Travi Composte Acciaio-Calcestruzzo del tipo Slim Floor: le verifiche in fase di costruzione

PARTE 1 - LE VERIFICHE IN FASE DI COSTRUZIONE

Premessa
Il presente è il primo di tre articoli dedicati alle verifiche di travi composte acciaio-calcestruzzo del tipo SlimFloor. Convenzionalmente, le travi composte acciaio-calcestruzzo sono costituite da un profilo HE o IPE connesso a una soletta di calcestruzzo mediante dei connettori che, attraverso la trasmissione degli sforzi di taglio, impediscono lo scorrimento e garantiscono il comportamento a sezione composta (sezione (a), Figura 1). Alla soletta di calcestruzzo è affidata la resistenza a compressione, mentre il profilo in acciaio è deputato a resistere agli sforzi di trazione e taglio.

Figura 1 – Travi Composte Acciaio-Calcestruzzo: (a) sezione convenzionale, (b) sezione partially encased, (c) SlimFloor.

La presenza della soletta in calcestruzzo aumenta la stabilità locale e laterale del profilo in acciaio e la resistenza a momento flettente positivo. L’utilizzo di una sezione del tipo Partially Encased (sezione (b), Figura 1) aumenta ulteriormente la stabilità del profilo e incrementa la resistenza a fuoco, grazie al confinamento laterale offerto dal riempimento di calcestruzzo.

Un’opzione molto valida che si è diffusa nell’ultimo decennio è rappresentata dalla tipologia SlimFloor (Sezione (c), Figura 1), che si configura come un profilo asimmetrico completamente annegato nel getto di calcestruzzo, ad esclusione della faccia di intradosso dell’ala inferiore. Tra i vantaggi derivanti dall’utilizzo di una sezione di tipo SlimFloor:
• Riduzione dello spessore dell’impalcato con conseguente aumento dell’altezza netta di interpiano;
• Utilizzo ottimizzato delle resistenze dei materiali, con diminuzione del quantitativo di acciaio in zona compressa;
• L’utilizzo dei connettori a taglio è superfluo;
• Eliminazione del fenomeno del buckling flesso-torsionale in fase di esercizio (calcestruzzo indurito);
• Ulteriore incremento della resistenza a fuoco;
• Riduzione dei costi di costruzione.

Le strutture composte acciaio-calcestruzzo sperimentano due fasi distinte in cui il comportamento, sia dei singoli costituenti che del complesso, varia in maniera sostanziale. Queste due fasi sono dette Fase 0 (Construction Stage) e Fase 1 (Normal Stage).

In Fase 0 tutte le resistenze sono affidate esclusivamente al profilo in acciaio, con il getto di calcestruzzo fluido che rappresenta un mero carico. In Fase 1 il getto di calcestruzzo diventa solidale, con un completo comportamento composito (Fully Connected Composite Beam) se sono rispettate alcune condizioni. L’intero studio della Fase 1 è argomento del secondo articolo.

1. Fase 0: comportamento, casi di carico e verifiche.
Si considera la trave SF2 dell’impalcato rappresentato in Figura 2.

Figura 2 – Schema elementare di impalcato costituito da 7 travi di tipo SlimFloor.

La sequenza costruttiva conduce ai seguenti casi di carico riportati in figura 3:
(i) Alleggerimento solaio e carico da costruzione su un solo lato;
(ii) Alleggerimento solaio, carico da costruzione e getto su un solo lato;
(iii) Alleggerimento solaio e getto su entrambi i lati, carico da costruzione su un solo lato;
(iv) Alleggerimento solaio, carico da costruzione e getto su entrambi i lati.

urante getto, presa e indurimento del calcestruzzo, la resistenza è affidata esclusivamente al profilo in acciaio che potrebbe essere interessato da fenomeni di instabilità flesso-torsionale delle parti in compressione. In maniera conservativa, si trascura l’attrito tra alleggerimento e piatto inferiore che fornisce un leggero vincolo laterale per la parte tesa. Quando il profilo è completamente annegato nel calcestruzzo indurito (Fase 1), l’instabilità flesso-torsionale è impedita. A differenza del buckling torsionale laterale dove la trave ha sempre la propensione a formare una singola semionda, il buckling distorsionale laterale può comportare la formazione di diverse semionde lungo la parte non vincolata. La lunghezza di semionda di energia minima rappresenta la lunghezza elastica critica, che può essere maggiore o minore della lunghezza libera di inflessione. Per cui, si raccomanda di evitare il getto per fasi allo scopo di evitare fenomeni di buckling distorsionale laterale.

Un generico profilo di acciaio asimmetrico è soggetto, nella fase di getto, a sollecitazioni combinate di flessione e torsione (vedi Figura 4). Il carico applicato può essere ricondotto a una coppia torcente T e un carico concentrato W passante per il centro di taglio. Questi carichi sviluppano un momento flettente M intorno all’asse orizzontale x-x e inducono una rotazione della sezione.

Figura 3 – Casi di carico in Fase 0 (Fase di costruzione).

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