Prove cicliche a taglio laterale di elementi prefabbricati con profili di alleggerimento e connessioni meccaniche

Un innovativo elemento di muro portante prefabbricato con elementi di alleggerimento interni e connessioni meccaniche è stato recentemente proposto come un’evoluzione dei sistemi tradizionali a grandi pannelli impiegati per la costruzione di edifici residenziali.
Il comportamento flessionale del muro proposto è stato oggetto di precedenti attività di ricerca che hanno incluso prove sismiche su un edificio multipiano in scala al vero.
L’articolo presenta i risultati di prove di taglio laterale cicliche svolte presso il laboratorio LPMSC del Politecnico di Milano su quattro elementi di muro rivolte alla caratterizzazione del comportamento meccanico del muro a taglio con l’impiego di differenti schemi di disposizione di armatura di parete.
Sono stati identificati diversi modi di rottura a taglio, da taglio-trazione diagonale in muri debolmente armati a taglio-scorrimento orizzontale in muri maggiormente armati. Un modello puntoni e tiranti è stato inoltre impiegato per fornire un’interpretazione ingegneristica ai risultati sperimentali.

Le strutture a pannelli prefabbricati in calcestruzzo vengono utilizzate comunemente in tutto il mondo per la costruzione di edifici residenziali. Questo articolo riporta e commenta i risultati di alcune prove monotone e cicliche eseguite su muri portanti prefabbricati sottoposti a carico orizzontale.

Il muro in esame appartiene a un innovativo sistema di costruzione chiamato Domus® brevettato da DLC Consul- ting (Dal Lago 2002, 2006), successivamente modificato in Domus Dry^® (Dal Lago 2012a, Dal Lago et al. 2016), alleggerito internamente attraverso cavità verticali vuote o blocchi di polistirolo posizionati in modo da identificare un telaio pieno controventato da pareti sottili.

Elementi prefabbricati di muro con alleggerimenti sono stati trattati in letteratura princi- palmente con riferimento a pannelli alveolari, aventi più modesto alleggerimento e la nota difficoltà tecnologica di inserimento di armature trasversali (Bora et al. 2007; Hamid and Mander, 2010; Chu et al.2017; Xiong et al.2018; Xu e Li, 2019).

La tipologia di muro oggetto di studio è stata precedentemente sottoposta a prove sismiche su un edificio multipiano in scala al vero effettuati nell'ambito del Progetto Safecast (Negro et al. 2013), rivolte a caratterizzarne il comportamento strutturale a flessione (Dal Lago et al. 2017), mentre la capacità portante a taglio e le modalità di rottura ad essa legate sono oggetto del lavoro qui presentato.

Esecuzione delle prove

Quattro provini costituiti da muro e fondazione sono stati progettati e realizzati nell'ambito del program- ma sperimentale. Sebbene le cavità siano vuote nei progetti usuali, questi provini sono stati prodotti con blocchi di polistirolo prismatici su tavolo orizzontale in un impianto in cui non erano presenti le sofisticate casseforme verticali necessarie per ricreare queste cavità (Dal Lago e Dal Lago, 2018).

L'elemento si caratterizza per la presenza di una struttura a portale monolitico, rinforzata da due sottili strati di calce- struzzo su entrambe le facce esterne a ricoprimento degli alleggerimenti in polistirolo (Fig. 1a). Alla ba- se dei pilastri laterali in calcestruzzo armato della struttura a telaio, è installato un dispositivo meccanico denominato Kaptor (Dal Lago 2012) per con- nettere il muro superiore al muro sottostante o, come nelle prove eseguite, alla fondazione (Fig. 1b). Questo è costituito da una coppia di spesse piastre d'ac- ciaio con foro centrale per il passaggio di altrettante barre verticali che sporgono dall'elemento sottostante.

Quattro barre di armatura longitudinali sono collegate alle piastre attraverso una filettatura eseguita sulle sezioni allargate per ricalcatura dell'estremità inferiore. Barre arcuate aggiuntive sono saldate alle piastre per compensare la riduzione del volume del calcestruzzo a causa degli incavi unilaterali richiesti dai dadi per essere avvitati nei bulloni M27. Il dispositivo può essere considerato un accoppiatore sovradimensionato, progettato in accordo con il principio di gerarchia delle resistenze per consentire il pieno sviluppo di plasticità delle barre longitudinali.

Il dispositivo impiegato rappresenta un'evoluzione sperimentale rispetto al progetto originale (Dal Lago, 2012; Dal Lago et al., 2016), dal quale differisce per il dettaglio del collegamento tra barre e piastra precedentemente descritto.

La geometria e i dettagli di rinforzo dei diversi campioni di parete sono mostrati nella Fig. 2. Il rinforzo longitudinale è costituito da 4 barre Æ16 collegate a 2 dispositivi Kaptor su ciascun pilastro laterale. Il provino 1 è un elemento di muro di dimensioni 4.8x2.5x0.25 m in cui non viene inserita nessuna armatura a taglio nei sottili strati di calce- struzzo sulle le due facce (Fig. 2a). Lo spessore delle due pareti esterne è di 50 mm.

Il provino 2 ha la stessa geometria e armatura del provino 1 con l’aggiunta di due maglie di rete saldata Æ8/15 (una maglia per faccia, Fig. 2b). Il provino 3 ha dimensioni 3.6x2.5x0.30 m dove, oltre alle due reti metalliche saldate Æ8/150, sono posizionate sulle diagonali 16 barre Æ10 (4 barre per diagonale per ciascuna delle due facce di calcestruzzo) per migliorare la resistenza a taglio dell’elemento (Fig. 2c). Lo spessore delle due pareti esterne è di 75 mm.

Il provino 4 ha la stessa geometria e rinforzo del provino 3 con l’aggiunta di guaine lunghe 60 cm installate su tutte le armature verticali sopra la connessione Kaptor. I provini 1 e 2 sono specificatamente creati per studiare i modi di rottura del muro a taglio e l’influenza della disposizione di un’armatura minima di parete.

I provini 3 e 4 hanno spessore e rinforzo a taglio maggiori poiché sovradimensionati nei riguardi del taglio-trazione diagonale per ottenere una rottura di tipo flessionale o studiare modalità di rottura a taglio alternative. Le guaine introdotte nel provino 4 hanno la finalità di permettere un più ampio svi- luppo di lunghezza di plasticizzazione delle barre longitudinali, così come precedentemente introdotto in Dal Lago et al. (2017).

La fondazione è una trave prefabbricata a T rovescia armata con 2Æ12 superiori e staffe Æ8/20.

Assemblaggio della connessione

Il collegamento viene realizzato secondo le seguenti fasi: (I) avvitamento del dado inferiore sulla barra filettata sporgente dalla fondazione; (II) posizionamento del muro; (III) avvitamento parziale dei dadi superiori per motivi di sicurezza nella fase transitoria; (IV) regolazione della verticalità avvitando i dadi inferiori; (V) serraggio dei dadi superiori (è richiesta una chiave torsionale speciale a causa del poco spazio disponibile); (VI) installazione del casseforme locale temporaneo; (VII) colata della malta antiritiro ad alta resistenza; e (VIII) rimozione del casseforme dopo l'indurimento della malta. Per i campioni è stato utilizzato calcestruzzo C45/55, acciaio B450C per barre e staffe e B450A per reti saldate. Il completamento delle connessioni verticali è stato effettuato con malta Ruredil Exocem G1.

FIGURA 1: Geometria del muro con alleggerimenti interni prismatici (a), giunzione Kaptor (b)

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Days - Aprile 2021

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