Colonne in c.a. rinforzate con incamiciatura in acciaio: definizione della reale capacità portante

 

 

L’incamiciatura metallica di pilastri in c.a. mediante angolari e calastrelli (steel jacketing) è una tecnica comunemente adottata, per migliorare la capacità resistente e deformativa di edifici esistenti.

Nel caso in cui gli angolari non siano direttamente posti in contatto con le zone nodali (in corrispondenza di travi e solai), la definizione del modello computazionale della sezione trasversale deve essere gestita con cautela poiché differente è il regime di trasferimento degli sforzi che si instaura.

Nel caso di applicazione di uno strato intermedio di malta fra acciaio e calcestruzzo, l’effettiva capacità di carico degli angolari è funzione della pressione di laterale confinamento, della coesione e del coefficiente di attrito fra i materiali.

L’attribuzione di tali parametri meccanici non è immediata e la definizione del modello computazionale richiede accorgimenti specifici. Il presente studio è dedicato all’implementazione di un modello numerico per le sezioni in c.a. rinforzate, includente gli effetti dell’interazione attritiva di interfaccia. Il modello è calibrato e validato attraverso il confronto con i risultati di una campagna sperimentale su campioni di colonne rinforzate soggette a compressione e pressoflessione. Sulla base dei risultati viene infine proposta una procedura analitica semplificata per la definizione dei domini di resistenza delle sezioni rinforzate, fornendo i parametri di taratura del legame stress-block per il calcestruzzo.

 

Il rinforzo di pilastri in c.a. mediante l’uso di angolari e calastrelli metallici (steel jacketing) è ampiamente utilizzato per migliorare la capacità resistente e deformativa di edifici esistenti specialmente quando questi sono carenti di dettagli sismici o si trovino in condizioni critiche anche nei confronti dei carichi verticali.

Diversi autori (Braga et al. 2006, Montuori e Piluso 2009, Nagaprasad et al. 2009) hanno condotto studi teorico-sperimentali sulla capacità di tali sistemi di rinforzo nel caso in cui gli angolari siano direttamente connessi in corrispondenza delle intersezioni con le travi e i solai (Fig.1a). Spesso in tali condizioni l’intervento risulta di difficile esecuzione, in quanto richiede la realizzazione di una perfetta connessione tra gli elementi. Si preferisce talvolta realizzare interventi in cui gli angolari non si trovino a diretto contatto alle estremità (Fig.1b), accoppiandoli alle colonne con l’ausilio di malte cementizie a ritiro compensato, per migliorare l’aderenza tra le superfici. In queste condizioni la valutazione della capacità diviene più complessa e la formulazione di modelli numerici o analitici risulta affetta da maggiori incertezze.

Per tale motivo, il contributo in termini di incremento di capacità portante in compressione e flessione associato agli angolari viene spesso trascurato nei modelli computazionali, così come anche suggerito da diverse normative tecniche (EC8, NTC 2008), in cui l’incremento di resistenza è attribuito al solo effetto dato dal confinamento.

Nonostante ciò, ulteriori studi (Adam et al. 2007, Adam et al. 2009, Calderon et al. 2009, Badalamenti et al. 2010, Campione et al. 2015), hanno dimostrato che anche nel caso in cui non sia garantito il perfetto contatto alle estremità, gli angolari sono ugualmente nella condizione di assorbire carico e fornire un contributo flessionale. In questi casi il carico verticale assorbito dagli angolari è funzione della pressione laterale di confinamento ma risulta condizionato dai parametri che regolano l’aderenza (coesione e coefficiente di attrito) tra l’acciaio degli angolari e la malta di interfaccia, parametri non sempre di facile previsione. Ai fini della definizione di un modello computazionale (numerico o analitico) è necessario tenere in considerazione tale interazione.

Sulla base di una campagna di indagini sperimentali su campioni di colonne in c.a. rinforzate e non rinforzate, il presente lavoro mira alla definizione di un modello sezionale specifico, proponendo la definizione di una legge costitutiva equivalente da attribuire agli angolari ed in grado di incorporare gli effetti attritivi nella valutazione della capacità. La definizione dei parametri di governo (dipendenti dai valori della coesione e del coefficiente di attrito) è derivata attraverso il confronto numerico-sperimentale.Viene inoltre proposta una formulazione analitica del modello sezionale valutando la taratura di un legame di tipo stress-block per il calcestruzzo, in funzione della duttilità e del fattore di incremento della resistenza ottenuto per effetto del confinamento. 

 

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