I disposti normativi in vigore, che non coprono tutte le diverse tipologie strutturali utilizzate nell’edilizia, forniscono indicazioni e prescrizioni atte a ricondurre il comportamento strutturale a schemi di calcolo, esemplificativi con l’adozione di coefficienti di sicurezza tanto più elevati quanto più alto è il grado di incertezza sull’effettivo comportamento in opera; coefficienti che in taluni casi, esagerati, possono provocare ricadute negative sull’economia dell’opera. La sperimentazione da un lato è in grado di fornire i necessari chiarimenti circa il comportamento strutturale e dall’altro, per alcuni tipi di strutture prefabbricate portanti, è momento indispensabile richiesto per legge e, per elementi prefabbricati prodotti in serie aventi funzioni statiche, è supporto alla preventiva comunicazione al Ministero.
Il laboratorio dispone di un piastrone attrezzato di 20 x 10 metri con 540 punti di ancoraggio della portata di 50 tonnellate ciascuno ed è servito da una gru a portale da 6 tonnellate. Tale attrezzatura, unicamente ai telai di contrasto ed ai sistemi di applicazione e regolazione delle azioni, consente la realizzazione di prove su modelli ed elementi strutturali al vero con forze comunque dirette.
I tipi di prove più diffusi, sia per la loro relativa facilità di esecuzione e costo che per quanto richiesto dai disposti normativi, sono quelli relativi a elementi di solaio, travi, pannelli, telai, nodi. Tali prove forniscono al calcolatore le necessarie conoscenze circa il comportamento dei singoli elementi strutturali e/o dei loro collegamenti. Evidentemente il tipo di prova, le modalità di applicazione dei carichi, le grandezze da determinare e la relativa strumentazione dipendono dall’elemento strutturale e dai problemi che si intendono chiarire.
In linea di principio possono distinguersi due fasi:
1 – applicazione di forze fino ad una prevista condizione di esercizio (fase elastica)
2 – applicazione di forze fino alla rottura dell’elemento per la valutazione del comportamento allo stato limite ultimo e dell’effettivo coefficiente di sicurezza rispetto alle sollecitazioni di servizio o eccezionali (sisma).
Vengono qui di seguito indicate le prove più diffusamente eseguite; tali prove sono state inquadrate per tipologie strutturali.
1. SISTEMI COSTRUTTIVI PREFABBRICATI AD ELEMENTI BIDIMENSIONALI – GRANDI PANNELLI
Introduzione:
L’esistenza della sperimentazione in questo settore è particolarmente sentita poiché la acquisizione di esperienze maturate in altri Paesi deve convenientemente tener conto delle diverse situazioni ambientali e tecnologiche. La stessa circolare ministeriale (6090 dell’agosto 1969) prevede che tali sistemi debbano essere muniti del “certificato di idoneità tecnica” rilasciato dal Ministero a seguito, tra l’altro, di prove e sperimentazioni eseguite sia sugli elementi strutturali che sui loro collegamenti.
Tali prove consentono di valutare l’effettiva rispondenza ai disposti normativi con particolare riferimento alle azioni orizzontali indotte dal sisma ed alla compatibilità delle deformazioni allo stato limite ultimo di resistenza con lo schema di calcolo adottato.
1.1 Prove di compressione semplice su pannelli a tutta altezza
Scopo:
Determinazione del carico di rottura che può avvenire sia per crisi del materiale, sia per instabilità, sia per non corretta disposizione delle armature (instabilità locale), sia per disorganizzazione dei collegamenti tra i vari strati (pannelli non omogenei). Determinazione del piano meccanico medio (in particolare per pannelli non omogenei).
Metodica:
Opportuni accorgimenti consentono la riproduzione del tipo di rottura che si attende nella realtà (formazione di cerniere plastiche alla testa e al piede del pannello).
Riferimenti normativi:
C.E.B. – UEATC
1.2 Prove di compressione semplice su giunti orizzontali di semplice sovrapposizione (pannello superiore giunto – pannello inferiore)
Scopo:
Accertare, in combinazione con la prova di compressione semplice su pannelli interi, che il giunto orizzontale non costituisca punto di debolezza tale da limitare le capacità portanti intrinseche del pannello. Valutare l’efficacia dell’armatura di cucitura del giunto sottoposta a trazione per effetto Poisson.
Metodica:
Opportuni accorgimenti consentono la riproduzione dello schema di comportamento a rottura che si attende nella realtà.
Riferimenti normativi:
C.E.B. – UEATC
1.3 Prove di taglio su giunti verticali organizzati a taglio (e non)
Scopo:
Determinare la capacità portante al taglio semplice delle giunzioni verticali (trasmissione indiretta dei carichi alle fondazioni – calcolo a mensola composta del controventamento). Determinare, tramite la curva taglio-deformazioni, la duttilità del sistema. L’efficacia di tali collegamenti è fondamentale per la stabilità dell’edificio alle azioni orizzontali e d’altro canto la “regola delle cuciture” è una schematizzazione grossolana poiché un gran numero di parametri (disposizione e quantità delle armature, forma e dimensioni dei bordi dei pannelli, resistenza dei materiali impiegati, ecc.) influenza il comportamento di tali giunti.
Metodica:
Opportuni accorgimenti consentono di ridurre l’effetto di azioni parassite rispetto all’azione di taglio puro (per esempio l’azione di compressione ortogonale al giunto ne modifica il comportamento).
Riferimenti normativi:
C.E.B. – UEATC
1.4 Prove di taglio su giunti orizzontali sottoposti a compressione
Scopo:
Determinazione della capacità portante a taglio, con forza di compressione, del giunto. Determinazione, tramite la curva taglio scorrimenti, della duttilità del sistema. Il tipo di soluzione adottata nella realizzazione del giunto può portare a schematizzarlo come cerniera cilindrica o come vincolo di continuità con le relative conseguenze che ciò comporta circa lo schema strutturale.
Metodica:
Giunto sottoposto a compressione (in genere valore minimo) ed a taglio diretto parallelamente all’asse longitudinale del giunto. Opportuni accorgimenti consentono di ridurre l’effetto di azioni parassite rispetto all’azione di taglio.
Riferimenti normativi:
C.E.B. – UEATC
2. SISTEMI COSTRUTTIVI PREFABBRICATI AD ELEMENTI MONODIMENSIONALI TRAVI E PILASTRI
Introduzione:
La prefabbricazione con elementi lineari portanti pone notevoli problemi nella realizzazione delle giunzioni tra i singoli elementi (pilastri – travi) avuto riguardo al trasferimento degli sforzi iperstatici. Il problema assume particolare rilievo per quelle costruzioni ricadenti in zona sismica, soprattutto per la necessità di disporre della duttilità di insieme. Tale duttilità è da realizzarsi in corrispondenza degli elementi di trave, curando che non abbiano a formarsi cerniere plastiche in corrispondenza dei pilastri poiché ciò significherebbe il crollo dell’edificio. Il nodo inoltre deve avere caratteristiche di resistenza ultima superiori a quelle degli elementi che vi concorrono, sia per evitare la formazione di cerniere plastiche in corrispondenza dei pilastri, sia per consentire alle travi di sviluppare le loro capacità dissipative. Le prove di laboratorio sulle giunzioni e sui nodi consentono di valutare correttamente il loro comportamento fino allo stato ultimo di rottura fornendo preziose indicazioni circa la soluzione ottimale del problema.
2.1 Prove sui collegamenti verticali dei pilastri
Scopo:
Verificare l’efficacia della soluzione adottata nel collegamento e che lo stesso non costituisca punto di debolezza del pilastro tale da limitare la capacità portante.
Metodica:
In funzione dei diversi tipi di collegamento da studiare può essere provato l’intero pilastro o possono essere eseguite prove di pull-out, bearn-test, ecc.
2.2 Prove sui nodi trave-pilastro sottoposti ad azioni combinate di flessione e taglio (e compressione)
Scopo:
Determinazione del momento e del taglio che il nodo è in grado di trasmettere agli elementi che vi concorrono. Determinazione del grado di incastro degli orizzontamenti che concorrono nel nodo. Determinazione delle caratteristiche ultime a rottura e della duttilità del nodo. Tali prove servono a valutare se e quanto l’efficacia statica del nodo possa essere paragonata a quella di una struttura gettata in opera.
Metodica:
Dipende dal tipo di collegamento e dalla combinazione di azioni che si intende applicare. In alcuni casi si può ricorrere a schematizzazioni di trave semplicemente appoggiata. È in ogni caso opportuno mantenere il rapporto taglio-momenti il più aderente alla realtà.
3. FACCIATE LEGGERE – ELEMENTI DI TAMPONAMENTO
3.1 Prove di flessione a carichi discendenti e/o ascendenti
Scopo:
Verificare che l’elemento, compresi gli organi di fissaggio, abbia un congruo coefficiente di sicurezza rispetto alle azioni del vento (pressione-depressione), neve, ecc. Determinare il valore del carico ultimo e la rigidezza a flessione. In particolare la prova a carico ascendente ha lo scopo di verificare la resistenza allo strappo degli organi di fissaggio.
Metodica:
Applicazione di un carico distribuito o di carichi concentrati opportunamente disposti in simulazione del carico distribuito.
Riferimenti normativi:
UEATC
3.2 Prove di urto (duro/molle)
Scopo:
Verificare che sotto l’azione di urti eccezionali l’elemento non presenti comportamento pericoloso per gli occupanti. Verificare che sotto l’azione di urti accidentali, non eccezionali, l’elemento mantenga le sue caratteristiche di fruibilità.
Metodica:
Variabile in funzione del tipo di urto (duro, molle, di sicurezza ecc.) e della dimensione e/o costituzione della parete.
Riferimenti normativi:
UNI – UEATC
Scopo:
Verificare che l’elemento consenta, con un congruo margine di sicurezza, la sospensione di oggetti leggeri e/o pesanti (quadri, apparecchi sanitari, riscaldamento ecc.).
Metodica:
Variabile in funzione del tipo di soggetto (leggero o pesante), della dimensione e/o della costituzione della parete.
Riferimenti normativi:
UNI – UEATC
3.4 Prove a compressione semplice
Scopo:
Verificare che la parete abbia una adeguata resistenza meccanica alle azioni indotte dagli elementi strutturali e determinarne la linea elastica.
Metodica:
Vengono in prevalenza effettuate prove sui pannello a tutta altezza vincolato con gli organi di fissaggio forniti dal committente.
4.1 Prove di flessione a carico distribuito discendente e/o ascendente
Scopo:
Determinazione del carico ultimo a rottura.
Determinazione della rigidezza a flessione tramite la curva carico-deformazioni.
Dette prove consentono di tracciare la curva carichi di esercizio-interasse degli appoggi una volta fissato un limite alla freccia.
Metodica:
Applicazione di carichi uniformemente distribuiti o di carichi concentrati in simulazione del carico distribuito. In quest’ultimo caso opportuni accorgimenti evitano il danneggiamento locale della lamiera.
Riferimenti normativi:
ECCS – P 34/503
4.2 Prove di flessione a carico concentrato
Scopo:
Verificare la pedonabilità della lamiera tramite la determinazione del carico di rottura ed eventualmente della linea elastica.
Metodica:
Applicazione di un carico concentrato, mediante superfici di impronta diverse e diversamente disposte in funzione del tipo di nervatura, sulla lamiera semplicemente appoggiata.
Riferimenti normativi:
ECCS – P 34/504
5. ELEMENTI DI SOLAIO IN LAMIERA E CALCESTRUZZO
Scopo:
Studio sull’attitudine delle bugnature e/o dei risalti delle lamiere a garantire l’aderenza acciaio-calcestruzzo. Determinazione delle caratteristiche di sollecitazione ultima a rottura e della linea elastica.
Metodica:
Schema di trave su appoggi sollecitata mediante carichi concentrati opportunamente disposti.
6. ELEMENTI PORTANTI ORIZZONTALI
Scopo:
Determinazione della linea elastica. Determinazione delle caratteristiche ultime di sollecitazione a rottura. Determinazione, per i manufatti in precompresso, del momento di fessurazione e di rifessurazione. Individuazione di eventuali punti di debolezza (verifica dello sforzo di taglio ultimo nella sezione monolitica, verifica delle condizioni di appoggio, verifica alle sollecitazioni locali, verifica alle sollecitazioni di insieme – sollecitazioni trasversali, ecc.).
Metodica:
Variabile sia in funzione del tipo di elemento che delle informazioni che si intendono ottenere. Per esempio, per determinazione la distanza tra i puntelli provvisionali da impiegare nei solai a travi isolate a traliccio metallico, viene usata la schematizzazione di trave su tre appoggi sottoposta a carichi concentrati ed applicati, tramite opportuni tasselli, sullo zoccolo della trave a traliccio.
Introduzione:
Poiché il materiale “muro” è un materiale eterogeneo e complesso si ritiene in questa sede di evidenziare solo quelle prove che da un lato hanno carattere di semplicità e dall’altro sono capaci di fornire le necessarie informazioni per il dimensionamento.
7.1 Prova di compressione semplice
Scopo:
Determinare il valore del carico ultimo di rottura ed il suo valore caratteristico. Su campioni a tutt’altezza è possibile considerare l’effetto della inflessione laterale.
Metodica:
Possono trarsi informazioni diverse a secondo che la prova sia eseguita su elementi di piccole dimensioni o su elementi di dimensioni al vero.
Scopo:
Determinazione del taglio ultimo a rottura e del suo valore caratteristico.
Metodica:
Prova a compressione diagonale, prova con schema tipo beam-test, su provini di dimensioni tali da contemplare un sufficiente numero di giunti.
Scopo:
Determinare la resistenza a trazione del materiale e/o il carico ultimo di rottura e/o la pressione di rottura in funzione dei diversi tipi di materiali impiegati.
Metodica:
Variabile in funzione del tipo di manufatto e delle sue dimensioni (cemento amianto, calcestruzzo vibrato, calcestruzzo armato, calcestruzzo precompresso, ecc.).
Riferimenti normativi:
ASTM – DIN – UNI
Scopo:
Verificare che il tubo abbia una congrua tenuta all’acqua.
Metodica:
Variabile in funzione del tipo di materiale impiegato e dell’uso cui è destinato (rete fognaria, alimentazione idrica ecc.).
Riferimenti normativi:
ASTM – DIN – UNI
1. SISTEMI COSTRUTTIVI PREFABBRICATI AD ELEMENTI BIDIMENSIONALI – GRANDI PANNELLI
1.1 Prove di compressione semplice su pannelli a tutta altezza
1.3 Prove di taglio su giunti verticali organizzati a taglio (e non)
1.4 Prove di taglio su giunti orizzontali sottoposti a compressione
2. SISTEMI COSTRUTTIVI PREFABBRICATI AD ELEMENTI MONODIMENSIONALI TRAVI E PILASTRI
2.1 Prove sui collegamenti verticali dei pilastri
3. FACCIATE LEGGERE – ELEMENTI DI TAMPONAMENTO
3.1 Prove di flessione a carichi discendenti e/o ascendenti
3.2 Prove di urto (duro/molle)
3.4 Prove a compressione semplice
4.1 Prove di flessione a carico distribuito discendente e/o ascendente
4.2 Prove di flessione a carico concentrato
5. ELEMENTI DI SOLAIO IN LAMIERA E CALCESTRUZZO
6. ELEMENTI PORTANTI ORIZZONTALI