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Progetto di strutture in zona sismica con contenimento del potenziale
danneggiamento – sarà l’ingegneria sismica del futuro?
Prof. Ing. Nerio Tullini – TekneHub
Tecnologie antisismiche innovative a basso danneggiamento per strutture in legno
SAIE 2018 | Arena Rinforzo strutturale, 18 ottobre 2018
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Pareti in legno innovative
LABORATORI: - CIRI-EC UNIVERSITÀ DI BOLOGNA - UNIVERSITÀ NICCOLÒ CUSANO – ROMA
IMPRESE PARTNER: - VIBROBLOCK - 2SI
Reticolare spaziale in legno
LABORATORIO: - TEKNEHUB - FERRARA IMPRESA PARTNER: - PRADELLI S.R.L.
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SISTEMI COSTRUTTIVI IN LEGNO « TRADIZIONALI»
CLT Ligh-timber frame
Heavy-timber frame Blockhaus
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SISTEMI COSTRUTTIVI IN LEGNO « INNOVATIVI»
RC column
Post-tensioned
timber beam
Timble Buildings NZ Arts and Media Building Nelson, NZ
Canada St. Elmo Bldg, NZ
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SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI
- TECNOLOGIA CLT
T
T
hold-down
V
V
angle-bracket
timber-to-timber contact
C
C
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SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI -
TECNOLOGIA CLT
Gavric et al., 2011
Tomasi et al, 2015
I sistemi di connessione tradizionali – responsabili della duttilità e capacità dissipativa della tecnologia CLT – possono mostrare meccanismi di rottura fragili se: - non correttamente progettati in accordo ai criteri di gerarchia delle resistenze; - soggetti a stati di sollecitazione biassiali.
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Latour & Rizzano 2017: XL-stub system
Marchi et al. 2016: X-bracket system
Tension hysteresis
Tension hysteresis Shear hysteresis
SISTEMA RESISTENTE ALLE AZIONI ORIZZONTALI -
TECNOLOGIA CLT Per migliorare le prestazioni sismiche di edifici realizzati con pareti a pannelli CLT sono stati sviluppati connettori dissipativi. In ogni caso resta non risolta la problematica del ricentraggio del fabbricato.
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PARETE SINGOLA PARETE + COLONNA PARETI ACCOPPIATE
Fuse-type dissipater UFP dissipater
SISTEMA A PARETI POST TESE –
RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
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SISTEMA A PARETI POST TESE –
RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
F
D
COMPORTAMENTO ISTERETICO SISTEMI CON FUNZIONAMENTO A «ROCKING»
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SISTEMI TRADIZIONALI vs SISTEMI INNOVATIVI
PARETI CLASSICHE (CLT)
VANTAGGI: •Posa in opera versatile.
SVANTAGGI: •Necessario un elevato numero di
elementi di connessione;
•Il danneggiamento in seguito al sisma
può risultare ingente;
•Difficoltà di riparabilità in seguito a
danno.
PARETI POST-TESE
VANTAGGI: • Sistemi di connessione/dissipazione
concentrati in pochi punti;
• Basse deformazioni residue, grazie alla
capacità di ricentraggio fornita dai cavi
di post-tensione;
• Minor danneggiamento in seguito a
sisma;
• Facilità di riparazione in caso di danno.
SVANTAGGI: • Posa in opera più complessa;
• Influenza di effetti a lungo termine
(effetti viscosi).
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Pro
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SISTEMA A PARETI POST TESE –
RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
Iqbal et al., 2015
Ganey et al., 2017 Drift (%)
Single wall
Coupled wall
ESPERIENZE E SPERIMENTAZIONI INTERNAZIONALI
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Pro
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SISTEMA A PARETI POST TESE –
RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
SVILUPPO DI MODELLI PREDITTIVI – UR Unicusano
Analisi sezionale Modellazione numerica
Pannelli CLT – 2D shell element
Cavi di post tensione - elementi «cable»
dissipatori
Elementi di contatto tipo gap
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SISTEMA A PARETI POST TESE – RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
SPERIMENTAZIONE – UR CIRI-EC
Pilastro
Pilastro
Dissipatori
Parete in CLT post-compressa
Dywidag D = 32 mm
Dywidag D = 26 mm
SETUP PER PROVE DI TIPO CICLICO IN SCALA REALE DI PARETE SINGOLA + PILASTRI IN DIFFERENTI CONFIGURAZIONI: - PARETE CON CAVO POST
TESO ROKING - PARETE EQUIPAGGIATA
CON DISSIPATORI ROKING + DISSIPAZIONE
NOTA: VERIFICA DELLA RIPARABILITÀ /SOSTITUIBILITÀ
DEI DISSIPATORI A FINE PROVA
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Pro
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SISTEMA A PARETI POST TESE – RICENTRAGGIO + DISSIPAZIONE
SPERIMENTAZIONE – UR: CIRI-EC
Dissipatori
Pilastro Pilastro
Parete in CLT post-compressa
Parete in CLT post-compressa
Dywidag D = 32 mm
Dywidag D = 26 mm
SETUP PER PROVE DI TIPO CICLICO IN SCALA REALE DI PARETE ACCOPPIATE
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I vantaggi offerti dal sistema:
• Facilità e rapidità di montaggio e trasporto
• Coperture di grandi luci
Pro
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Strutture reticolari spaziali in legno
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Strutture reticolari spaziali Tetrasteel ® è specializzata nella produzione chiavi in mano di strutture reticolari tridimensionali in
acciaio, di piccole e grandi luci, utilizzando il proprio sistema a giunti sferici. Le strutture reticolari
spaziali possono essere applicate sia per la copertura di una piccola sala che per quella di uno
stadio, ma anche di una stazione di servizio o di una chiesa.
I vantaggi offerti da questo sistema
sono:
• Estrema versatilità nella
realizzazione di qualsiasi forma e
dimensione;
• Facilità e rapidità di montaggio
anche con personale non
specializzato;
• Minimo impiego di supporti
perimetrali;
• Elevati standard di sicurezza;
• Facilità ed economicità di
trasporto.
Pro
f. In
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Sistema tetrasteel®
• Fase 1: inserimento della vite all’interno dell’asta • Fase 2: saldatura a completo ripristino del cono in testa all’asta • Fase 3: serraggio della vite nella sfera
2 3
Il kit da costruzione Tetrasteel ® della Pradelli S.R.L è costituito da 2 tipi di componenti: • aste tubulari a sezione circolare cava preassemblate in acciaio, di varie dimensioni e
spessore • sfere (nodi) di varie dimensioni in acciaio opportunamente sagomate e filettate per
consentire l’avvitamento e il collegamento delle aste tramite viti. Il kit permette l’assemblaggio e il montaggio in cantiere di strutture reticolari.
Pro
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Tetraedro
Pro
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Asta 50 x 50 Asta 60 x 60 Asta 70 x 70
Vincolo elastico con rigidezza traslazionale della colonna
Strutture reticolari in legno
Tettoie a semplice falda Maglia 9,5 x 19 x 1,34 m
Pro
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20
Pro
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Sollecitazioni massime
Neve dominante e vento agente su metà campata lunga verso il basso Sforzo normale [kN]
Sfruttamento [%]
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Sollecitazioni massime Aste 50 x50
Neve dominante e vento agente su metà campata lunga verso il basso Sforzo normale [kN]
Sfruttamento [%] Pro
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22
Pro
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Collegamento con dado Larsen
1 2
3 4
• Fase 1: 2 fori per la barra filettata (a) e dado Larsen (b) • Fase 2: Avvitare la barra filettata (a) nel dado Larsen (b) • Fase 3: Inserimento della bussola (c) • Fase 4: Regolazione e avvitamento nella sfera
a
b
c
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• Fase 1: 2 fori per i bulloni (a) e inserimento della vite (b) nel foro della piastra (c)
• Fase 2: Inserimento della piastra (c) e dei bulloni (b) • Fase 3: Serraggio dei bulloni (b) sulla piastra (c) e inserimento della bussola (d) • Fase 4: Regolazione e avvitamento nella sfera
23
Pro
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Collegamento con piastra esterna
1 2 3 4
a
b
d
c
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Pro
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Verifica collegamento con dado Larsen L’ EUROCODICE 5 e la CNR-DT-206-R1-2018 non prevedono una verifica specifica per questa tipologia di collegamento. Tuttavia ci si può ricondurre all’unione a doppio piano di taglio con piastra di acciaio di qualsiasi spessore posta internamente all’elemento ligneo. La resistenza del solo elemento ligneo risulta essere la più gravosa, e la rottura viene raggiunta per rifollamento.
k mod = 1 è il coefficiente di correzione della resistenza f h,0,m = 0,082 (1-0,01d) rmean è il valore medio della resistenza a rifollamento per a = 0° b = 50 mm è la dimensione del lato della sezione trasversale d = 20 mm è il diametro del dado Larsen rmean = 740 kg/m3 è il valore medio della massa volumica del legno rmean ,s = 870 kg/m3 è il valore medio della massa volumica del legno ricavato da prove sperimentali
Resistenza dell’unione F v,Rm = 48,29 kN
PROVA SPERIMENTALE
FORMULA ANALITICA
ERR %
1 52.334
48.29
8.37%
2 49.562 2.63%
3 52.423 8.56%
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Pro
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Configurazione di prova
Sono stati eseguiti dei test di trazione su provini di lunghezza 80 cm. La configurazione di prova riproduce le condizioni di vincolo previste in opera.
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Pro
f. In
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Risultati prove sperimentali Rottura del collegamento
Provino 1 Dado Larsen parallelo alle
fibrature delle lamelle
Provino 2 Dado Larsen perpendicolare
alla fibratura delle lamelle
Provino 3 Dado Larsen perpendicolare
alla fibratura delle lamelle
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Risultati prove sperimentali Carico - Stroke
Pro
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Pro
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Risultati prove sperimentali Carico – Spostamento medio --- > Rottura del collegamento