Sperimentazione e progettazione di giunti a diamante con cappi per muri prefabbricati portanti

La memoria tratta della caratterizzazione del comportamento meccanico di un giunto per strutture prefabbricate a muri portanti realizzato con cappi di acciaio ad alta resistenza sporgenti da un recesso a forma di diamante ricavato nei muri. Dopo l’inserimento di una barra in acciaio nell’impronta circolare data dalla sovrapposizione dei cappi, il giunto viene completato con un getto di malta ad alta resistenza antiritiro.

Una campagna sperimentale è stata realizzata presso il laboratorio LPMSC del Politecnico di Milano congiuntamente con DLC Consulting al fine di caratterizzare la resistenza del giunto a puro taglio o a taglio ed azione assiale combinati. Vengono identificati i possibili modi di rottura associati a taglio orizzontale e verticale e ad azione assiale, e vengono proposte formulazioni ad essi associate, includendo interazioni multiassiali. Le regole progettuali proposte permettono di interpretare i risultati sperimentali ottenuti.


Cosa sono le connessioni orizzontali tra muri prefabbricati

Le connessioni orizzontali tra muri prefabbricati in calcestruzzo armato garantiscono la loro mutua collaborazione e sono chiamate a sostenere importanti azioni specialmente nella direzione del taglio verticale al fine di ricreare un comportamento scatolare. Tali connessioni sono tipicamente realizzate mediante il conglobamento di armature sporgenti continue in un getto di calcestruzzo effettuato in cantiere, oppure in alternativa mediante il getto in opera di ridotti volumi di malta ad alta resistenza antiritiro per il riempimento di chiavi di taglio discrete con funi a cappio deformabili in acciaio ad elevata resistenza.

Le connessioni proprie del sistema costruttivo chiamato Domus® ideato da DLC Consulting srl (Dal Lago, 2002 e 2006), successivamente modificato in Domus Dry® (Dal Lago, 2012; Dal Lago et al., 2016) appartengono al secondo tipo.

Studi su connessioni per strutture prefabbricate realizzate con chiave di taglio sono presenti in letteratura (Rizkalla et al., 1989; Soudki et al., 1993 e 1996), al pari di analisi su connessioni realizzate con armature ad U sporgenti (Araùjo et al., 2005; Va- gheia et al., 2013; Kaya et al., 2017; Sørensen et al., 2017 e 2018) o cappi in acciaio armonico (Jørgensen et al., 2015; Biswal et al., 2019) connessi mediante una barra passante e getto di malta. Tale tipologia di connessione trova riferimento nei codici di progettazione più noti, benché con formule che tengono in considerazione solo la resistenza per taglio- scorrimento (fib Bull. 43,65,66; Eurocodice 2-1-1).

Tale connessione, dettagliata e rivisitata per l’impiego nelle pareti portanti del sistema costruttivo preso a riferimento, è stata oggetto di prove sperimentali monotone e cicliche a spostamento monolatero presso il laboratorio LPMSC del Politecnico di Milano nell’ambito di un più ampio programma di ricerca in collaborazione con DLC Consulting.

 

Campagna sperimentale

I provini oggetto di indagine sperimentale sono realizzati accostando e collegando due blocchi di calce- struzzo armato di dimensioni 70x60x25 cm che simulano il giunto a T tra due muri di spessore 25 cm tipici del sistema costruttivo in esame. Ciascun bloc- co è armato con 8ϕ12 longitudinali e staffe ϕ8/30 a 4 bracci. Su una faccia di ciascun blocco è presente una coppia di scassi a forma di metà dia- mante (svasati in tutte le direzioni) da cui fuoriescono dei cappi metallici.

La connessione viene realizzata accostando le facce con i cappi dei due blocchi di calcestruzzo, prima di procedere all’inserimento di una barra metallica passante attraverso i cappi stessi ed effettuare un getto di malta colabile ad alta resistenza e antiritiro.

 

Carpenteria e armatura del provino di muro laterale.

FIGURA 1: Carpenteria e armatura del provino di muro laterale.

 

Nell’ambito della campagna sperimentale si realizzano sei provini, uguali a coppie: (a) due provini con malta semplice, (b) due con malta fibrorinforza- ta mediante fibre metalliche (dosaggio 35 kg/m3, corrispondenti ad una percentuale volumetrica pari a 0.45%) e (c) due con malta rinforzata mediante fibre polimeriche (dosaggio 4 kg/m3, corrispondenti alla stessa percentuale volumetrica di 0.45%).

Tutti i provini sono realizzati con calcestruzzo C45/55, acciaio per armatura B450C e malta tipo Ruredil Exocem G1. Le proprietà meccaniche del calcestruzzo e della malta sono state verificate mediante prove su appositi provini realizzati nella fase di getto dei materiali.

 

Procedura di carico

Per ciascuna tipologia di connessione vengono rea- lizzati due provini per poter effettuare una prova monotona in spinta e una prova ciclica a spostamen- to monolatero in sola spinta eseguendo dei rami ca- rico-scarico con progressivo incremento della forza di carico di 150 kN.

 

Banchi di prova e strumenti di misura

Il muro laterale viene fissato al pavimento rinforzato del laboratorio mediante delle barre di acciaio verti- cali che passano attraverso i fori appositamente predisposti nel provino, che impediscono il sollevamento del blocco inferiore. Lo spostamento orizzontale viene impedito mediante un sistema costituito da una piastra di grandi dimensioni fissata al pavimento rinforzato sotto al martinetto di carico, la quale viene collegata con barre filettate ad una contropiastra che serra il blocco inferiore (muro laterale) al lembo op- posto.

Il blocco superiore (muro di testa), collegato a quello inferiore tramite una coppia di giunti a cap- pio-diamante, viene sollecitato orizzontalmente da un martinetto idraulico con capacità massima di 750 kN. Il banco così realizzato viene utilizzato per gli elementi con malta semplice sottoposti a prova mo- notona (banco A in Fig. 6A) per simulare una con- nessione tra muri a T o a L.

Per le altre prove è stato aggiunto un dispositivo metallico anti-sollevamento per il blocco superiore, ricreando la situazione propria dei collegamenti ad I tra muri, laddove la rigidezza dei muri stessi impedisce l’insorgere di trazioni nelle connessioni. Trattandosi di prove svolte in una sola direzione, le barre verticali sono state poste solo all'estremità del provino vicina al martinetto.

 

Banchi di prova A, B e C

FIGURA 2: Banchi di prova A, B e C

 

Il banco di prova con blocco metallico anti-sollevamento è stato utilizzato sia nella versione con piastra di contrasto deformabile (banco B in Fig. 6B), sia nella versione con piastra di contrasto rigida (banco C in Fig. 6C). La piastra deformabile simula una condizione di estremo libero, tipica ad esempio del muro all’ultimo piano, mentre la condizione di piastra rigida simula la condizione di muro intermedio, sormontato dal muro superiore. Tipologia di provino, prova e banco sono riassunti in Tab.1 per ciascuna delle 6 prove svolte.

 

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

organizzati da aicap e CTE

 

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