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Influenza delle tamponature sulla risposta dinamica di edifici in cemento armato

I terremoti verificatisi nel passato, hanno ormai dimostrato con chiarezza che la risposta sismica degli edifici intelaiati in c.a. è fortemente condizionata dalle tamponature. Queste infatti, anche se generalmente catalogate come elementi non strutturali e da sempre e solo pensate per raggiungere adeguate performance nell’ambito dell’isolamento termico-acustico, contribuiscono in misura sostanziale all'irrigidimento, all'irrobustimento, alla capacità di dissipare energia ed all'innesco di una serie di meccanismi di crisi locali e globali della struttura portante modificandone marcatamente il comportamento sia in campo elastico che plastico.
In uno scenario così ampio, si è deciso di concentrare l’attenzione alla fase di comportamento elastico dell’edificio con l’obiettivo di approntare un modello di calcolo per la tamponatura capace di stimare in maniera sufficientemente adeguata, il suo contributo irrigidente per bassi livelli di sollecitazione.
La tesi ha preso le mosse da alcuni studi disponibili in letteratura in cui è emerso che i valori dei periodi fondamentali calcolati con la formula proposta dalle NTC 2008 al 7.3.3.2 risultano essere sempre maggiori di quelli ottenuti sperimentalmente a valle dell’elaborazione ed interpretazione dei dati di un’ampia campagna di misure vibrazionali in rumore ambientale su diverse strutture intelaiate in cemento armato.
Tale sovrastima può essere considerata accettabile relativamente agli Stati Limite Ultimi, ma non per gli Stati Limite di Esercizio.
Pertanto, la corretta stima del contributo irrigidente della tamponatura pare essere irrinunciabile in ragione anche del marcato peso socio-economico legato al suo danneggiamento, decisamente importante anche per terremoti di bassa intensità.
Risulta chiaro quindi, che la corretta modellazione della tamponatura debba tener necessariamente conto delle fase di funzionamento in cui il pannello murario si trova nel momento considerato. In questo contesto, si possono individuare due principali fonti d’incertezza nella stima del contributo irrigidente della tamponatura: la tecnica di modellazione numerica e le caratteristiche meccaniche della muratura costituente.
Muovendo dalle indicazioni di letteratura, si è proceduto ad approntare un modello di tamponatura alla meso-scala tarandolo sulla base di un confronto con i valori di rigidezza in fase elastica ricavati da un’attività sperimentale condotta da Colangelo et al. (1999) su sei campioni di telai piani in calcestruzzo armato tamponati con mattoni forati in laterizio e costruiti in scala 1/2.
Una volta acclarate le buone capacità di rappresentazione della modellazione proposta, si è vagliata l’opportunità di fornire all’analista uno strumento operativo di più semplice e rapido impiego sostituendo il pannello murario con un puntone equivalente. A tal fine, si è calibrata la rigidezza assiale della biella in modo che essa esibisca lo stesso valore di rigidezza del pannello murario in fase elastica di comportamento a taglio.
Evidenziate le potenzialità della modellazione proposta nel caso di telai piani, si è deciso di testare le tre schematizzazioni ideate in riferimento ai valori di frequenze proprie di vibrazione ottenute sperimentalmente da Turker et al. (2015) su un edificio in c.a. in scala ½.
In questo contesto, modellando la tamponatura come elemento bidimensionale, si è ottenuta una ragionevole approssimazione dei risultati sperimentali con scarti sulle frequenze sempre inferiori al 20% al contrario di quanto mostrato dal modello con tamponature considerate solo in termini di massa, il quale fornisce risultati davvero troppo distanti dalle evidenze sperimentali. Anche la formulazione di puntone equivalente proposta, in entrambe le disposizioni, fornisce una buona approssimazione della dinamica reale della struttura al contrario di quanto si ottiene adoperando la formula di Mainstone che restituisce una stima davvero inadeguata rispetto alle valutazioni di sito.
Successivamente si è accennato alla possibilità di impiegare il modello alla meso-scala discusso in precedenza, anche in campo non lineare a valle di alcune modifiche con il software Midas Gen.
Infine, essendo il modulo elastico equivalente della tamponatura il parametro che maggiormente influenza le frequenze proprie di vibrazione, si è proposto un metodo di stima teorico di tipo indiretto come alternativa all’inadeguatezza delle formulazioni normative, ed ai costi elevati delle sperimentazioni di laboratorio.

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INTRODUZIONE      Pagina 1    INTRODUZIONE  Lo  studio  è  dedicato  alle  strutture  intelaiate  tamponate  ed  in  particolare,  alla  valutazione  dell’influenza delle tamponature nella risposta dinamica di edifici in conglomerato cementizio  armato.  In  questo  contesto,  vengono  richiamati  gli  aspetti  principali  della  problematica  discutendo sul ruolo che le tamponature (anche quelle cosiddette non strutturali) assumono  sia nella risposta sismica dell’edificio in fase elastica che nella definizione del danneggiamento  degli elementi strutturali circostanti in fase di comportamento non lineare.   In merito al primo aspetto, che sarà poi il tema principale del lavoro, si discute principalmente  sull’incidenza del contributo irrigidente associato alla tamponatura nei confronti dei periodi di  vibrazione e delle deformate modali del sistema. Queste ultime in particolare, giocano un ruolo  fondamentale nel collegare tra loro il campo di funzionamento lineare con quello non lineare  della struttura, essendo la variazione della curvatura modale messa alla base di valutazioni  inerenti  la  posizione  del  danno  a  valle  di  eventi  sismici.  Nel  prosieguo  del  lavoro  quindi,  vengono  illustrati  i  principali  fenomeni  associati  al  ruolo  che  i  pannelli  murari  di  tompagnamento assumono nella definizione del danneggiamento della cornice strutturale. Si  sono  pertanto  presentate  e  brevemente  commentate  problematiche  quali:  il  collasso  del  pannello fuori del piano, il meccanismo di piano soffice, gli effetti dell’irregolarità in pianta  della  disposizione  dei  pannelli,  la    plasticizzazione  dei  pilastri  a  causa  dell’azione  tagliante  trasmessa dalla tamponatura, la rottura localizzata e fragile di elementi portanti causata dalla  presenza di particolari tipi di aperture nelle tamponature ed infine l’impatto socio‐economico  legato al loro danneggiamento.   Richiamati  quindi  gli  aspetti  principali  della  problematica,  viene  illustrata  l’evoluzione  del  quadro normativo nazionale dal R.D. 193 (1909),  promulgato dopo il disastroso terremoto di  Messina, fino ad oggi, con le NTC 2008 entrate in vigore dopo il terremoto dell’Aquila 2009, e  con un rapido cenno anche alle bozze delle NTC 2017 che a breve entreranno in vigore.   Si  è  quindi  discusso  come  nel  passaggio  da  una  norma  all’altra, a valle delle dure lezioni  impartite da diversi eventi sismici, si sia man mano compresa l’importanza di aspetti come  quello  di  limitare  i  danni  alle  parti  non  strutturali,  verificare la loro resistenza, oltre che la  necessità  di  portare  debitamente  in  conto  il  fenomeno  di  interazione  con  gli  elementi  strutturali circostanti.  

Tesi di Laurea Magistrale

Facoltà: Ingegneria

Autore: Vito Gerardi Contatta »

Composta da 392 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.