Giunto di costruzione TeraJoint: praticità e robustezza in un'unica soluzione

15/07/2019 1857

Verso pavimentazioni industriali sempre più performanti

Scaffalature e sistemi per lo stoccaggio sempre più alti e più pesanti oltre a mezzi di trasporto delle merci sempre più performanti richiedono prestazioni sempre migliori ai pavimenti industriali in calcestruzzo. Richieste di trasferimento di carichi importanti attraverso i giunti riducendo al minimo i movimenti verticali relativi possibili sono alcuni degli aspetti più delicati da affrontare nel progetto dei pavimenti.

Gli attori coinvolti nello sviluppo del progetto di un pavimento industriale solitamente cercano il miglior rapporto qualità-prezzo nel momento in cui si deve scegliere la tecnologia costruttiva. Ma il miglior rapporto qualità-prezzo non significa necessariamente scegliere la soluzione più economica per la costruzione ma piuttosto scegliere una soluzione che offra i minori costi di gestione durante tutto il ciclo di vita del pavimento. Per quanto riguarda questo aspetto il progetto gioca il ruolo più importante.

La progettazione dei pavimenti: fase fondamentale per la durabilità

La progettazione dei pavimenti industriali in calcestruzzo è un’attività piuttosto complessa e i tecnici coinvolti possono fare utile riferimento alla normativa vigente [1].

L'uso di un approccio ragionevole nell'intero processo porta ad ottenere un’appropriata durata dei pavimenti. L’assenza di fessure o la loro presenza limitata nei pavimenti in calcestruzzo sono fattori importanti non solo dal punto di vista estetico, ma hanno influenza sulla stabilità e sulla funzionalità a lungo termine del pavimento. I pavimenti in calcestruzzo sono esposti a variazioni di volume dovute al ritiro del calcestruzzo, all'umidità e alle variazioni di temperatura [2], tutti movimenti che sono contrastati dall’attrito tra la soletta in calcestruzzo e il suo sottofondo.

Il ruolo dei giunti

Per limitare la formazione di fessure è necessario prevedere in fase di progetto il posizionamento di giunti posti a distanze adeguate. I giunti dovrebbero consentire il movimento libero dei bordi della piastra ma limitarne i movimenti verticali relativi.

Ci sono diversi modi per realizzare i giunti di costruzione, ma dal punto di vista della durabilità è molto utile poter usufruire di giunti metallici preformati rinforzati. Soluzioni pratiche e con minima necessità di manutenzione per la realizzazione dei giunti di costruzione sono offerte da Peikko con il prodotto chiamato TeraJoint®.

Sviluppo dei giunti di costruzione TeraJoint® di Peikko

Peikko Group presta molta attenzione alla ricerca e allo sviluppo tecnico del prodotto e in questo articolo si descrivono brevemente le caratteristiche di TeraJoint®, alcune prove di carico effettuate presso l'università di Greenwich a Medway e le relative analisi non lineari ad elementi finiti sviluppate da STU-K, Praga.

TeraJoint® : il giunto di costruzione di Peikko

Il giunto di costruzione TeraJoint® è in linea di principio una cassaforma a perdere per la realizzazione di getti in calcestruzzo per pavimenti industriali. Una volta posizionato accuratamente il giunto esso definisce sia il perimetro della porzione della lastra da realizzare che la sua quota. Il giunto è composto da due profili metallici superiori orizzontali, ad alta precisione e trafilati a freddo con spigoli vivi, provvisoriamente collegati tra di loro da bulloni in plastica con bassa resistenza a trazione. Una serie di pioli è saldata all'esterno dei profili come mostrato nella Figura 1.

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Un lamierino in acciaio è collegato ad uno dei profili superiori realizzando così la sponda del cassero che corrisponde alla profondità del calcestruzzo della piastra. Parti molto importanti del giunto sono i piattelli in acciaio (circolari o rettangolari) dotati di gusci in plastica (vedi Figura 2). Le caratteristiche dei materiali e informazioni più dettagliate sul sistema possono essere trovate in un manuale che può essere scaricato dalle pagine Web di Peikko.

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I profili standard di TeraJoint® sono lunghi 3 m e vengono prodotti con tolleranze di rettilineità estremamente basse per essere in grado di fornire la quota superiore nel modo più preciso possibile. I giunti possono liberamente aprirsi mentre entrambi i profili superiori del giunto sono collegati alle rispettive piastre in calcestruzzo mediante pioli. Comunque, per prevenire eventuali cedimenti differenziali verticali tra le piastre adiacenti ed assicurare il trasferimento delle forze di taglio attraverso il giunto, si utilizzano piattelli resi opportunamente non aderenti e passanti attraverso il giunto. TeraJoint® consente il libero movimento nel piano orizzontale della lastra, grazie alla forma circolare dei piattelli metallici.

I Test di laboratorio

L'università di Greenwich ha eseguito nel laboratorio di ingegneria civile una serie di test sui giunti TeraJoint®. Il setup dei test ha previsto l’utilizzo di due piastre in calcestruzzo portanti, poste su piani rigidi, che sostenevano una piastra intermedia attraverso i piattelli circolari. Le piastre portanti, dello stesso spessore della piastra centrale, sono state vincolate saldamente ai piani rigidi mentre la piastra intermedia veniva caricata nel proprio centro. Gli spostamenti verticali sono stati misurati lungo tutto il perimetro delle piastre.

Il carico applicato è stato incrementato in modo continuo fino alla rottura della connessione. La prima serie di test è stata realizzata utilizzando 24 campioni per studiare pochi parametri rilevanti. Ad esempio sono state oggetto dei test lastre di diverso spessore (tra 100 mm e 250 mm), lastre di diverse dimensioni in pianta (500 mm e 650 mm), due aperture del giunto (10 mm e 20 mm) e due classi di calcestruzzo (C32/40 e C25/30). Le resistenze caratteristiche cubiche del calcestruzzo sono state verificate separatamente per ogni campione e il loro numero per ogni test è stato variabile. Dove sono stati realizzati più di un provino cubico si è preso in considerazione il valore medio tra quelli rilevati. I piattelli principalmente utilizzati nei test sono stati i piattelli circolari di diametro 150 mm, di spessore pari a 6 mm e 12 mm (questi ultimi costituiti da due piattelli spessi 6 mm accoppiati).

giunto-costruzione-terajoint-peikko-3.jpgIn tutti i casi testati si è osservata la rottura del calcestruzzo. La modalità di rottura è più complicata rispetto alla rottura per punzonamento delle solette supportate dai pilastri (Figura 3).

I pilastri che supportano i solai sono molto rigidi in direzione verticale mentre i piattelli sono piuttosto flessibili. Questo è il motivo per cui le formule di [2] sono di difficile applicazione. Quindi non è troppo sorprendente che i risultati del test siano stati inconcludenti riguardo a qualsiasi correlazione con la procedura di progettazione descritta in [1]. Si è verificato infatti che le portate rilevate dai test erano significativamente inferiori rispetto ai valori di resistenza al punzonamento ottenuti dal calcolo secondo [1] adottando equazioni che non sono basate su un ampio programma di test.

Analisi agli elementi finiti

Un modello ad elementi finiti (FEM) è stato sviluppato con l'obiettivo di studiare ulteriori parametri per testare le rotture di TeraJoint®. Ciò ha incluso modelli di rottura del calcestruzzo per trazione. In generale sono stati testati due diversi modelli. Il primo era il “concrete damage plasticity model” e il secondo il “brittle cracking damage model”. Dopo aver provato entrambi i metodi, il “brittle cracking damage model” è stato adottato dal momento che ha fornito risultati più vicini ai risultati dei test. Questo è dovuto al fatto che i parametri del materiale necessari per questo modello erano più facili da ottenere o stimare dalle limitate proprietà specifiche disponibili dai test.

Il “brittle cracking damage model” è caratterizzato dalle seguenti proprietà:

  • è progettato per applicazioni in cui il comportamento è dominato dalla fessurazione per trazione;
  • assume che il comportamento a compressione sia sempre elastico lineare;
  • consente la rimozione di elementi basandosi sul criterio della rottura fragile

Il comportamento post-rottura può essere descritto mediante l’andamento della tensione post-rottura in funzione della deformazione attraverso la fessura, come mostrato in Figura 4.

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Il criterio di rottura fragile è tale che quando uno, due o tutte e tre le componenti locali di deformazione a rottura diretta in un punto del materiale raggiungono il valore definito come deformazione a rottura, il punto del materiale si rompe e tutte le componenti della tensione assumono valore nullo. Se tutti i punti del materiale in un elemento falliscono, l'elemento viene rimosso dalla mesh. In questo modello il criterio di rimozione degli elementi è tale che non appena appare una fessura in un punto del materiale, esso viene considerato rotto.

I modelli numerici consentono di studiare l'influenza dei singoli parametri considerati separatamente sul comportamento dell’elemento studiato, cosa che difficilmente può essere fatta attraverso i test di laboratorio. Procedendo nell'analisi FEM con il “concrete cracking damage model”, è stato effettuato uno studio parametrico per scoprire l'influenza di diversi parametri sul carico di rottura. Tra questi parametri quelli che hanno avuto notevole influenza sul carico di rottura sono stati: la geometria della piastra in calcestruzzo, l’effetto delle dimensioni dei campioni, la geometria dei piattelli, la rigidezza flessionale dei piattelli, le aperture dei giunti tra piastra centrale e piastre di supporto, le proprietà del calcestruzzo o la sensibilità dei modelli a possibili eccentricità di carico.

La Figura 5 mostra la propagazione delle fessure analizzata dal modello numerico per due diverse forme dei piattelli. Le tensioni principali sono espresse dai colori in base alla scala mostrata nelle figure.

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Il sistema giunto TeraJoint® di Peikko offre una soluzione solida e rinforzata per realizzare giunti di costruzione senza manutenzione nei pavimenti industriali in calcestruzzo. TeraJoint® rappresenta una soluzione economicamente vantaggiosa per il ciclo di vita previsto del pavimento. Tuttavia Peikko sta cercando continuamente di migliorare i propri prodotti grazie al proprio team di ricerca e sviluppo.

L’ampio programma di test svolto su TeraJoint® di Peikko ha fornito un gran numero di osservazioni importanti. Ha dimostrato che c'è un bisogno urgente di modifica dei metodi di progettazione esistenti. L'analisi FEM si è rivelata uno strumento efficace per verificare i risultati dei test ed in particolare chiarire l'influenza dei singoli parametri sul comportamento dei giunti, cosa che sarebbe estremamente oneroso e difficile ottenere solo attraverso test di laboratorio.

>> per maggiorni informazioni o scaricare il manuale vai al LINK


Referenze

  • [1] Concrete industrial ground floors. A guide to design and construction. Concrete society Technical report No. 34, Aug. 2013.
  • Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo delle pavimentazioni di calcestruzzo. CNR-DT 211/2014
  • [2] EN 1992-1-1, Eurocode 2 – Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings: 2004.
  • [3] TeraJoint® high quality floor joint system. UK - model. Peikko UK 4/2009.