremento è di circa 6mm.

Nel grafico (1.9) vengono riportati i valori della cella di carico e degli spostamenti relativi del

provino nel tempo, per verificare che i due segnali siano sincronizzati correttamente.

Grafico.6: Verifica sincronizzazione dati tra Cella di Carico e Spostamento Relativo

Infine, nei grafici seguenti, vengono riportati i grafici Forza-Spostamento per i vari step della prova.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-150

-100

-50

0

50

100

150

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

Comparison of Dispalcement

SpecimenDisplacement

Hinge Displacement

RelativeDisplacement

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500

0

500LoadCell - Time

Time (s)

Fo

rce

(kN

)

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-200

0

200Relative Displacement - Time

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

27

Grafico.7: Forza - Spostamento (1°, 2°, 3°, 4° Ciclo Ciano)

Grafico 8: Forza - Spostamento (5°, 6°, 7° Ciclo Magenta)

Grafico.9: Forza - Spostamento (8°, 9°, 10° Ciclo Blu)

-30 -20 -10 0 10 20 30-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

Displacement (mm)

Fo

rce

(kN

)Force - Displacement

Tempo = 0-1700 s

-60 -40 -20 0 20 40 60-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

Displacement (mm)

Fo

rce

(kN

)

Force - Displacement

Tempo = 0-4000 s

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

Displacement (mm)

Fo

rce

(kN

)

Forza-Spostamento

Time = 0-6800 s

28

Grafico.10: Forza - Spostamento (11°, 12° Ciclo Verde)

Grafico.11: Forza - Spostamento (13° Ciclo Rosso)

Dai grafici ottenuti dei vari cicli, possiamo osservare un andamento perfettamente simmetrico in

termini di forza, con un raggiungimento massimo della forza di circa 400kN.

Figura 9: Momento Flettente - a) Carichi Verticali, b) Carichi Orizzontali

-100 -50 0 50 100-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

Displacement (mm)

Fo

rce

(kN

)

Forza-Spostamento

Time = 0-10600 s

-150 -100 -50 0 50 100 150-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

Displacement (mm)

Fo

rce

(kN

)

Forza-Spostamento

Time = 0-13025 s

29

Figura 10: Momento Flettente Totale

Grafico15: Momento flettente nel tempo

Questi grafici permettono di ricostruire in qualsiasi istante della prova il diagramma del momento

dello schema statico del provino.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-400

-200

0

200

400

Time (s)

Mom

ent

(kN

)

Flexural Moment Left

ML

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-400

-200

0

200

400

Time (s)

Mom

ent

(kN

)

Bending Moment Right

MR

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500

0

500

1000

Time (s)

Mom

ent

(kN

)

Bending Moment Node

(-FH/2+NL/2)

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500

0

500

1000

Time (s)

Mom

ent

(kN

)

Bending Moment Node

(FH/2+NL/2)

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-1000

-500

0

500

1000

Time (s)

Mom

ent

(kN

)

Maximum Bending Moment Pile

FH

30

Potenziometri a filo orizzontali

I due potenziometri a filo TopF e TopB, posti esternamente al potenziometro del controllo in

spostamenti, permettono di valutare la congruenza dei dati forniti da quest’ultimo ed inoltre

permettono di capire se durante la prova siano avvenute rotazioni del provino.

Grafico.12: Potenziometri a filo TopF e TopB

Le due curve si sovrappongono quasi perfettamente per tutta la durata della prova, e questo indica

che i due potenziometri hanno letto stessi spostamenti e quindi non ci sono state rotazioni del

provino rispetto l’asse verticale.

Strain gauges

Gli strain gauges permettono di ricostruire lo stato tensionale degli elementi a partire dalla loro

storia in deformazioni.

Tiranti verticali

I tiranti sono gli elementi verticali del setup, ed hanno lo scopo di vincolare gli spostamenti verticali

del provino durante la prova. Su tutti e quattro i tiranti sono stati posti degli strain gauges, ed in

questo modo è possibile conoscere l’andamento delle deformazioni, tensioni e forze nel tempo. Le

deformazioni vengo direttamente restituite dallo strumento in 𝑚𝜀 (milliepsilon), e da queste è

possibile ricavare tensioni e deformazioni molto semplicemente:

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-150

-100

-50

0

50

100

150

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

Wire Potentiometers Superior

TopF

TopB

31

𝝈 [𝑴𝑷𝒂] = 𝑬 [𝑴𝑷𝒂] ∙𝒎𝜺

𝟏𝟎𝟎𝟎 ; 𝑭 [𝒌𝑵] =

𝝈 [𝑴𝑷𝒂] ∙ 𝑨[𝒎𝒎𝟐]

𝟏𝟎𝟎𝟎

Nei grafici (1.18), (1.19), (1.20) vengono riportati gli andamenti delle deformazioni, tensioni e forze

agenti sui tiranti verticali durante il tempo della prova.

Grafico17: Deformazioni nel tempo dei Tiranti Verticali

Grafico18: Tensioni nel tempo dei Tiranti Verticali

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

Time (s)

Str

ain

(m

ep

s)

Strain Vertical Truss

TFSx

TBSx

TFDx

TBDx

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

Time (s)

Str

ess (

MP

a)

Stresses Vertical Truss

TFSx

TBSx

TFDx

TBDx

32

Grafico.13: Forze nel tempo dei Tiranti Verticali

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-250

-200

-150

-100

-50

0

50

Time (s)

Fo

rce

(kN

)

Forces Vertical Truss

TFSx

TBSx

TFDx

TBDx

33

Puntoni orizzontali

I due puntoni orizzontali, invece, sono realizzati con un profilo tubolare doppiamente incernierato

alle due mensole di estremità del provino, al quale hanno lo scopo di trasferire il carico orizzontale.

Gli strain gauges, posti su entrambi i puntoni, questa volta ci permettono di capire come la forza

orizzontale, impressa dal martinetto, si ripartisca sul setup di prova. In questo caso, l’area A di

riferimento è pari a 4074.64 𝑚𝑚2.

Grafico.14: Deformazione nel tempo dei Puntoni Orizzontali

Grafico.15: Tensioni nel tempo dei Puntoni Orizzontali

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

Time (s)

Str

ain

[m

ep

s]

Strain Orizzontal Truss

TrussF

TrussB

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

Time (s)

Str

ess (

MP

a)

Stresses Orizzontal Truss

TrussF

TrussB

34

Grafico.16: Forze nel tempo dei Puntoni Orizzontali

Barre di armatura nella soletta

La soletta in calcestruzzo, che accoppiata con la trave in acciaio costituisce la trave composta,

presenta uno strato di armatura di 25Φ10 superiore ed uno strato di 25Φ8 inferiore (Fig. 1.12). Per

studiarne lo stato tensionale, si è scelto di posizionare su due barre Φ10, in prossimità del nodo, due

strain gauges, che forniscono i dati riportati in Figura 6.22.

Figura.32: Posizione strain gauges sulle barre di armatura

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-100

-50

0

50

100

150

Time (s)

Fo

rce

(kN

)

Forces Orizzontal Truss

TrussF

TrussB

35

Grafico.17: Tensioni nel tempo delle armature presenti nell'estradosso della soletta

E’ interessante accoppiare questi dati, con quelli forniti dai potenziometri lineari posti sulla soletta;

questi hanno lo scopo di monitorare lo stato fessurativo all’estradosso della soletta in calcestruzzo.

Figura.43:Potenziometri lineari sull'estradosso della soletta

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

Time (s)

Str

ain

[m

ep

s]

Strain Slab Rebar

Rb1

Rb2

36

Nel grafico (1.25) si riporta, in funzione del tempo, l’andamento degli spostamenti registrati

all’estradosso della soletta. In particolare non si mostrano i dati dei quattro potenziometri, ma la

media dei due di sinistra e la media dei due di destra.

Grafico.18: Apertura delle fessure nel tempo sull'estradosso della soletta

Travi di acciaio IPE 330

Gli strain gauges sono stati posti anche sulle travi in acciaio IPE330, costituenti la trave composta.

Ancora una volta, lo scopo è quello di ricostruire a partire dalle deformazioni, lo stato tensionale

della sezione composta. A tal fine, gli strain gauges sono stati posizionati sull’ala superiore, sulla

ala inferiore e sull’anima delle due travi d’acciaio che convergono nella CCB (Fig.1.14).

Figura.54: Posizione e nomenclature strain gauges travi IPE 330

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt(

mm

)

Cracks Medium Upper Slab

SlabSx

SlabDx

37

Inoltre questi sono stati posti in prossimità del nodo, a circa 175 mm dalla CCB, ovvero nella zona

in cui, sia per effetto dei carichi verticali che per effetto dell’azione orizzontale, si hanno

sollecitazioni di momento e taglio più gravose.

Quindi, conoscendo le posizioni degli strumenti lungo l’altezza della sezione, sarebbe possibile

ricavare il diagramma delle tensioni, semplicemente interpolando le tensioni, nei tre punti noti, con

una retta.

Grafico.19: Deformazioni trave Sx

Grafico26: Tensioni trave Sx

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-2

0

2

4

6

8

10

12

Time (s)

Str

ain

(m

ep

s)

Strain Beam Steel Sx

WSupSx

SSx

WInfSx

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500

0

500

1000

1500

2000

2500

Time (s)

Str

ess [M

Pa

]

Stress Beam Steel Sx

WSupSx

SSx

WInfSx

38

Grafico27: Deformazioni trave Dx

Grafico28: Tensioni trave Dx

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Time (s)

Str

ain

(m

ep

s)

Strain Beam Steel Dx

WSupDx

SDx

WInfDx

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Time (s)

Str

ess [M

Pa

]

Stress Beam Steel Dx

WSupDx

SDx

WInfDx

39

Barre di Precompressione

In questa tipologia di provino, abbiamo la presenza di 4 barre di precompressione di diametro Φ16

posizionate all’interno della CCB e serrate esternamente fino ad arrivare ad una tensione di

precompressione di circa 60kN che equivale ad una deformazione di circa 1,2 𝑚𝜀 (milliepsilon).

Queste barre hanno il compito di aumentare la resistenza a compressione del calcestruzzo nella zona

dove sono inserite cioè tra l’attacco della trave di acciaio e la CCB, sia a destra che a sinistra del

provino. Sono stati posti quindi 2 strain gauges su ogni barra filettata per un totale di 8 strain

gauges. Ancora una volta, lo scopo è quello di ricostruire a partire dalle deformazioni, lo stato

tensionale.

Riportiamo di seguito sia l’andamento delle deformazioni nel tempo che quello delle tensioni:

Grafico.20: Deformazione Barre

Grafico.21: Tensione Barre

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Time (s)

Str

ain

(m

ep

s)

Strain Prestressed Rebar

PcSupF

PcSupB

PcInfF

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

Time (s)

Str

ess [M

Pa

]

Stress Prestressed Rebar

PcSupF

PcSupB

PcInfF

40

Come si nota sono stati riportati solamente gli andamenti delle deformazioni e delle tensioni di 3

barre, questo perché nei primi cicli della prova lo strain gauge posto sulla barra PC-INF-B ha

smesso di dare segnali, probabilmente le forze in gioco hanno rotto lo strumento, e quindi era

pressochè inutile menzionarlo.

Potenziometri lineari

I potenziometri lineari (Fig. 1.24), hanno lo scopo di monitorare lo slip tra trave in acciaio e soletta,

e tra quest’ultima e la CCB.

Figura.64: Posizione potenziometri lineari

Figura75: Slip soletta-trave

41

Grafico31: Slip soletta-trave Sx

Grafico.22: Slip soletta-trave Dx

Per quanto riguarda lo slip tra soletta e CCB, viene riportato il grafico con la media dei

potenziometri di sinistra e la media dei potenziometri di destra (Grafico 1.37).

Grafico.23 Slip soletta-CCB

0 2000 4000 6000 8000 10000 120000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Time (s)

Slip

(m

m)

Slip Medium Slab-Beam Sx

SlipSxEx

SlipSxIn

0 2000 4000 6000 8000 10000 120000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Tempo (s)

Slip

(m

m)

Slip Medium Slab-Beam Dx

SlipDxEx

SlipDxIn

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

Time (s)

Slip

(m

m)

Slip Medium CCB-Slab

PearSx

PearDx

42

LVDT

Gli strumenti LVDT sono stati posti in coppie, come mostrato in Figura (1.14), inferiormente e

superiormente alla piastra terminale in acciaio, per misurarne il distacco dalla CCB durante la

prova. Come si può notare dalla foto (1.14), è stata fatta una piccola modifica nel posizionamento

degli LVDT inferiori rispetto a quelli delle prove precedenti; essendo quella una zona molto

sollecitata, il calcestruzzo viene espulso dal nodo quindi per garantire una loro lettura fino al

termine della prova, sono stati allontanati dalla trave d’acciaio.

Grafico.24: Distacco CCB-Piastra Sx

Grafico.25: Distacco CCB-Piastra Dx

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

LVDT-Plate Sx

DtchSupFSx

DtchSupBSx

DtchInfFSx

DtchInfBSx

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Time (s)

Dis

pla

ce

me

nt (m

m)

LVDT-Plate Dx

DtchSupFDx

DtchSupBDx

DtchInfFDx

DtchInfBDx

43

I dati forniti dagli LVDT risultano utili anche per una valutazione delle rotazioni effettuate dalla

piastra rispetto alla CCB, e per il calcolo dell’angolo di rotazione. Infatti, note le posizioni degli

LVDT superiori ed inferiori, la stima dell’angolo risulta immediata (Fig. 1.26).

Figura : Meccanismo di distacco della piastra

L’angolo di rotazione della piastra, rispetto alla verticale, si valuta semplicemente come:

𝒕𝒈𝜽 =𝚫𝐒𝒔 + 𝚫𝐒𝒊

𝚫𝐇

𝜽 = 𝐚𝐫𝐜𝐭𝐚𝐧 (𝚫𝐒𝒔 + 𝚫𝐒𝒊

𝚫𝐇)

dove ΔH è la distanza tra l’LVDT superiore e quello inferiore.

7. Conclusioni

Il test svoltosi durante la mia attività di tirocinio, ed i dati da esso fornito, saranno oggetto della mia

Tesi di Laurea. Essa infatti consisterà nella caratterizzazione numerico-sperimentale del

comportamento sismico di una nuova tipologia di nodi impalcato-pila per ponti in acciaio-

calcestruzzo. All’interno della tesi verranno ovviamente approfonditi i grafici e le curve

precedentemente riportate.