Valutazione dedotta da prove di carico dell’effetto di vincolo flessionale indotto da sistemi d’ancoraggio sollecitati a torsione

Il noto problema professionale che frequentemente in fase di collaudo si pone, ovvero il confronto tra freccia di calcolo e freccia misurata di strutture soggette a prove di carico, viene sovente risolto con una valutazione interpretativa in base alla quale, se lo spostamento di prova è inferiore a quello di calcolo l’esito è da considerarsi positivo,  con la differenza da imputare a tutte quelle semplificazioni di calcolo tra cui il comportamento dei vincoli spesso assume un ruolo fondamentale (oltre ad altri fattori  non meno importanti quali la definizione del modulo elastico, fessurato o non fessurato nel caso del calcestruzzo, la collaborazione laterale e il comportamento a piastra ortotropa nel caso dei solai).   L’assunzione di vincoli come cerniere, seppure giustificata da scelte a favore della sicurezza spesso allontana i risultati delle prove reali dai valori di calcolo lasciando al progettista la   consapevolezza della convenzionalità dei calcoli effettuati e, talvolta, il committente con l’impressione non positiva del sovradimensionamento. 

Peraltro  la sismica insegna che l’irrigidimento dei vincoli attira azioni sismiche di maggiore intensità, per cui la modellazione a pura cerniera può, secondo quest’ottica, risultare non a favore della sicurezza, se non corrisponde alla effettiva configurazione del vincolo.

Talvolta però diventa opportuno o necessario individuare   il comportamento della struttura in fase deformativa nel modo più realistico possibile, in particolare nel caso in cui la limitazione degli spostamenti sotto carico deve essere garantita per un adeguato utilizzo della struttura. A tale proposito riporto un significativo episodio:  il Prof Pozzati, coadiuvato dal Prof. Zarri, durante le prove di carico dei gradoni prefabbricati destinati all’ampliamento dello stadio Dall’Ara in occasione dei mondiali del ’90, prova effettuata nell’area del cantiere, con soddisfazione evidente  faceva osservare come la freccia del gradone caricato, e sotto l'azione dinamica che simulava la folla in fase di “effetto goal”,  si discostava ben poco da quella emersa  con l’applicazione del “metodo di Ehlers”, che  aveva suggerito di utilizzare in sostituzione dei  metodi semplificati che in deformazione  fornivano risultati non a favore della sicurezza. Ciò gli servì per dimostrare l’opportunità di un collegamento longitudinale iperstatico dei gradoni con getti integrativi in cantiere. 

Valutazione delle azioni flessionali dei vincoli di struttura metallica destinata al sostegno di scale mobili

Nel caso in oggetto due strutture in acciaio a mensola (intendendo con il termine l’intera struttura di fig. 1), realizzate in aderenza a strutture preesistenti in calcestruzzo armato, e inserite in un sistema tridimensionale dotato di controventamenti per lo scarico di azioni orizzontali, sono destinate a ricevere il carico trasmesso dall’installazione di scale mobili (fig.2) nell’atrio dell’arcispedale Santa Maria di Reggio Emilia, con un servizio relativo a un dislivello di 4,50m.

Per le mensole sono possibili, oltre all’appoggio di base, collegamenti laterali ai pilastri esistenti in calcestruzzo armato, realizzati al piede e alla testa del piedritto,  così da realizzare il  modello strutturale  indicato in fig. 3;

collegamenti che contribuiscono all’obiettivo di limitare l’abbassamento dell’appoggio superiore delle scale mobili, obiettivo che giustifica anche l’adozione per il piedritto di una IPE 450, di elevata rigidezza nel piano di flessione della mensola. 

La realizzazione   tramite tasselli con ancorante chimico distribuiti ai lati dei   profilati (fig. 4 e 5) della mensola permettono la trasmissione di azioni flessionali alla struttura (M1 e M2 in fig. 3)   in funzione della propria rigidezza torsionale.

La prova di carico, mediante l’applicazione di un carico concentrato alle estremità delle mensole, di entità pari al carico variabile massimo di progetto   600daN/m2, ha fornito spostamenti nel nodo 4 e nodo 3, rispettivamente verticale e orizzontale, di entità   leggermente differente per le due mensole.

Essi si differenziano però anche dagli spostamenti che il modello fornisce in caso di assenza di vincoli flessionali (M1=M2=0) e in caso di incastri nei nodi 1 e 2.  In base ai valori di prova, assunti pertanto come dati noti del problema,     sono  calcolate le sollecitazioni M1  e  M2  indotte dai collegamenti. 

Queste, dipendenti dalla rigidezza torsionale del sistema d’ancoraggio a tasselli chimici, non sono desumibili infatti a livello di progetto in quanto, se da un lato esiste una  completezza di dati e informazioni sulla resistenza dei fissaggi con ancoranti chimici, nonché delle modalità di verifica secondo gli stati limite ultimi o di esercizio,  dall’altro la rigidezza  torsionale di un collegamento di questo tipo, dipendente da svariati fattori, soprattutto esecutivi, non è di fatto desumibile sulla base dei dati tecnici forniti dai produttori.

Si osserva che il carico di prova corrisponde all’applicazione del carico variabile, successiva all’applicazione del carico permanente costituito dal peso dell’impianto delle scale mobili, e precedente a un eventuale incremento di carico dovuto ad azione sismica (componente verticale). Pertanto nel percorso del carico di progetto   il carico variabile corrisponde a un incremento di carico pari al   (2700daN/10090daN)= 27% a partire da un carico già applicato corrispondente al (3750/10090)=37%,  con l’azione sismica stimata nel restante 36%del carico totale. 

Pertanto le sollecitazioni calcolate nelle membrature, come nei tasselli dei collegamenti, e gli spostamenti misurati in fase di prova costituiscono una frazione dei valori complessivi. 

Tuttavia, in particolare per gli spostamenti, l’attenzione si concentra proprio sui valori indotti dal carico variabile per una stima dell’accettabilità in esercizio (stato limite di deformazione).

Problema strutturale
SEGUE IN ALLEGATO