Influenza delle caratteristiche meccaniche dell'acciaio da ... - Sismic

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In tale contesto, diventa importante studiare l’effetto che le caratteristiche meccaniche dell’acciaio da armatura hanno sulla duttilità delle sezioni e degli elementi strutturali in c.a., sia nel caso che la progettazione avvenga ipotizzando un acciaio B500B, che per il caso tipico di progettazione con acciaio FeB 44k, quando nella pratica viene utilizzato acciaio Tempcore B500B In questo lavoro viene presentato uno studio parametrico sulla duttilità di una sezione in c.a. ad armatura semplice ed una ad armatura simmetrica, progettate con acciaio tipo FeB 44k o B500B, al variare delle caratteristiche meccaniche effettive dell’acciaio. Poiché lo studio parametrico è stato effettuato con un codice di calcolo che consente sia la determinazione del fattore di duttilità della sezione che l’analisi non-lineare di strutture in c.a. (STRUPL-1C [4,5]), i risultati dello studio parametrico sono stati validati mediante l’esecuzione di due prove sperimentali su degli elementi strutturali in c.a. aventi la medesima sezione ed armatura degli elementi utilizzati per lo studio parametrico. 2. DESCRIZIONE DELLE SEZIONI ED ELEMENTI STRUTTURALI ANALIZZATI Lo studio parametrico sulla duttilità è stato effettuato con riferimento ad una sezione rettangolare semplicemente armata e ad una con armatura doppia e simmetrica. La prima è rappresentativa della sezione di una trave mentre la seconda di un pilastro. La sezione rettangolare adottata ha altezza (h) pari a 300mm e base (b) pari a 200mm. La scelta di un rapporto h/b=1.5 è legata alla considerazione che tale valore è rappresentativo sia per una trave fuori spessore semplicemente armata, che per un pilastro con armatura simmetrica. La geometria della sezione è inoltre governate dalla necessità di contenere le dimensioni del modello per la verifica sperimentale. L’armatura della sezione semplicemente armata è stata dimensionata facendo riferimento all’Eurocodice 2 ed ipotizzando una situazione ideale di contemporanea rottura (deformazione ultima del calcestruzzo εcu=0.0035 e dell’armatura tesa εs=0.010). La scelta di dimensionare l’armatura di contemporanea rottura è legata all’idea di avere la massima duttilità possibile per una sezione progettata secondo normativa nell’ipotesi di una deformazione ultima ammissibile dell’acciaio εs=0.010. Pertanto, le sezioni analizzate costituiscono il caso ideale a cui si dovrebbe tendere nella progettazione quando si abbiano elevate richieste di duttilità. Nel caso di sezioni con armatura doppia e simmetrica, poiché un criterio di contemporanea rottura avrebbe comportato per la sezione una quantità eccessiva di armatura, la percentuale di armatura è stata scelta tale da essere inferiore alla percentuale massima concessa dall’Eurocodice 8 [2] per sezioni di pilastri in classe ad alta duttilità: ρ' ρmax = 0. 0015 + 0. 35 ⋅ ρ fcd (1). f yd Infine, il progetto delle sezioni è stato effettuato considerando un calcestruzzo con resistenza cilindrica caratteristica a 28 giorni fck=25 MPa, tipica per costruzioni ordinarie, e due diverse tipologie di acciaio da armatura: un acciaio tipo FeB 44k ed uno tipo B500B. Le medesime sezioni sono state utilizzate per la successiva fase di sperimentazione, per la quale si sono adottati elementi strutturali a mensola caricati con una forza trasversale all’estremità libera. Questo schema strutturale è stato scelto in quanto la sezione critica dell’elemento è chiaramente identificata dalla sezione di incastro, consentendo così un agevole confronto tra i risultati numerici e sperimentali. Inoltre, tale schema strutturale viene comunemente utilizzato per lo studio della duttilità delle sezione terminali di pilastri, quale quella che si intende rappresentare con una armatura doppia e simmetrica, caratterizzati dall’avere il punto di inversione del momento flettente posto a metà altezza. Le caratteristiche delle sezioni considerate per lo studio parametrico e per la realizzazione dei modelli strutturali sono riassunte in Tab. 1 ed in Fig. 1, rispettivamente. Si osserva che l’area As,th riportata in Tabella 1 rappresenta: (a) per le sezioni semplicemente armate l’area teorica necessaria per ottenere la contemporanea rottura del calcestruzzo e dell’acciaio allo stato limite ultimo; (b) per le sezioni ad armatura simmetrica l’area tale per cui si ottiene ρs
(a) (b) Fig. 1 – Caratteristiche geometriche dei modelli sperimentali. 3. STUDIO PARAMETRICO SULLA DUTTILITÀ L’obbiettivo dello studio parametrico è valutare la variazione del coefficiente di duttilità per le sezioni precedentemente descritte al variare delle caratteristiche meccaniche dell’acciaio impiegato. Ciò ha una notevole rilevanza nella pratica progettuale, poiché le caratteristiche dell’acciaio possono variare sensibilmente al variare del processo produttivo. Infatti, l’acciaio effettivamente utilizzato nella struttura potrebbe avere caratteristiche meccaniche sensibilmente diverse da quelle ipotizzate dal progettista, con un potenziale effetto negativo sulle caratteristiche di duttilità della struttura eseguita. Questo effetto potrebbe essere particolarmente rilevante nel caso di progettazione effettuata ipotizzando un acciaio FeB 44k, poiché l’acciaio utilizzato in fase di realizzazione potrebbe essere del tipo B500B, come avviene nella maggior parte delle costruzioni realizzate nel nostro paese. L’eventuale perdita di duttilità derivante dall’utilizzo di un acciaio diverso da quello ipotizzato in fase progettuale potrebbe essere particolarmente negativa qualora si tratti di strutture realizzate in zona sismica, oppure se durante la progettazione si è fatto ricorso alla ridistribuzione dei momenti flettenti o a metodi di calcolo a rottura, ammessi dalla normativa. Fig. 2 – Caratteristiche dell’acciaio da armatura. Nello studio parametrico, è stato ipotizzato che ad un aumento della resistenza a snervamento dell’acciaio corrisponda una diminuzione lineare della deformazione a rottura (Agt), che è stata fatta variare da un massimo pari a 12%, ad un minimo pari a 5%. Analogamente, si è assunta una diminuzione del rapporto Rm/Re tra la resistenza a rottura e quella allo snervamento al crescere di fy, con un valore massimo pari a 1.30 ed un valore minimo pari a 1.066. Le caratteristiche dell’acciaio utilizzate per lo studio parametrico sono illustrate in Fig. 2. La deformazione dell’acciaio all’inizio del ramo incrudente è stata assunta in tutti i casi pari a εsh=0.01. Il comportamento del ramo hardening viene illustrato come lineare in Fig. 2 esclusivamente per semplicità di rappresentazione. In realtà il legame utilizzato è nonlineare, secondo il legame mostrato in Fig. 3. È importante osservare che l’andamento ipotizzato per l’acciaio
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