Il comportamento delle giunzioni per sovrapposizione al variare della percentuale di barre sovrapposte

Memoria tratta dagli atti delle GIORNATE AICAP 2014, Bergamo 22-24 maggio 2014

SOMMARIO
Nel caso di giunzioni per sovrapposizione delle armature, le principali norme internazionali incoraggiano lo sfalsamento delle barre sovrapposte in modo tale da garantire al giunto la presenza di armature continue. Secondo tali norme la lunghezza di sovrapposizione aumenta al crescere della percentuale di barre giuntate.
La memoria presenta i risultati di una vasta campagna sperimentale condotta al fine di comprendere il comportamento delle giunzioni al variare della percentuale di barre sovrapposte. Sono state testate 24 travi in scala reale con barre di diametro pari a 16 o 20 mm, variando diversi parametri, come la classe del calcestruzzo, la lunghezza di sovrapposizione, il numero e la posizione delle barre sovrapposte. I risultati sperimentali sono sorprendenti: le giunzioni con una porzione di barre sovrapposte presentano una resistenza inferiore a quella con tutte le barre sovrapposte nella medesima sezione. Allo stesso tempo le barre continue garantiscono al giunto una maggiore resistenza di post-picco e duttilità perché snervandosi, permettono di trasmettere una parte del carico anche in caso di collasso della sovrapposizione. In particolare le giunzioni con una lunghezza di sovrapposizione ridotta del 20% o del 40% e con una porzione di armature giuntate (in accordo con le prescrizioni dell’Eurocodice 2) hanno mostrato una resistenza inferiore al campione con il 100% di barre sovrapposte. I risultati sperimentali mettono quindi in discussione la validità delle prescrizioni indicate dall’Eurocodice 2 e dalle norme ACI 318-11 che consentono una riduzione della lunghezza di sovrapposizione nel caso di giunzioni sfalsate.
1. INTRODUZIONE
Le modalità di realizzazione delle membrature in c.a. e i vincoli di trasporto richiedono spesso la realizzazione di sovrapposizioni delle armature longitudinali. Tecniche alternative che prevedono l'utilizzo di manicotti, saldature, pieghe o uncini non sono comunemente impiegate in strutture ordinarie.
Le sezioni caratterizzate da giunzioni sono generalmente considerate come zone deboli e critiche, al punto che le principali normative internazionali per la progettazione di strutture in c.a. incoraggiano di sfalsare le giunzioni per sovrapposizione delle armature.
Si ritiene che sfalsare le sovrapposizioni possa determinare due tipi di benefici: (a) la distanza tra coppie di barre sovrapposte risulta maggiore, incrementando l'effetto del confinamento fornito dal calcestruzzo circostante e (b) le barre continue nella zona di sovrapposizione permettono di trasmettere parte dell'azione anche dopo il collasso della giunzione, riducendo così la fragilità del giunto e garantendo un migliore comportamento post-picco [1, 2].
Mentre è evidente che il rischio di un collasso fragile della giunzione per sovrapposizione risulta ridotto quando solo una percentuale delle armature longitudinali è sovrapposta in una sezione, i fattori con cui la lunghezza di sovrapposizione viene ridotta varia in base alla norma considerata. Non risulta chiaro, inoltre, quali risultati sperimentali o modelli teorici hanno permesso la calibrazione di tali fattori, a causa dei pochi risultati pubblicati in letteratura,
Come illustrato in Figura 1, secondo tali norme la lunghezza di sovrapposizione aumenta al crescere della percentuale di barre giuntate. Ad esempio, quando la percentuale di barre sovrapposte è superiore al 50%, le norme americane ACI 318-11 [3] impongono una giunzione pari ad almeno 1.3 volte la lunghezza di ancoraggio per incoraggiare il progettista a realizzare sovrapposizioni sfalsate [4], mentre pari a 1.5 volte la lunghezza di ancoraggio nel caso si adottino le prescrizioni dell’Eurocodice 2 [5]. Nel Model Code 90 [6] si prescriveva una lunghezza di sovrapposizione fino a 2 volte la lunghezza base di un ancoraggio.
In letteratura i risultati sperimentali che supportano la possibilità di una riduzione della lunghezza di ancoraggio sono limitati a campioni con lunghezza di sovrapposizione molto corte che permettono di mostrare un guadagno in termini di resistenza e duttilità, rispetto a campioni con il 100% di barre sovrapposte, che non si sarebbe realizzato con lunghezze di ancoraggio adeguate. I risultati sperimentali presentati da Magnusson [7] si riferiscono infatti a campioni con una lunghezza di ancoraggio pari a 7.5 volte il diametro delle barre. Tale lunghezza, ben inferiore ai valori comunemente adottati nelle sovrapposizioni, ha permesso di sviluppare solo circa il 35?55% della tensione di snervamento delle barre e, di conseguenza, aumentando la percentuale di barre continue, Magnusson ha potuto misurare un aumento della capacità resistente flessionale delle travi testate. I campioni con 33% o il 50% di barre sovrapposte hanno mostrato rispettivamente il 50% o il 110% di resistenza superiore rispetto alle travi con tutte le barre sovrapposte.
Recenti risultati di una vasta campagna sperimentale condotta da Cairns [2] su giunzioni per sovrapposizioni di barre raggruppate con una lunghezza di sovrapposizione pari a 20 il diametro delle armature hanno mostrato una tendenza opposta: giunzioni sfalsate di barre singole di un fascio di armature risultarono più deboli rispetto a giunzioni realizzate tutte nella medesima sezione. La diminuzione di resistenza della sovrapposizione fu pari al 20%, riducendo la percentuale di barre sovrapposte dal 100% al 33%. I campioni con giunzioni sfalsate presentarono inoltre un comportamento meno fragile, confermando quando precedentemente studiato da Metelli e al. [1]. Tuttavia i risultati di Cairns [2] possono essere stati affetti da fenomeni diffusivi locali e di interazione tra le sovrapposizioni adiacenti, in quanto la rispettiva distanza longitudinale era inferiore al minimo valore suggerito dalle normative (>0.3lb per l'Eurocodice 2).
In un articolo successivo [8], Cairns giustifica i risultati sperimentali con l'effetto di indebolimento, denominato "weakening effect", delle sovrapposizioni sfalsate. In un giunto, le deformazioni delle armature sovrapposte variano da un valore massimo dall'estremità caricata al valore nullo all'estremità scarica, mentre le armature continue presentano deformazioni uniformi. Imponendo il medesimo allungamento tra barre continue e quelle sovrapposte, Cairns mostra attraverso analisi numeriche piane che lo sforzo all'estremità delle barre sovrapposte è maggiore rispetto a quello delle barre continue, per lunghezze di sovrapposizione adeguatamente dimensionate. La maggior rigidezza delle armature sovrapposte rispetto a quelle continue fa sì che l'azione di trazione nel giunto non sia equamente ripartita fra tutte le armature e che, di conseguenza, le barre sovrapposte assorbano una porzione maggiore dell'azione interna.
I risultati di Cairns [8] tuttavia non tengono in conto di fenomeni complessi come lo scorrimento delle armature sovrapposte e il tension-stiffening. L'effetto irrigidente delle armature sovrapposte, che assorbono un'azione maggiore risetto alle barre continue, è stato dimostrato anche analiticamente nel lavoro di Metelli [9], in cui si tiene in conto anche de legame di comportamento sforzo di aderenza-scorrimento, della percentuale di armature sovrapposte e della lunghezza di aderenza.
Nel presente lavoro vengono illustrati i risultati di una vasta campagna sperimentale condotta su travi caratterizzate da diverse percentuali di barre sovrapposte. Sono state testate 24 travi in scala reale con barre di diametro pari a 16 mm o 20 mm, variando diversi parametri, come la classe del calcestruzzo, la lunghezza di sovrapposizione, il numero e la posizione delle barre sovrapposte. Tutte le travi sono caratterizzate dal medesimo copriferro e da un’armatura trasversale pari al 50% delle barre sovrapposte, come indicato nel fib-MC2010 [10].
Confrontando i risultati sperimentali delle travi con armature sovrapposte con quello di travi di riferimento con armature continue, è possibile tratte importanti considerazioni in merito alla resistenza e alla resistenza residua delle giunzionI.
All'interno dell'articolo completo, le prove ed i risultati sperimentali.