Azione di spinotto: comportamento monotono e ciclico di provini a triplo blocco

L’azione di spinotto fornita dalle barre di rinforzo nel cemento armato assume una rilevanza particolare nelle strutture esistenti caratterizzate da carenza di dettagli costruttivi e progettate in a ccordo con codici obsoleti. Questa azione è stata l’oggetto di un’ampia indagine condotta al Politecnico di Milano negli anni Ottanta e Novanta, nella quale sono state effettuate prove monotone su provini a singolo blocco.

Al fine di ampliare la precedente indagine, è stata condotta una campagna sperimentale volta allo studio dell’azione di spinotto nel caso di sollecitazioni cicliche; tale campagna è stata sviluppata all’interno del Progetto di Ricerca di Interesse Nazionale “Meccanismi di rottura per carenza di dettagli costruttivi e fenomeni di degrado in strutture in cemento armato esistenti”. In questo ambito è stato progettato un nuovo set-up di prova con provino a triplo blocco, particolarmente adatto per condurre prove cicliche.

La memoria presenta un confronto fra i risultati sperimentali di prove monotone e cicliche eseguite in controllo di spostamento su provini a triplo blocco.


Azione di spinotto: un po' di storia

L’azione di spinotto è stata studiata a partire dagli anni Quaranta visto l’impiego di piastre in cemento armato (c.a.) per la realizzazione di pavimentazioni aeroportuali e autostradali (Friberg, 1940).

Successivamente, negli anni Sessanta, lo studio è stato esteso a elementi strutturali e compositi in c.a. nei quali i meccanismi resistenti a taglio assumono particolare rilevanza (Acharya & Kemp, 1965; Krefeld & Thurston, 1966; Hofbeck et al., 1969). In par- ticolare, è stato indagato l’effetto della presenza di fessure lungo i piani di taglio prima dell’applicazione del carico (Hofbeck et al., 1969).

Negli anni Settanta sono stati sviluppati modelli numerici e analitici per la predizione della resistenza a taglio legata all’azione di spinotto. Successivamente sono stati analizzati vari parametri quali la presenza di un’azione assiale nella barra, l’effetto delle staffe e la progressiva fessurazione del calcestruzzo considerando diverse modalità di rottura (e.g. Johnston & Zia, 1971; Dulacska, 1972; Soroushian et al., 1986; Vintzeleou & Tassios, 1987).

Per quanto riguarda le connessioni fra elementi in c.a. (e.g. giunto trave-pilastro – Figura 1a), l’azione di spinotto rappresenta il principale meccanismo di trasferimento del taglio. Possono essere identificati due meccanismi principali: un meccanismo debole, che si ha quando la barra spinge contro il copriferro (Figura 1b), e un meccanismo forte, che si verifica quando la barra spinge contro il cuore di calcestruzzo (Figura 1c) (Dei Poli et al., 1993).

 

Azione di spinotto all’interfaccia trave-pilastro (a): meccanismo debole (b) e forte (c)

FIGURA 1: Azione di spinotto all’interfaccia trave-pilastro (a): meccanismo debole (b) e forte (c) (Dei Poli et al., 1993).

 

Gli studi più recenti sull’azione di spinotto si sono focalizzati sui seguenti aspetti:

  • connessioni fra piastre di pavimentazione adiacenti, studiate ricorrendo ad un approccio anali- tico o numerico (Guo et al., 1995; Davids & Turkiyyah, 1997; Maitra etal., 2009), con particolare riferimento alla presenza di vuoti fra lo spinotto e la piastra circostante (Davids, 2000) e agli effetti dei gradienti termici (Shoukry et al., 2003; William & Shoukry 2001);
  • giunti trave-pilastro soggetti a carichi monotoni (Magliulo et al., 2014) e ciclici (Zoubek et al., 2013; Zoubek et al., 2015), con particolare riferimento ad edifici prefabbricati;
  • connettori a forma di puzzle utilizzati in travi composite in acciaio-calcestruzzo (Kraus & Wurzer, 1997; Lorenc et al., 2014a; Lorenc et al., 2014b).

 

Nelle indagini sperimentali condotte nei decenni precedenti, si è fatto ricorso a quattro modalità di prova: prove su travi divise (e.g., Krefeld & Thurston, 1966), prove a flessione a 4 punti su travi in c.a. (e.g., Jelic et al., 1999), prove di push-off (e.g., Dulacska, 1972; Soroushian et al., 1986) e prove su provini a blocco. Per quanto concerne quest’ultima modalità di prova, i provini possono essere costituiti da 1 blocco (e.g., Dei Poli et al., 1992; Dei Poli et al., 1993), 2 blocchi (e.g., Jimenez et al., 1978; Moradi et al., 2012; Sørensen et al., 2017) o 3 blocchi (e.g., Vintzeleou & Tassios, 1987); il triplo blocco risulta particolarmente indicato nel caso di prove cicliche.

Alla fine degli anni Ottanta, al Politecnico di Milano, è stata condotta un’ampia campagna sperimen- tale sull’azione di spinotto a cura dei Professori Dei Poli, di Prisco e Gambarova. In tale campagna sono stati provati provini a singolo blocco in condizione di carico monotono, considerando sia il meccanismo forte che quello debole.

In questa campagna sono state considerate diverse variabili: il diametro dello spinotto, la posizione della prima staffa, lo spessore del copriferro e l’utilizzo di calcestruzzi normali, ad alta resistenza e fibrorinforzati (Brenna et al., 1989; Dei Poli et al., 1987, Dei Poli et al., 1988; Dei Poli et al., 1992; Dei Poli et al., 1993).

Oggigiorno, è ben nota l’importanza delle staffe e del copriferro per l’attivazione dei meccanismi resi- stenti a taglio. Il dettaglio costruttivo gioca un ruolo di particolare rilevanza, specialmente se si considerano strutture datate. La maggior parte di queste strutture è stata progettata basandosi su codici del passato, non considerando l’effetto dell’azione sismica e focalizzandosi esclusivamente sui carichi gravitazionali.

I danni registrati dalle infrastrutture in seguito ai recenti eventi sismici hanno sottolineato l’importanza di un’appropriata progettazione del dettaglio costruttivo per garantire un adeguato comportamento in caso di carico ciclico. In questo ambito, considerando la vulnerabilità sismica delle strutture esistenti in c.a., si colloca il progetto PRIN “Meccanismi di rottura per carenza di dettagli costruttivi e fenomeni di degrado in strutture in cemento armato esistenti”, volto ad ampliare la campagna sperimentale condotta da Dei Poli et al. (1993), includendo prove cicliche.

Il tipo di provino considerato è il triplo blocco. Le variabili considerate sono: lo spessore del copriferro, la presenza o l’assenza delle staffe e il tipo di carico applicato al provino (monotono o ciclico).

In questa memoria sono presentati i principali risultati di questa campagna sperimentale.

 

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Days - Aprile 2021

organizzati da aicap e CTE

 

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