Caratterizzazione sperimentale di pilastri centrifugati in HSC (High Strength Concrete)

Panoramica delle attività di ricerca su pilastri centrifugati in HSC (High Strength Concrete) svolte presso l’Università di Tongji (Cina).


L’attività di ricerca presso l’Università di Tongji (Cina)

A partire dal secondo dopoguerra, la pratica comune nella realizzazione di edifici civili ed industriali, ha privilegiato l’utilizzo di strutture prefabbricate. Nello specifico, le colonne industrializzate in calcestruzzo armato atte a realizzare strutture pendolari sono state di gran lunga l’elemento lineare di maggior successo tra le strutture in elevazione. I benefici che si sono tratti da questa scelta sono principalmente riconducibili alla velocizzazione delle fasi di cantiere e all’aumento della qualità del costruito.

Con l’affinarsi delle tecniche di fabbricazione industrializzata e delle performance del calcestruzzo stesso (secondo i più moderni FPC ed ai sensi delle classificazioni Europee come la EN 206), le prestazioni dei suddetti manufatti sono notevolmente incrementate. 

Nell’attuale mercato delle costruzioni si propongono comunemente colonne composte acciaio calcestruzzo per le quali è definitivamente sdoganato l’utilizzo di calcestruzzi alto-resistenti fino alla classe C70/85, prodotti con processo di centrifugazione in cassero. 

Il presente contributo fa il rendiconto delle attività di ricerca, su questa categoria innovativa di prodotti, svolte presso l’Università di Tongji (Cina). Tali sperimentazioni sono state condotte per conto di Tecnostrutture srl dal gruppo di ricerca del professor Chen con menzione dei contributi apportati da ricercatori, al fine di comprendere i meccanismi resistenti e i possibili sviluppi industriali e tecnici.

 

Il comportamento dei pilastri centrifugati in HSC

Grazie alla definizione del legame costitutivo validato, per calcestruzzi ad alte resistenze (in seguito “HSC”),a cura di Cusson and Paultre nel 1995, ed alla successiva caratterizzazione strutturale (e.g. Paultre et al. 2001 and 2009), l’utilizzo di questo tipo di miscele è andato diffondendosi anche nella prefabbricazione di opere civili ed industriali.

Sia a livello italiano (NTC 2018) che Europeo con gli Eurocodici, sono permessi approcci numerici al design di colonne composte con calcestruzzi fino a una classe C70/85 (C100/115 in caso di Eurocodici, ma con limitazioni in base agli annex nazionali).

L’introduzione nel mercato ai sensi del Regolamento Europeo 305:2011 di questi elementi prefabbricati può essere fatta in accordo alla normativa armonizzata EN 13225 con i relativi metodi di marcatura CE. Tuttavia, materiali così maggiormente performanti, in termini di resistenza caratteristica, possono far sorgere dubbi riguardo il loro effettivo utilizzo in abbinata a sistemi strutturali tradizionali; la trasmissione di elevati carichi di esercizio e ultimi richiede l’esame critico dei dettagli strutturali tipologici al fine di garantire una gerarchia di resistenze, non solo intesa dal punto di vista sismico, ma soprattutto di proporzione statica del costruito.

Se a questo panorama si aggiunge un’innovativa tecnica di fabbricazione industriale degli elementi in calcestruzzo armato, mediante centrifugazione dell’elemento, i temi da validare aumentano e le caratteristiche da sperimentare s’intuiscono facilmente:

  1. Verifica del metodo di calcolo per sezioni centrifugate in HSC;
  2. Verifica della trasmissione di carichi assiali elevati fra tronchi successivi di colonne in HSC;
  3. Misura della duttilità nella connessione trave – pilastro;
  4. Ottimizzazione industriale delle specifiche di fabbricazione.

L’elenco di cui sopra racchiude i principali temi indagati nelle ricerche commissionate dall’italiana Tecnostrutture srl al team di lavoro del professor Chen presso l’Università di Tongji, Cina [2008-2010].

La campagna sperimentale della ricerca ha riguardato test su di una serie di provini realizzati tramite assemblaggio di componenti industrializzati. In primis si è provveduto al montaggio di due conci di colonna successivi (per la verifica dei p.ti 1, 2, 4) a seguire si è provveduto alla realizzazione di una connessione in struttura mista acciaio-calcestruzzo tra una trave tralicciata e lo stesso pilastro centrifugato con calcestruzzo HSC (in accordo al JTG E30-2005) per la verifica del punto 3. 

I test effettuati sono stati di due tipi: statici con carico assiale crescente fino al collasso del provino (punti 1, 2, 4) e ciclici con carico alternato crescente fino al collasso del provino (punto 3). 

 

Caratterizzazione statica dei pilastri

Trasmettere i carichi elevati che elementi in HSC possono assorbire attraverso gli interpiani è prerogativa delle colonne industrializzate che si sviluppano in più tronchi (anche detti “elementi pluripiano”). Se a tutto ciò si aggiunge l’utilizzo, nella realizzazione dell’impalcato, di strutture autoportanti, allora la statica e la stabilità dell’elemento vanno ad influire anche nella sicurezza delle fasi provvisionali della costruzione. Al fine dunque di indagare la trasmissione del carico assiale nelle colonne centrifugate, validando il calcolo della colonna stessa e del collegamento tra tronchi successivi, si è deciso di testare dei campioni di colonna alti 2 [m] realizzati in due diversi segmenti (lunghi 750 [mm] di sezione ovale 550x330 [mm]) connessi ad un elemento interpiano. Il setup previsto per la prova assiale ha voluto prescindere da condizioni di confinamento al nodo dovute all’impalcato. In questa maniera il test è stato indicativo sia per la fase provvisionale sia per quella finale d’uso della colonna prefabbricata (con le dovute interpolazioni numeriche). Numericamente l’approccio di calcolo applicato alla connessione è quello di una carpenteria saldata secondo EC3, mentre per la colonna stessa l’EC2 per sezioni acciaio-calcestruzzo.

Caratterizzazione sperimentale di pilastri centrifugati in HSC (High Strength Concrete)

Schema di prova assiale e foto primo test eseguito (Figura 1)

 

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