RINFORZO E ADEGUAMENTO SISMICO DIDI NODI … · 9/35 sistemi tecnologici innovativi nella...

RINFORZO E ADEGUAMENTO SISMICORINFORZO E ADEGUAMENTO SISMICO

DIDI NODINODI--PILASTRIPILASTRI--TRAVI TRAVI IN C.A. IN C.A.

CONCON

Prof. Paolo Riva Preside della facoltà di Ingegneria, Università degli Studi di Bergamo

[email protected]

Ing. Consuelo Beschi, PhDDottoressa di ricerca presso l’Università degli Studi di Bergamo

[email protected]

Castellina in Chianti (SI)

www.tecnologieantisismiche.it – e-mail: [email protected]

Rinforzo e adeguamento sismico di nodi-pilastri-travi in c.a. con “Gordiano ®”

2/35 SISTEMI TECNOLOGICI INNOVATIVI NELLA PROGETTAZIONE E NELL’ADEGUAMENTO SISMICO DELLE STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO

NODI



TERREMOTO DIL’AQUILA6 aprile 2009

(by Bursi, Dusatti, Pucinotti)

(by Iervolino, Prota, Ricci, Verderame)


� Edifici esistenti in c.a. non sono in grado di sostenere le azioni sismiche:

� Progettazione per soli carichi da gravità:� Assenza di ogni principio di Gerarchia delle Resistenze� Uso del metodo delle tensioni ammissibili

� Dettagli costruttivi inadeguati

� Quantità insufficiente di armatura trasversale nei pilastri

VULNERABILITA DEGLI EDIFICI ESISTENTI


� Inadeguato confinamento nelle zone di potenziale formazione di cerniere

plastiche

� Armatura trasversale nei nodi insufficiente, se non totalmente assente

� Ancoraggi delle barre d’armatura inadeguati

� Uso di sagomature terminali a uncino

� Sovrapposizione dell’armatura longitudinale dei pilastri al di sopra del

livello di piano

� Scarse proprietà dei materiali� Barre lisce� Calcestruzzi con bassi valori di resistenza


� Azioni sismiche

Il comportamento dei nodi

influenza la risposta dell’intero

sistema strutturale

� Meccanismi di collasso

� A livello globale sistema

CRITICITA’ DEI NODI TRAVE-PILASTRO


� A livello globale sistema

travi forti – pilastri deboli con

formazione di meccanismi di

piano debole

� A livello locale formazione

di meccanismi di collasso

fragili e protezione

inadeguata del pannello

nodale

Calvi et al., 2001


� NODI INTERNI� Danneggiamento limitato del pannello nodale� Fenomeni di scorrimento delle barre di armatura longitudinali

MECCANISMI LOCALI

� NODI COLMO (L)� Fenomeni di scorrimento delle barre di armatura longitudinali� Espulsione di copriferro per effetto delle spinta degli uncini terminali

� NODI ESTERNI (T)� Elevato danneggiamento del pannello nodale


� Elevato danneggiamento del pannello nodale� Fenomeni di scorrimento delle barre d’armatura longitudinali� Espulsione di copriferro per effetto delle spinta degli uncini terminali


� Nodi con armatura trasversale

Resistenza complessiva del nodo è data

dalla sovrapposizione di due

meccanismi resistenti:

� Meccanismo a puntone diagonale

Basato sulla resistenza a compressione

MECCANISMI RESISTENTI NODI D’ANGOLO


del puntone diagonale in calcestruzzo

� Meccanismo a tirante

Basato sull’azione di tiro delle armature

longitudinali e trasversali dopo la

fessurazione diagonale

Il calcestruzzo nel nodo è confinato con

resistenza e deformazioni ultime a

compressione maggiori del calcestruzzo

del copriferro


MECCANISMI RESISTENTI NODI D’ANGOLO

� Nodi senza armatura trasversale

� Solo meccanismo a puntone diagonale

� Formazione di un cuneo di calcestruzzo legato alla spinta

delle armature longitudinali, non confinate da staffe

� Dopo la formazione della prima fessura diagonale nel

pannello nodale non si ha nessuna risorsa residua

0.5

0.5


Braga et al., 2001

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 0.0007 0.0014 0.0021 0.0028

Deformazione a taglio nodo γγγγ [rad]

Sfo

rzo

pri

ncip

ale

di

trazio

ne f

t/(fc

)0.5

Nodi a L e a T con barre ad aderenza migliorata

Nodi a T con barre lisce e uncini d'estremità

Prima fessurazione

Prima fessurazione ct fp '2.0=

ct fp '29.0=

ct fp '42.0=


RIFERIMENTI NORMATIVICircolare “2 febbraio 2009 N°617 – Istruzioni per l’applicazione delle nuove norme tecniche

per le costruzioni di cui al D.M. del 14 gennaio 2008”

� Verifiche su nodi trave-pilastro non interamente confinati

NODO INTERAMENTE CONFINATO: quando in ognuna delle quattro facce verticali si

innesta una trave e su entrambe le coppie di facce, le sezioni delle travi si ricoprono per almeno i ¾ dell’altezza

� Verifica della resistenza a trazione diagonale


Ag sezione orizzontale del nodoVn taglio totale agente sul nodoN azione assiale presente nel pilastro superiore

� Verifica della resistenza a compressione diagonale

ck

g

n

gg

nt fkA

V

A

N

A

N ⋅≤

+

⋅−

⋅=

22

22σ k = 0.3 secondo normativa

k = 0.2 su evidenze sperimentali per nodi d’angolo privi di staffe con barre lisce e uncini

ck

g

n

gg

nc fA

V

A

N

A

N ⋅≤

+

⋅+

⋅= 5,0

22

2

σ


TECNICHE DI RINFORZO

� INCAMICIATURE IN C.A.� Aumento resistenza e duttilità

� Possibilità di realizzare meccanismi colonna-forte/trave-debole

� Spessori notevoli della camicia (70-100 mm)

� Aumento massa e rigidezza elementi

� Riduzione degli spazi

� PLACCAGGI METALLICI� Riduzione dei tempi di intervento


� Riduzione dei tempi di intervento

� Problema della corrosione

� Impatto estetico

� Problema della resistenza al fuoco

� Azione combinata di adesivi, dispositivi meccanici e iniezioni di malte

� FASCIATURE IN FRP� Elevato rapporto resistenza/peso

� Resistenza alla corrosione

� Aumento duttilità

� Non del tutto idonee se richiesto un notevole incremento di resistenza

� Problema della resistenza al fuoco

� Impatto estetico


� Fornisce confinamento con aumento

di resistenza e duttilità

� Nessun aumento della geometria

degli elementi e perdita di spazi


� Nessun aumento della massa e della

rigidezza degli elementi

� Non comporta interruzioni d’uso

dell’edificio

� Riduzione dei tempi di intervento

� Non ha problemi corrosione e fuoco

� Bassissimo impatto estetico


� FASE 1: LOCALIZZAZIONE DELLE ARMATURE

� Con pacometro si individua la

posizione delle armature longitudinali

di pilastro e travi e delle staffe delle

travi nell’intorno del nodo



� FASE 2: RIMOZIONE DEL COPRIFERRO

� Tramite scalpellatura rimozione

del copriferro sulle due facce

esterne del nodo

� Asportazione di calcestruzzo

intorno alla barra d’armatura

longitudinale d’angolo



� FASE 3: FORATURA DI ANCORAGGIO

� Posizionamento Placca

� Ancoraggio alla barra d’armatura di spigolo del pilastro

� Foratura della trave utilizzando apposito posizionamento



� FASE 4: ANCORAGGIO DELLA PLACCA

� Si inseriscono le barre nei

fori della trave dopo l’iniezione

di ancorante chimico



� FASE 5: RIPRISTINO DEL COPRIFERRO

� Spessore del copriferro sufficiente: ricoprimento a filo con malte da ripristino a base

cementizia, calcestruzzi tixotropici, microcalcestruzzi

� Spessore del copriferro non sufficiente: ricoprimento a filo con calcestruzzi fibrorinforzati

ad elevate prestazioni, ricoprimento con aumento delle dimensioni del nodo con malte da

ripristino

� Qualora sia richiesto un intervento di rinforzo del pilastro per aumentarne la capacità


� Qualora sia richiesto un intervento di rinforzo del pilastro per aumentarne la capacità

portante nei confronti dei carichi statici, il ripristino del nodo può essere inglobato nel

getto di una camicia di calcestruzzo fibrorinforzato


CAMPAGNA SPERIMENTALEUniversità degli Studi di Bergamo - Dipartimento di progettazione e tecnologie

� Obiettivi:

� Studio del comportamento sismico di nodi trave-pilastro d’angolo

progettati con dettagli costruttivi anni ‘60-’70

� Rinforzo di tali tipologie di nodi mediante inserto “Gordiano ®” e studio

del comportamento sismico dei nodi rinforzati


� Nodi non precedentemente testati

� Nodi danneggiati in prove precedenti

� Confronto tra nodi rinforzati e non per valutare l’efficacia della tecnica di

rinforzo e l’incremento di prestazioni in termini di resistenza e duttilità

� Spostamento del meccanismo di collasso da rottura lato nodo (fragile)

nel caso di nodi non rinforzati a rottura lato trave (duttile) nel caso di

nodi rinforzati nel rispetto dei principi della Gerarchia delle Resistenze


EDIFICIO CAMPIONE

Ly =10m

4.5m 4.5m 4.5m

5m

Referencebeam-column joint

4.5m 3m

5m


3m

12m

Lx =

H =

3m

3m

3m

21mLx =

30x50 cm 30x50 cm 30x50 cm 30x50 cm30x50 cm



30x50 cm 30x50 cm 30x50 cm 30x50 cm30x50 cm30x30 cm

30x30 cm

30x30 cm

30x30 cm

30 x30 cm

30x30 cm

30x35 cm

30x30 cm30x30 cm

30 x30 cm

30x30 cm30x30 cm

30 x30 cm

30x30 cm

30x35 cm

30 x30 cm

30 x30 cm

30x30 cm

30x35 cm

30 x30 cm

30 x30 cm

30x30 cm

30x35 cm

30 x30 cm

21m

(Santarella, 1947)


CAMPIONI DI PROVA


� DETTAGLI COSTRUTTIVI

� Assenza di staffe nel nodo

� Barre d’armatura lisce con uncini

d’estremità

ARMATURA

φ12

fym 365 MPa

fum 558 MPa

φ16

fym 445 MPa

fum 546 MPa

CALCESTRUZZO

fcm 27.0 MPa

φ6

fym 493 MPa

fum 556 MPa

φ8

fym 337 MPa

fum 440 MPa


BANCO DI PROVA

� VINCOLI per riprodurre il nodo d’angolo del primo livello dell’edificio di riferimento

� Applicazione del CARICO ASSIALE di progetto

� Applicazione di un CARICO VERTICALE in testa alla trave principale


testa alla trave principale per riprodurre la combinazione di taglio e momento in esercizio

� Applicazione di una COPPIA DI FORZE alla trave secondaria per riprodurre il momento in esercizio

� Applicazione del CARICO ORIZZONTALE con cicli di ampiezza crescente fino a collasso


OBIETTIVI DEL RINFORZO

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

Cari

co

ori

zzo

nta

le [

kN

]

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Cari

co

ori

zzo

nta

le [

kN

]

CAMPIONE ANNI ‘70 CAMPIONE NTC 2008


-80

-4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

Drift [%]

-40

-3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Drift [%]

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

-4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

Cari

co

ori

zzo

nta

le [

kN

]

Drift [%]

Campione anni ‘70Campione NTC 2008

CAMPIONE ANNI ‘70

CAMPIONE NTC 2008


OBIETTIVI DEL RINFORZO

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8ei=Ei/E0i

Campione anni '70

Campione NTC 2008

� Aumento energia dissipata

� Modifica meccanismo di

collasso

� Da rottura lato nodo a rottura lato

trave con concentrazione del

danneggiamento all’interfaccia

trave-pilastro

� No danneggiamento del pannello

nodale anche in corrispondenza


� CAMPIONE NTC 2008� CAMPIONE ANNI ‘70

0

0.2

0.25 0.5 0.75 1 1.5 2 2.5 3

Drift [%]

0.25 0.35 0.50 0.75 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

nodale anche in corrispondenza

dell’innesto della trave secondaria


CONCLUSIONI

� Efficacia dell’inserto Gordiano ®

� Confinamento del nodo

� Cucitura delle fessure diagonali nel

pannello nodale evitando lo

spanciamento della barra di spigolo

del pilastro e inibendo la formazione


del cuneo

� Contenimento delle spinte degli

uncini delle barre d’armatura

longitudinale

� Spostamento del meccanismo di

rottura, con formazione di cerniera

plastica nella trave, si passa dal

meccanismo fragile di rottura lato

nodo al meccanismo duttile di

rottura lato trave


TRAVI E

PILASTRI


TRAVI E

PILASTRIPILASTRI


� Perché :

� Il pilastro è il secondo elemento nella Gerarchia delle resistenze e – dopo il

nodo- è l'elemento strutturale su cui si indirizzano le maggiori attenzioni

essendo il più suscettibile ad errori di posizionamento delle staffe e/o alla loro

corretta legatura


� Le modalità di danneggiamento da sisma sono caratterizzate prevalentemente

dalla plasticizzazione dei pilastri con particolare intensità in testa e al piede

� Il calcestruzzo del copriferro -esterno al nocciolo confinato dalla staffatura- non

ha titolo per intervenire nel compito della resistenza

� Gordiano® applicato come “fodera” ai pilastri, oltre ad esaltare il potere

confinante delle staffe esistenti, opera il confinamento ottimale del copriferro,

consentendo di poterlo qualificare come “struttura effettiva” alla pari del

nocciolo confinato


� Tecniche solitamente proposte:

� Per quanto concerne il rinforzo dei pilastri, è possibile, adottare diverse tecnologie:

� Incamiciatura in c.a. fibrorinforzato: consente di ottenere un notevole incremento di resistenza e

duttilità realizzando meccanismi del tipo pilastro-forte/trave-debole ma con l’inconveniente di essere

caratterizzata da spessori notevoli, con conseguente significativo aumento delle dimensioni esterne e

quindi, della massa e della rigidezza degli elementi.

� Rivestimenti del pilastro con fibre di carbonio: “mummificazione” all’interno di un predeterminato

numero di strati di tessuto imbibito, con ottimi risultati in termini di duttilità ed invasività ma con le

problematiche legate alla corretta esecuzione ed alla vulnerabilità al fuoco.


� La tecnica Gordiano ® risolve il problema del confinamento del calcestruzzo incrementandone

resistenza e duttilità. Lascia sostanzialmente inalterato l'elemento trattato, non comporta

apprezzabile aumento della geometria dei pilastri e quindi perdita di spazi. Non causa aumenti della

massa e della rigidezza degli elementi, risultando irrilevante nei confronti della risposta sismica della

struttura rinforzata.

� Inoltre, con l’utilizzo di Gordiano ® otterremo i seguenti effetti benefici:

- Confinamento del nodo-trave-pilastro

- Cucitura delle fessure diagonali evitando lo spanciamento della barra di spigolo del pilastro e inibendo la formazione del cuneo

- Confinamento totale del pilastro e conseguente nobilitazione del copriferro


� L’obiettivo del sistema è fornire confinamento al calcestruzzo e/o supplire alla carenza o

mancanza di staffatura mediante l’applicazione al pilastro di una placca in

acciaio opportunamente sagomata ricavata da una lamiera di spessore compreso tra i 3 e

i 10 mm con traversi intervallati da vuoti di altezza variabile. La placca è formata da

un’unica lastra pressopiegata totalmente priva di saldature che costituiscono spesso il

punto debole di sistemi di rinforzo metallici. L’area di acciaio dei traversi equivale ad un

tondino di diametro tra i 6 e i 20 mm ma con il vantaggio di contenere gli ingombri nei pochi

� Tecnica Pilastri:


tondino di diametro tra i 6 e i 20 mm ma con il vantaggio di contenere gli ingombri nei pochi

millimetri dello spessore della piastra risolvendo così eventuali problemi connessi alla

riduzione del copriferro.

� Il numero e l’interasse dei traversi sono definiti caso per caso in funzione della quantità di

armatura necessaria al pilastro. Il sistema si può utilizzare per interventi di rafforzamento e

di adeguamento sismico, per interventi di ripristino della capacità portante di elementi

carenti di armatura o con calcestruzzi scadenti o ammalorati ed anche in caso di ripristino

funzionale di edifici danneggiati da eventi sismici.


� Si tratta di un intervento caratterizzato da ridotti tempi di esecuzione,

relativamente semplice da attuare, che non comporta interruzioni d’uso

dell’edificio.

� Sulla scorta delle indagini Paco-Sclerometriche e dei conseguenti calcoli strutturali

si determina il tipo di placca da adottare e se ne attua la posa in opera seguendo

� Tecnica Pilastri:


il più adatto al caso specifico tra i sistemi di applicazione disponibili ( foratura a maschio-

femmina, a gaffetta specchiata, a bordo liscio ecc.).

� Nel caso di pilastri inseriti nel tamponamento murario interno o esterno,

l’intervento sarà possibile senza effettuare demolizioni, ma semplicemente

realizzando tagli di qualche cm di larghezza, sufficienti al passaggio dello

spessore della placca.

� Dopo il posizionamento, il pilastro viene ripristinato con malte e/o altri materiali

analoghi per eliminare qualsiasi problema connesso con la resistenza al fuoco.


� Descrizioni di posa in opera:

� Taglio verticale delle tamponature laterali (ove presenti).

� Spicconatura angoli a tutta altezza (eventuale, non indispensabile).

� Fratazzatura con cemento espandente (sulle eventuali spicconature).

� Posa in opera placche sovrapposte e loro legatura a FORTE contrasto al pilastro. (Il lato “esterno” della placca sovrapposta è preforato per l'inserimento dei chiodi.)


“esterno” della placca sovrapposta è preforato per l'inserimento dei chiodi.)

� Foratura dei lati delle placche inferiori interne a contatto con il pilastro tenendo come dima i fori già presenti sulla placca superiore esterna.

� Foratura dei pilastri in corrispondenza dei fori passanti delle due piastre.

� Inserimento dei chiodi e loro ancoraggio tramite resine bicomponenti a base poliestere.

� Posizionamento della rete da intonaco: si circonda il pilastro ammorsandola nelle fessure della placca e negli “sbuffi” di cemento espandente (eventuale).

� Eventuale inserimento agli angoli della placca delle viti di registro per la messa in piombo dei paraspigoli.

� Finitura del pilastro


TRAVI E

PILASTRI


TRAVI E

PILASTRITRAVI


La trave è l'ultimo elemento nella Gerarchia delle Resistenze

E' sulla trave che si dirottano le plasticizzazioni al fine di


E' sulla trave che si dirottano le plasticizzazioni al fine di

limitare i danni sismici


� Gordiano ® consente di intervenire sulle caratteristiche della trave,

apportando notevoli benefici strutturali in tempi ridotti rispetto ad

altri sistemi di intervento, correggendo eventuali carenze di

progettazione e/o di esecuzione.

L'applicazione di Gordiano ® consente, anche nelle strutture

� Tecnica Travi:


� L'applicazione di Gordiano ® consente, anche nelle strutture

esistenti, di seguire il criterio della gerarchia delle resistenze

“pilotando” la successione delle plasticizzazioni fra i diversi elementi

strutturali secondo la filosofia delle più recenti direttive antisismiche.

� Le modalità di applicazione variano a seconda dello stadio al quale si

interviene: ad esempio, per interventi migliorativi su edifici non

ancora tamponati, è possibile usare Gordiano ® nella versione con

innesti laterali in modo da facilitarne le operazioni di posa in opera.


� Per edifici tamponati e rifiniti, l'applicazione di Gordiano ® è

nettamente vantaggiosa rispetto a qualsiasi altro sistema di

rafforzamento o adeguamento, risultando estremamente meno

invasiva, più veloce e decisamente più performante.

� L'inserimento dei Gordiano ® avviene realizzando dei piccoli tagli

� Tecnica Travi:


orizzontali e verticali per mezzo di normali attrezzature di cantiere; le

forature per l'accoppiamento dei settori vengono effettuate con

angolazioni tali da interferire il meno possibile con le finiture.

� Il ripristino degli elementi di finitura intaccati avverrà senza i tipici

disagi di cantiere.

� Ogni possibile deficienza strutturale, può essere abbastanza

agevolmente corretta con l' adozione di uno specifico elemento

Gordiano ®.


� Descrizioni di posa in opera:

� Taglio orizzontale delle murature di tamponamento q.b. per far passare la placca principale esterna.

� Taglio verticale del solaio per una lunghezza massima di 10 cm cosi da far passare la placca secondaria, il cui lato esterno è preforatoper l’inserimento dei chiodi.

� Spicconatura angoli a tutta lunghezza. (eventuale).

� Fratazzatura con cemento espandente. (eventuale).


� Posa in opera placche sovrapposte e loro legatura a FORTE contrasto alla trave.

� Foratura dei lati delle placche inferiori interne a contatto con la trave tenendo come dima i fori della placca superiore esterna.

� Foratura delle travi in corrispondenza dei fori passanti delle due piastre.

� Iniezione della resina bicomponente a base poliestere.

� Inserimento dei chiodi di ancoraggio dotati di testa particolare.

� Rifinitura della trave ripristinandone gli effetti estetici.


Qualsiasi deficienza strutturale,

può essere agevolmente corretta


può essere agevolmente corretta

con uno specifico elemento


CONTATTI DI RIFERIMENTO

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www.Gordiano.it


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T +39 0577 740280

F +39 0577 740960

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