Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 Progetto di un elemento in C.A.P.: Verifiche secondo il Metodo Semiprobabilistico agli Stati Limite Bozza del 25/05/2008 a cura di Enzo Martinelli Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni SOMMARIO Anno Accademico 2007/08 Stati Limite Ultimi: - Verifica a Flessione; - Verifica a Taglio. Stati Limite di Esercizio: - Limitazione delle tensioni in esercizio; - Fessurazione (Formazione delle Fessure); - Deformazione. Bozza del 25/05/2008 a cura di Enzo Martinelli Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 Verifiche allo S.L.U.: Combinazioni di Carico gq qk gg (gk+g’k) Bozza del 25/05/2008 a cura di Enzo Martinelli Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 Verifica allo S.L.U. per Flessione Mentre nelle strutture in c.a. la verifica alle tensioni ammissibili avviene su sezione parzializzata così come la verifica a rottura e, quindi, il superamento delle sollecitazioni di servizio non comporta una modifica del meccanismo resistente, nelle sezioni precompresse, al crescere dei carichi esterni, la sezione passa dalla situazione integra a quella fessurata con una significativa variazione di inerzia e di modulo resistente. Ipotesi su cui si fonda la verifica allo S.L.U. per tensioni normali di un elemento in C.A.P.: - si assumono per il calcestruzzo e per l’armatura lenta gli stessi legami costitutivi e gli stessi valori di deformazione ultima considerati per le sezioni in c.a. ordinario (ecu=0.0035, esu=0.010); - per l’armatura presollecitata può ancora adottarsi un legame tra tensione e deformazione di tipo elastico-perfettamente plastico con limite elastico pari alla tensione limite elastica convenzionale di progetto fpd ; - la tensione di progetto si ottiene come per l’armatura lenta dividendo quella di snervamento caratteristica (fpyk, fp(0.2)k, fp(1)k a seconda dei materiali) per il gm pari ad 1.15; - la deformazione ultima deve tener conto dello stato di deformazione relativa tra l’armatura presollecitata ed il calcestruzzo. Bozza del 25/05/2008 a cura di Enzo Martinelli Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 Verifica allo S.L.U. per Flessione PRE- TENSIONE La deformazione relativa iniziale edec,0 tra acciaio presollecitato e calcestruzzo è pari alla deformazione iniziale dovuta alla pre-tensione. A questo valore va sottratto quello relativo alle deformazione relativa acciaio-calcestruzzo che determina le cadute di tensione per effetti differiti: edec edec,0 sp Es Es POST- TENSIONE La deformazione relativa iniziale edec,0 tra acciaio presollecitato e calcestruzzo è pari alla deformazione iniziale è pari alla somma della deformazione di trazione nell’armatura e della deformazione di compressione del calcestruzzo sulla stessa fibra. Anche in questo caso bisogna sottrarre la variazione relativa di deformazione che si traduce nella caduta di tensioni per effetti differiti: edec Bozza del 25/05/2008 c0 sp c0 edec,0 espi Es Ec Es Es Ec a cura di Enzo Martinelli Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 CADUTE DI TENSIONE PER EFFETTI DIFFERITI Specifiche secondo il D.M. 14/01/2008 – EC2 Caduta di tensione per effetti differiti nel generico cavo o trefolo c,Qp, i N0 N0 e e i A IG Eccentricità del cavo risultante Contributo del Ritiro M Qp e i IG Eccentricità del cavo i-esimo di cui si valuta la caduta di tensione Contributo del Rilassamento E cm f 22000 ck 10 E p 195000 MPa Contributo della Viscosità 0. 3 zcp Anno Accademico 2005/06 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni RISULTATI NUMERICI - Cadute di tensione istantanee sez cavo xi yi ei [cm] [cm] [cm] tgai ai senai cosai s spi(i) N0i 2 N0icosai N0isinai N0 e0 y 1 1 2 3 1600 1600 1600 140.00 110.00 80.00 -31.00 -1.00 29.00 0.1500 0.1250 0.0875 0.1489 0.1244 0.0873 0.1483 0.1240 0.0872 [kg] [kg/cm ] 0.9889 12000 133780 0.9923 12000 178370 0.9962 12000 178370 2 1 2 3 1500 1500 1500 125.47 97.89 71.52 -16.47 11.11 37.48 0.1406 0.1172 0.0820 0.1397 0.1167 0.0818 0.1393 0.1164 0.0818 0.9903 11963.3 133371 0.9932 11968.7 177904 0.9967 11976.9 178026 132072 176695 177430 18573 20706 14555 486197 13.24 95.76 3 1 2 3 1400 1400 1400 111.88 86.56 63.59 -2.88 22.44 45.41 0.1313 0.1094 0.0766 0.1305 0.1089 0.0764 0.1301 0.1087 0.0763 0.9915 11926.7 132963 0.9941 11937.4 177439 0.9971 11953.7 177682 131832 176388 177164 17303 19292 13564 485384 23.95 85.05 4 1 2 3 700 700 700 42.97 29.14 23.40 66.03 79.86 85.60 0.0656 0.0547 0.0383 0.0655 0.0546 0.0383 0.0655 0.0546 0.0383 0.9979 11669.2 130092 0.9985 11717.8 174176 0.9993 11791.8 175276 129813 173916 175147 8519 9511 6705 478876 78.21 30.79 5 1 2 3 0 0 0 20.00 10.00 10.00 89.00 99.00 99.00 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 11415.3 127261 1.0000 11501.2 170955 1.0000 11631.7 172896 127261 170955 172896 0 0 0 471112 96.30 12.70 Bozza del 19/05/2008 [kg] [kg] [kg] [cm] [cm] 132300 176993 177691 19845 22124 15548 486984 1.80 107.20 Anno Accademico 2005/06 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni RISULTATI NUMERICI - Cadute di tensione per effetti differiti M* [kgcm] s c(i) Ds r(i) 2 Ds v(i) 2 Ds ril(i) 2 2 Ds ril'(i) 2 Ds diff(i) 2 s sp(i) 2 Ni Nicosai Nisinai N0 e0 y [kg] [kg] [kg] [kg] [cm] [cm] b [kg/cm ] 73.95 74.58 75.21 [kg/cm ] 600.00 600.00 600.00 [kg/cm ] 985.24 993.65 1002.05 [kg/cm ] 598.34 598.34 598.34 [kg/cm ] 400.73 399.68 398.64 [kg/cm ] 1985.97 1993.33 2000.69 [kg/cm ] 10014.03 10006.67 9999.31 111639.7 110405 148740.8 147095 148631.4 146987 16561 18449 12956 404487 1.71 107.29 1.20 3366600 73.26 75.30 77.25 600.00 600.00 600.00 976.12 1003.25 1029.19 579.15 581.92 586.18 388.40 387.04 386.84 1964.52 1990.29 2016.02 9998.83 9978.39 9960.83 111470.3 110384 148320.4 147312 148059.5 147564 15523 17263 12105 405260 13.20 95.80 1.20 6516000 74.00 77.11 79.93 600.00 600.00 600.00 985.96 1027.37 1064.94 560.33 565.78 574.17 374.06 372.95 374.24 1960.02 2000.32 2039.19 9966.71 9937.07 9914.55 111112.2 110167 147706.3 146831 147371.5 146941 14459 16060 11250 403939 23.89 85.11 1.21 22480200 97.13 102.11 104.17 600.00 600.00 600.00 1294.08 1360.41 1387.95 438.05 459.82 494.11 260.30 267.50 285.86 2154.38 2227.91 2273.81 9514.82 9489.93 9518.01 106074.4 105847 141059.8 140849 141477.2 141374 6946 7703 5412 388070 78.18 30.82 1.25 27801600 109.75 113.98 113.98 600.00 600.00 600.00 1462.32 1518.59 1518.59 334.07 367.45 421.68 183.19 198.23 229.67 2245.50 2316.82 2348.25 9169.78 9184.35 9283.44 102227.8 102228 136517.8 136518 137990.7 137991 0 0 0 376736 96.29 12.71 1.29 0 Bozza del 19/05/2008 Anno Accademico 2007/08 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni ESEMPIO NUMERICO: TRAVE POST-TESA Valutazione della deformazione di decompressione edec I valori delle tensioni nei cavi calcolati nella sezione di mezzeria al netto delle cadute di 0.3 tensione sono riportate nel seguito. fck 8 co,s=0.69 MPa Ec 9500 fck 8 1/3 Diagramma tensioni al TIRO Ep 200000 MPa edec edec,0 Bozza del 25/05/2008 35220 MPa 34526 MPa f ptk 1900 1652 MPa 1.15 1300 fpd 1130.4 MPa 1.15 1.15 espi c 0 Ep Ec sp c0 Ep Ec ei p c0 [cm] [MPa] [MPa] 1 89.0 942.61 12.452 0.005074 2 99.0 936.80 13.041 0.005062 3 99.0 946.49 13.041 0.005110 cavo co,i=13.63 MPa 10 f pd ei Ecm 22000 edec a cura di Enzo Martinelli Anno Accademico 2007/08 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Verifica allo S.L.U. per Flessione: ESEMPIO Fase 1: Ricerca dell’asse neutro Nc ( yc ) Ns ( yc ) Np ( yc ) 0 1a iterazione: yc 0.259 d 0.259 220 10 54.39 cm deformazione di congruenza Nc ( yc ) A( yc ) fcd' 208520 22 Livello As yi 2 4597249.7 N ep,i’ edec,i ei Ns ( yc ) i N [MPa] [N] dec,1= 0.00511 dec,2= dec,3= A i s,i s,i 121650 N p,1'= 0.0094 p,1= 0.01448 0.00515 p,2'= 0.0100 p,2= 0.01516 0.00519 p,3'= 0.0100 p,3= 0.01521 armatura [mm ] [mm] 1 678 35 0.003275 330.43 224035 2 226 80.8 0.002980 330.43 74678 s p,1= -1130.435 MPa 3 226 124.8 0.002697 330.43 74678 NP,1= -1260246.38 N s p,2= -1130.435 MPa -1680297.1 N 4 226 230.8 0.002015 330.43 74678 NP,2= 5 226 490.8 0.000342 71.76 16217 s p,3= -1130.435 MPa NP,3= -1680297.1 N 6 226 750.8 -0.001331 -279.59 -63188 7 226 1020.8 -0.003069 -330.43 -74678 8 226 1290.8 -0.004806 -330.43 -74678 9 226 1550.8 -0.006479 -330.43 -74678 10 226 1810.8 -0.008153 -330.43 -74678 11 226 2039.1 -0.009622 -330.43 -74678 12 452 2165 -0.010432 -330.43 -149357 Np ( yc ) Ap,i p,i 4620840 N i N( yc,1 ) Nc ( yc,1 ) Ns ( yc,1 ) Np ( yc,1 ) 145241 N yc,1 N1 145241 74.86 mm 0.8 bw f'cd 0.8 110 22.0 Anno Accademico 2007/08 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Verifica allo S.L.U. per Flessione: ESEMPIO Fase 1: Ricerca dell’asse neutro Nc ( yc ) Ns ( yc ) Np ( yc ) 0 2a iterazione: yc,2 yc,1 yc,1 0.259 d 61.88 cm Nc ( yc,2 ) A( yc,2 ) fcd' 219300 22.0 4834916 N Ns ( yc,2 ) As,i s,i 75773 N ep,i’ edec i Livello As yi i N armatura [mm2] [mm] [MPa] [N] 1 678 35 0.003302 330.43 224035 2 226 80.8 0.003043 330.43 74678 3 226 124.8 0.002794 330.43 74678 4 226 230.8 0.002194 330.43 74678 5 226 490.8 0.000724 152.00 34352 6 226 750.8 -0.000747 -156.84 -35446 7 226 1020.8 -0.002274 -330.43 -74678 8 226 1290.8 -0.003801 -330.43 -74678 9 226 1550.8 -0.005272 -330.43 -74678 10 226 1810.8 -0.006743 -330.43 -74678 11 226 2039.1 -0.008034 -330.43 -74678 12 452 2165 -0.008746 -330.43 -149357 ei dec,1= 0.00511 p,1'= 0.0078 p,1= 0.01292 dec,2= 0.00515 p,2'= 0.0084 p,2= 0.01353 dec,3= 0.00519 p,3'= 0.0084 p,3= 0.01357 s p,1= -1130.435 MPa NP,1= -1260246.38 N s p,2= -1130.435 MPa NP,2= -1680297.1 N s p,3= -1130.435 MPa NP,3= -1680297.1 N Np ( yc ) Ap,i p,i 4620840 N i N( yc,2 ) Nc ( yc,2 ) Ns ( yc,2 ) Np ( yc,2 ) 138302 N yc,3 yc,1 yc,2 yc,1 N2 N1 N1 58.22 cm Anno Accademico 2007/08 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Verifica allo S.L.U. per Flessione: ESEMPIO yc,3 yc,1 3a iterazione: yc,2 yc,1 N1 58.22 cm N2 N1 Nc ( yc,3 ) A( yc,3 ) fcd' 214040 22.0 471899 N Livello As yi armatura [mm2] [mm] 1 678 35 2 226 3 Ns ( yc,3 ) As,i s,i 96676 N ep,i’ edec i dec,1= 0.00511 p,1'= 0.0085 p,1= 0.01363 dec,2= 0.00515 p,2'= 0.0091 p,2= 0.01427 dec,3= 0.00519 p,3'= 0.0091 p,3= 0.01432 s p,1= -1130.435 MPa NP,1= -1260246.38 N i N [MPa] [N] 0.003290 330.43 224035 80.8 0.003014 330.43 74678 s p,2= -1130.435 MPa NP,2= -1680297.1 N 226 124.8 0.002750 330.43 74678 4 226 230.8 0.002113 330.43 74678 s p,3= -1130.435 MPa NP,3= -1680297.1 N 5 226 490.8 0.000550 115.44 26089 6 226 750.8 -0.001013 -212.77 -48087 7 226 1020.8 -0.002636 -330.43 -74678 8 226 1290.8 -0.004259 -330.43 -74678 9 226 1550.8 -0.005822 -330.43 -74678 10 226 1810.8 -0.007385 -330.43 -74678 11 226 2039.1 -0.008757 -330.43 -74678 12 452 2165 -0.009514 -330.43 -149357 ei Np ( yc,3 ) Ap,i p,i 4620840 N i N( yc,3 ) Nc ( yc,3 ) Ns ( yc,3 ) Np ( yc,3 ) 1473 N yc,3 N3 1473 H 0.75 mm 0.8 bw f'cd 0.8 110 22.0 1000 Anno Accademico 2007/08 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Verifica allo S.L.U. per Flessione: ESEMPIO MR,cd ( yc ) Ac yG,c fcd' 4192.65 kNm Livello As yi 2 i Ni ei MR,sd,i [MPa] [N] [mm] [Nmm] 0.003290 330.43 224035 1075.0 240837391 ei armatura [mm ] [mm] 1 678 35 2 226 80.8 0.003014 330.43 74678 1029.2 76858866 3 226 124.8 0.002750 330.43 74678 985.2 73573023 4 226 230.8 0.002113 330.43 74678 879.2 65657127 5 226 490.8 0.000550 115.44 26089 619.2 16154269 6 226 750.8 -0.001013 -212.77 -48087 359.2 -17272797 7 226 1020.8 -0.002636 -330.43 -74678 89.2 -6661301 8 226 1290.8 -0.004259 -330.43 -74678 -180.8 13501830 9 226 1550.8 -0.005822 -330.43 -74678 -440.8 32918177 10 226 1810.8 -0.007385 -330.43 -74678 -700.8 52334525 11 226 2039.1 -0.008757 -330.43 -74678 -929.1 69383572 12 452 2165 -0.009514 -330.43 -149357 -1055.0 157571130 yG,c MR,sd ( yc ) As,i s,i ei 774.85 kNm i cavo ei p c0 [cm] [MPa] [MPa] edec p Np,i MRp,i [MPa] [N] [Nmm] 1 89.0 942.61 12.45 0.005074 -1130.435 -1260246.4 1121619275 2 99.0 936.80 13.04 0.005062 -1130.435 -1680297.1 1663494130 3 99.0 946.49 13.04 0.005110 -1130.435 -1680297.1 1663494130 MR,pd ( yc ) Ap,i p,i ei 4448.61 kNm i MRd ( yc ) MRc,d ( yc ) MRs,d ( yc ) MRp,d ( yc ) 9416.11 kNm Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 S.L.U. per Flessione - COMMENTI Nel calcolo che è stato mostrato la ricerca dell’asse neutro e la valutazione del momento MRd della sezione precompressa è stato valutato considerando anche il contributo dell’armatura non pre-sollecitata. Questo fatto si giustifica con l’opportunità in questa sede di mostrare il gioco dei vari contributi ed, in particolare, di far vedere come diversa sia la determinazione della deformazione delle armature presollecitate (per le quali bisogna sommare la deformazione di decompressione al valore che deriva dalla linearità del diagramma delle sollecitazioni) e di quella dolce che va considerata in maniera simile a quanto visto per il c.a. ordinario. In realtà si vede che il contributo dell’armatura “dolce” è molto limitato rispetto agli altri due (nel caso in oggetto è minore del 10% rispetto al totale). In via semplificata esso potrebbe essere trascurato; nei casi in cui sia noto il centro di degli sforzi di trazione allo S.L.U. (come quando le armature presollecitate sono concentrate in una zona limitata) e quello delle tensioni di compressione (il baricentro dell’ala superiore) il valore del momento ultimo può essere facilmente stimato come segue: MR,d ( yc ) Ap fpd d s / 2 4620.84 2050 200 / 2 9010.64 kNm Nel caso in esame, la stima del momento flettente tramite la formula semplificata comporta un errore minore del 5% rispetto al valore ottenuto tramite il procedimento rigoroso. N.B.: nell’esempio numerico il valore di fpd è soltanto indicativo. Valori più realistici si ottengono da fptk/gs ( 1900/1.15). Anno Accademico 2007/08 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni VERIFICHE A TAGLIO – SISTEMA POST-TESO Effetti benefici della precompressione sulla resistenza a taglio della trave: Riduzione della caratteristica tagliante (per effetto del tracciato curvilineo del cavo) Tensioni principali di trazione ridotte per la presenza dello stato di sollecitazione di compressione Minore inclinazione delle bielle compresse di calcestruzzo per effetto dell’azione di compressione 1 2 2 2 42 C.A.O. C.A.P. Bozza del 18/05/2008 a cura di Enzo Martinelli Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 VERIFICHE A TAGLIO – SISTEMA POST-TESO y Limiti in termini di tensione principale di trazione Ty Sx Ix b N Ne M y y A I I tg S b z Nst S tg ,0 0.02 Rckj ,0 0.08 Rckj ,1 0.02 Rck ,1 0.06 Rck La tensione principale di trazione deve essere calcolata sulle fibre dove è massima la o è minima la : -la fibra baricentrica; -la fibra di attacco tra anima ed ala superiore (tiro) o inferiore (esercizio). S Nst st nst nb s b z tg b z Bozza del 18/05/2008 a cura di Enzo Martinelli Anno Accademico 2007/08 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni VERIFICHE A TAGLIO – SISTEMA POST-TESO - esempio numericoEc = 2 500 kg/cm 2 345253 kg/cm EP= s c0= 2 2000000 kg/cm 2 240 kg/cm s c0t= s c1= 2 40 kg/cm 2 190 kg/cm s c1t= 2 30 kg/cm Rck= Corda 1 Corda 2 Limitazione su : 0,02Rck= 2 10 kg/cm Corda 3 Limitazione su : 0,24Rck= Bozza del 18/05/2008 2 120 kg/cm a cura di Enzo Martinelli Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 VERIFICHE A TAGLIO – SISTEMA PRE-TESO Effetti benefici della precompressione sulla resistenza a taglio della trave: Riduzione della caratteristica tagliante (per effetto del tracciato curvilineo del cavo) I cavi hanno generalmente tracciato rettilineo Bozza del 18/05/2008 Tensioni principali di trazione ridotte per la presenza dello stato di sollecitazione di compressione Minore inclinazione delle bielle compresse di calcestruzzo per effetto dell’azione di compressione “[…] Nella verifica a taglio delle travi la cui armatura sia ancorata per aderenza non si dovrà tenere conto della precompressione nel tratto terminale compreso fra la testata ed una sezione posta a distanza della testata stessa pari a settanta volte il maggior diametro (effettivo od equivalente) sia per i fili ad aderenza migliorata sia per trecce o trefoli. In questo tratto, nei riguardi delle sollecitazioni tangenziali e del calcolo delle staffe e delle eventuali armature longitudinali aggiunte, valgono i criteri adottati per le opere in conglomerato cementizio armato normale di cui al punto 3.1. […]” a cura di Enzo Martinelli Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 Verifica allo S.L.U. per TAGLIO Resistenza in assenza di armature Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 Verifica allo S.L.U. per TAGLIO Esempio numerico k 1 cp 200 1.309 2100 min 0.035 k 3/ 2 fck 1/ 2 0.035 1.303/ 2 401/ 2 0.329 gPN 0.9 4045 103 6.20 MPa 0.2 fck 0.2 40 8.0 MPa 2 A 6528 10 1/ 3 100 f l ck VRd 0.18 1.302 0.15 cp 80 2100 553.23 kN 1.5 1.3 g k g'k 1.5 qk VEd L 0.9 N sin a 2 1.3 16.32 5.40 1.5 14 32 0.9 480 356.09 kN 2 Nel caso preteso il contributo dello sforzo di precompressione deve essere trascurato in prossimità degli appoggi e per una distanza di 70 diametri. Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Anno Accademico 2007/08 Verifica allo S.L.U. per TAGLIO Esempio numerico Anno Accademico 2007/08 Corso di Tecnica delle Costruzioni II - Teoria delle Esercitazioni Verifica allo S.L.U. per TAGLIO Progetto dell’armatura trasversale Resistenza di calcolo con armatura trasversale VRcd f ctga ctg 0.9 d bw a c cd 2 1 ctg 2 A VRsd 0.9 d sw f sd ctga ctg sin a s VRcd VEd pst,max 1 1 f cp cd ac 1.25 2.5 1 cp f cd 1.0 ctg 2.5 Asw s 0.9 d fsd ctg VEd per per per per cp 0 0 cp 0.25f cd 0.25f cd cp 0.5f cd 0.5f cd cp f cd