2
CONCETTI BASE
2.1. Definizione di stato di coazione e di
presollecitazione
Uno stato di coazione è per definizione uno stato di sollecitazione
interno al quale non corrisponde alcun sistema di forze esterno.
Molteplici sono gli esempi che vedono coinvolti stati di coazione
[Belluzzi, 1940].
Si pensi alla realizzazione di una botte. Per tenere unite le doghe
di legno si utilizzano cerchiature di acciaio preriscaldato le quali
vengono inserite a forza subito dopo il riscaldamento. Durante il
raffreddamento i cerchi d’acciaio tendono ovviamente ad
accorciarsi ma ciò è impedito dalla presenza delle doghe. Nascono
allora forze di trazione nei cerchi e, conseguentemente, di
compressione nelle doghe, che premettono di rendere le doghe
perfettamente aderenti tra loro. Una volta riempita la botte di
liquido la pressione interna aumenta lo stato di trazione nei cerchi
d’acciaio e conseguentemente diminuisce lo stato di compressione
nelle doghe, ma la presenza della precompressione impedisce
comunque la fuoriuscita di liquido. In questo esempio lo stato di
coazione è dovuto sia alla variazione di temperatura che
all’imposizione di forze di pre-trazione negli anelli rendendoli
forzatamente aderenti alle doghe.
Figura 2.1
Un altro tipico esempio è quello di una trave incastrata ai due
estremi di lunghezza L soggetta ad una variazione di temperatura
uniforme ΔT. Immaginiamo la trave non vincolata agli estremi. In
tali condizioni, la variazione di temperatura produrrebbe una
variazione di lunghezza proporzionale alla variazione di
temperatura stessa secondo la relazione seguente:
ΔL = α ΔT L
dove α è il coefficiente di dilatazione termica della trave.
δ
ΔT<0
Trave deformata
Figura 2.2
Poiché la trave è in realtà incastrata agli estremi, la deformazione è
impedita, con la conseguente nascita di forze interne. Queste
ultime possono essere facilmente determinate immaginando prima
di lasciare la trave libera di deformarsi e poi di ripristinare la
congruenza, riportando la trave nella posizione originale.
Quest’ultima operazione comporta l’applicazione di una forza
15
Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
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normale N che annulla completamente l’allungamento ΔL dovuto
alla variazione di temperatura.
ΔN = EA/L × α ΔT L = EA α ΔT
⇒
Δσ = N/A = α E ΔT
Nasce così nell’elemento una tensione Δσ della quale occorre
tenere conto, ad esempio, nella fase di verifica dell’elemento
considerato.
Esempio 2.1. Calcolare la tensione che nasce in una trave
d’acciaio sottoposta ad una variazione di temperatura uniforme di
+10°C. Il coefficiente di dilatazione termica dell’acciaio è come
noto α=1.2⋅10-5 1/°C. A seguito dell’applicazione di una
variazione di temperatura ΔT nasce uno stato di coazione interno
al quale è associata una variazione di tensione Δσ=α E ΔT.
Essendo in questo esempio ΔT=+10°C e il modulo elastico della
trave in acciaio pari a 210000 MPa si ha
Δσ=α E ΔT = 1.2⋅10-5 × 210000 × 10 =25.2 MPa
Il fenomeno del ritiro, come noto, provoca nel calcestruzzo uno
stato di coazione in grado di fessurare il calcestruzzo stesso. Esso
si manifesta nelle strutture in cemento armato come contrazione
volumetrica, che, ove fosse impedita, produrrebbe uno stato di
coazione simile a una diminuzione di temperatura, con
conseguente nascita di tensioni di trazione nel materiale e
fessurazione.
Un anello di ferro, dal quale viene asportato un pezzo per poi
essere successivamente saldato, è sede di uno stato di coazione
introdotto dalle forze necessarie per il ripristino della continuità
strutturale (vedi Figura 2.3).
16
Figura 2.3
Un altro esempio di stato di coazione è legato al fenomeno della
viscosità in travi a schema statico variato che induce uno stato di
coazione variabile nel tempo. Si pensi ad esempio a una trave
doppiamente incastrata inizialmente formata da due mensole
separata in mezzeria (Fig. 2.4).
Figura 2.4
Fino al tempo t1 le due mensole si deformeranno
indipendentemente con angolo di rotazione di estremità αq(t) che
varia nel tempo per effetto della viscosità, mentre le sollecitazioni
rimangono invariate. Dopo la realizzazione del vincolo di
continuità la trave assume lo schema di trave doppiamente
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Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
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incastrata e le rotazioni libere Δα(t) che si avrebbero a partire da t1
sono impedite. A seguito di questa rotazione impedita nasce una
reazione iperstatica C(t) (coppia interna del vincolo di continuità),
la quale provocando sollecitazioni aggiuntive si manifesta come
uno stato di coazione interno capace di generare una
ridistribuzione delle sollecitazioni interne variabile nel tempo.
2.2. Lo stato di presollecitazione nel c.a.p.
Dagli esempi precedenti emerge il fatto che lo stato di coazione si
manifesta generalmente come uno stato di presollecitazione, che
se opportunamente progettato potrebbe essere utilizzato a favore
della struttura al quale è applicato come nel caso della botte (Fig.
2.1). Per le strutture in cemento armato si potrebbe, in modo
analogo, applicare uno stato di precompressione in grado di
conferire al calcestruzzo una “apparente” aumenton di resistenza a
trazione. Strutture in calcestruzzo armato così ideate sono
denominate strutture in cemento armato precompresso (c.a.p.)
nelle quali lo stato di coazione viene impresso mediante cavi
d’acciaio con elevate caratteristiche meccaniche (acciai armonici).
Per introdurre le strutture in c.a.p. si può far riferimento al
semplice caso di un tirante in calcestruzzo.
(-­‐)
(+)
(+)
(a)
(b)
(c)
T
Figura 2.5
Esso è costituito da un elemento in calcestruzzo dotato di armatura
di precompressione tesa fino a raggiugere una forza di
18
presollecitazione pari a N. Quest’ultima genera una distribuzione
uniforme di tensioni (Figura 2.5a).
In fase di esercizio, a causa delle azioni esterne, il calcestruzzo
subisce una forza di trazione T corrispondente alla distribuzione di
tensioni indicata in Figura 2.5b, anch’essa costante, ma di
trazione. A causa della forza di precompressione N la tensione
massima di trazione diminuisce, (Figura 2.5c), generando nel
calcestruzzo un apparente incremento di resistenza a trazione.
Nel caso più generale il cavo avrà un andamento opportunamente
curvilineo (nel senso che sarà illustrato successivamente).
Il cavo posto con una certa eccentricità e rispetto all’asse
baricentrico della trave, nello stato iniziale di sola
precompressione provocherà, nella sezione di mezzeria, lo stato
tensionale indicato in Figura 2.6 (a), dove sono presenti prevalenti
compressioni, con un’eventuale piccola componente di trazione al
lembo superiore.
N
N/A
Figura 2.6
All’applicazione dei carichi esterni, come ad esempio il peso
proprio della trave, si aggiungerà al diagramma di Fig. 2.6(a) il
diagramma di Figura 2.6 (b), il cui asse neutro coincide con l’asse
baricentrico della trave, essendo la sollecitazione di flessione pura.
Dosando opportunamente il livello di precompressione, il
diagramma finale di Figura 2.6 (a+b) potrebbe anche risultare di
sola compressione. La tensione nel baricentro della trave
rappresenta il valor medio della tensione dato dal rapporto tra lo
sforzo di precompressione N e l’area della sezione ideale A.
Osservazione: In presenza di precompressione, la generica
tensione di trazione σ si potrà esprimere come somma della
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Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
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tensione di trazione in assenza di precompressione e della tensione
di compressione dovuta allo stato di presollecitazione σ0. Tale
somma deve risultare, ai fini della sicurezza, inferiore ad una
determinata tensione ammissibile σadm (vedi equazione 1 di figura
2.7). Tale condizione può essere analiticamente espressa come
indicato nell’equazione (2) di figura 2.7, dove il termine
aggiuntivo σ0 può essere interpretato come una sorta di resistenza
aggiuntiva a trazione (Cestelli Guidi, 1987)
Un’interpretazione geometrica di quanto detto è indicata in Figura
2.7, dove nel piano di Mohr è riportata la curva intrinseca, che
rappresenta l’inviluppo dei cerchi di Mohr a rottura del
calcestruzzo. In base all’equazione (2) tutto va come se ci si
riferisse ad nuovo sistema di assi cartesiano in cui l’asse delle
ordinate sia spostato a destra della quantità σ0.
τ
σ − σ 0 ≤ σ adm
(1)
σ ≤ σ adm + σ 0
(2)
Curva intrinseca
σ
σadm σ0
Figura 2.7
Naturalmente, nel caso in cui la presollecitazione inducesse nella
sezione solamente tensioni di compressione, il calcolo allo stato
limite di esercizio diventerebbe molto semplice poiché i metodi di
calcolo da adottare sarebbero quelli classici della scienza delle
costruzioni, cioè con sezione considerate interamente reagente.
In particolare, varrebbe la sovrapposizione degli effetti, così come
è stato precedentemente illustrato per il caso del tirante e della
trave inflessa, dove gli effetti della precompressione e dei carichi
esterni si sommerebbero per ottenere lo stato di sollecitazione
20
finale. Poiché nel c.a.p. occorre effettuare le verifiche in ogni fase
della vita della struttura (dalla precompressione alla messa in
servizio), poter valutare singolarmente ogni contributo agli sforzi
interni facilita tali operazioni.
σ
σ 1 → ε1 =
ε
σ
E
2σ
2σ 1 → ε 2 = 1 = 2ε 1
E
σ 1 → ε1 =
σ0
ε
σ1
σ1 − σ 0
E
2σ 1 − σ 0
2σ 1 → ε 2 =
≠ 2ε1
E
Figura 2.8
Occorre però osservare che mentre la sovrapposizione degli effetti
è del tutto lecita, il principio di proporzionalità viene meno. Dalla
Figura 2.8 si evince che, mentre in assenza di precompressione a
tensione doppia corrisponde deformazione doppia, nel caso in cui
sia presente la precompressione ciò non è più vero.
Questo è uno dei motivi per cui il metodo delle tensioni
ammissibili non può, in generale, essere considerato valido anche
ai fini della verifica a rottura, e per cui, per il calcolo del c.a.p è
più ragionevole adottare il metodo semi-probabilistico agli stati
limite che tratta lo stato limite di esercizio in maniera differente
dallo stato limite ultimo.
2.3. Vantaggi e svantaggi della precompressione
Dalle considerazioni precedenti si deducono facilmente i numerosi
vantaggi che si hanno nell’applicazione della tecnica di
precompressione al cemento armato.
21
Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
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1)
Disponendo i cavi in posizioni opportune si riesce ad
annullare o almeno a ridurre notevolmente gli effetti dei
carichi esterni (vedi figura 2.6).
2)
Annullamento o riduzione delle tensioni di trazione nel
calcestruzzo. Questo fa si che, rispetto a travi in c.a
ordinario, tutto il materiale reagisca permettendo così, a
parità di carichi esterni, sensibili riduzioni di sezione.
Infatti, per il calcolo della resistenza di una trave in c.a. la
parte di calcestruzzo teso non viene in genere considerata,
ma rappresenta un elemento passivo capace di produrre
solamente sollecitazioni (proprio peso).
3)
Gli sforzi di compressione vengono anch’essi notevolmente
ridotti per la presenza di una maggiore area resistente a
compressione.
4)
Riduzione delle tensioni principali di trazione dovute al
taglio.
La figura 2.9 mostra lo stato di sollecitazione in un
elemento infinitesimo posto in corrispondenza del
baricentro di una trave soggetta a flessione e taglio. In
assenza di forze di precompressione la sollecitazione è
ovviamente di puro taglio essendo l’asse neutro passante
proprio per il baricentro della trave.
!
τ!
c.a!
c.a.p.!
σG! !
τG! !
σ!
(c.a.)!
(c.a.p.)!
Figura 2.9
Il cerchio di Morh corrispondente è quindi centrato
sull’origine degli assi (cerchio più chiaro). In presenza di
22
precompressione nell’elementino nasce anche una tensione
normale di compressione che sposta il cerchio di Morh
verso sinistra diminuendo così gli sforzi principali di
trazione.
5)
Riduzione degli effetti del ritiro. La precompressione ha in
genere un effetto benefico su ritiro del calcestruzzo. Si
tenga presente però che il fenomeno del ritiro tende anche a
diminuire lo stato di precompressione contribuendo di
conseguenza a diminuire il livello di precompressione.
6)
Maggiore affidabilità delle operazioni di collaudo. Un
elemento o una struttura in c.a.p. nelle varie fasi di
costruzione è sottoposto di fatto a severi collaudi che
garantiscono l’opportuna resistenza anche livelli di tensione
che normalmente non vengono mai più raggiunti in fase di
esercizio, ma tuttavia presenti nelle fasi intermedie (ad
esempio nella fase di applicazione delle forze di
precompressione).
Ai vantaggi si affiancano però almeno due significativi svantaggi:
1)
Le costruzioni in c.a.p. devono essere realizzate con
materiali più resistenti e dunque più costosi.
2)
La tecnica della precompressione richiede un alto livello di
specializzazione delle imprese costruttrici e delle
maestranze. Si pensi alle operazioni di messa in trazione dei
cavi, operazione che richiede l’uso di martinetti idraulici, o
alle operazioni di ancoraggio dei cavi, che richiede l’uso di
particolari tecnologie, come illustrato nel capitolo 3.
Da quanto sopra esposto è ben evidente che nonostante ci siano
delle oggettive difficoltà nella realizzazione di travi in cemento
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Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
_________________________________________________________________________
armato precompresso, i vantaggi, rispetto al caso di cemento
armato ordinario, superano di gran lunga gli svantaggi, e questo
spiega perché nelle strutture a grande luce, come ad esempio i
ponti, sia la tecnologia più diffusa.
24
3
METODI DI
APPLICAZIONE DELLA
PRECOMPRESSIONE
L’evoluzione nella tecnica del c.a.p. ha portato a tre differenti
sistemi di precompressione:
•
•
•
Precompressione interna
Precompressione esterna
Precompressione mista
Esse si distinguono per le modalità con le quali viene applicata la
precompressione e più in particolare per le modalità con cui
vengono posti in opera i cavi di precompressione. Nei paragrafi
seguenti esse saranno esaminate singolarmente sia dal punto di
vista tecnologico che metodologico.
3.1. Precompressione interna
E’ la tecnica maggiormente utilizzata, che prevede l’applicazione
della precompressione con cavi interni ossia con cavi immersi nel
getto di cls. A seconda che il cavo sia teso prima o dopo
l’indurimento del getto di cls si parla di:
25
Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
_________________________________________________________________________
a) precompressione ad armatura pretesa o a fili aderenti
b) precompressione a cavi post-tesi
La precompressione interna può essere a sua volta suddivisa in
precompressione totale, limitata e parziale (Figura 5.1). La prima
prevede che il calcestruzzo rimanga sempre compresso, la seconda
che, anche in presenza di tensioni di trazione, la tensione rimanga
entro i limiti ammissibili di trazione. La terza modalità di
applicazione della precompressione prevede che nella struttura
possono insorgere lesioni nel calcestruzzo
a causa del
superamento della resistenza a trazione nello stesso (Giangreco,
1992).
TOTALE
LIMITATA
PARZIALE
Figura 5.1 – Precompressione totale, limitata e parziale
3.1.1. Precompressione a fili aderenti
Tale tecnica consiste nel disporre i cavi d’acciaio (generalmente
fili φ 4,6) con i quali realizzare la precompressione nella posizione
desiderata e tesarli con due martinetti idraulici (o al limite con uno
soltanto da un solo estremo del cavo) vincolati a due blocchi di
ancoraggio solidali con il terreno (Figura 5.2a). Raggiunto lo
sforzo normale di progetto, esso viene mantenuto costante il tempo
necessario per effettuare il getto di calcestruzzo e attendere un
sufficiente indurimento. Passato qualche giorno dall’inizio della
presa e raggiunte così le opportune caratteristiche di resistenza del
calestruzzo, i fili vengono tagliati in corrispondenza delle sezioni
terminali dell’elemento. I fili non più tesi tenderanno ad
26
accorciarsi, fenomeno al quale si oppone il calcestruzzo che di
conseguenza risulta essere luogo di uno stato di uno coazione
(precompressione).
(a)
(b)
(c)
Figura 5.2 – Metodo di pretensione di travi in c.a.p. a fili pretesi
[Nawy, 1999]
27
Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
_________________________________________________________________________
Lo scambio di forze tra acciaio e calcestruzzo avviene per
aderenza. Il metodo appena illustrato è ampiamente utilizzato per
la produzione industriale di elementi prefabbricati in c.a.p.
Generalmente i cavi sono posti in opera in configurazione
rettilinea orizzontale, anche se sono possibili configurazioni con
cavi ad andamento variabile. Ad esempio in Figura 5.2.b è
illustrato lo schema di un banco di prefabbricazione per travi in
c.a.p. a fili prestesi con cavi ad andamento variabile, realizzato
mediante deviatori metallici. In Figura 5.2.c è illustrata
un’immagine dello stesso.
3.1.2. Precompressione a cavi post-tesi
Tale tecnica consiste nel predisporre prima del getto di
calcestruzzo guaine di piccolo spessore nelle posizioni prestabilite
in sede di progetto. A getto avvenuto e al raggiungimento delle
opportune caratteristiche meccaniche del calcestruzzo vengono
inseriti dei cavi d’acciaio armonico (generalmente trecce o trefoli)
messi successivamente in tensione da martinetti idraulici a
contrasto con l’elemento di calcestruzzo (Figura 5.3).
Raggiunto il livello di tensione desiderato, che corrisponde
evidentemente allo stato di precompressione di progetto, si inietta
prima della malta di cemento nelle guaine, per proteggere le
armature dalla corrosione, e poi si tolgono i martinetti dopo aver
bloccato in maniera opportuna le estremità del cavo alle testate
della trave. L’efficacia del metodo dipende evidentemente
dall’efficacia degli ancoraggi terminali.
Di sistemi di ancoraggio ne esistono in commercio molti ma
sostanzialmente tutti derivati da tre tipologie di base:
Ancoraggio a cuneo (Freyssinet)
Sono realizzati mediante una testata forata nella quale passano i
cavi di precompressione che vengono poi fissati alla stessa
28
mediante un sistema di cunei che permettono il bloccaggio dei
cavi. In figura 5.4 è illustrata un esempio di ancoraggio a cuneo
con uno schema di funzionamento del cuneo di bloccaggio.
Martinetto
Martinetto
idraulico
Figura 5.3 – Post-tensione dei cavi da precompressione mediante
martinetti idraulici
Figura 5.4 – Ancoraggio a cuneo (Cestelli, 1987)
29
Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
_________________________________________________________________________
Il cavo una volta teso e poi rilasciato tende ad accorciarsi. Tale
deformazione è impedita dal rientro del cuneo sospinto verso l’interno
dal cavo stesso.
Ancoraggio a testa cilindrica
Questa tipologia di ancoraggio è realizzata da una testata cilindrica
che si inserisce all’interno di un foro. Essa contiene una serie di
fori nei quali far passare i cavi che vengono poi bloccati sulla
testata stessa. La testata cilindrica viene poi tesata e il
corrispondente allungamento dei cavi compensato mediante una
ghiera mettalica. La figura 5.5 ne mostra un esempio.
Figura 5.5 – Ancoraggio a testa cilindrica (Cestelli, 1987)
Ancoraggi Dywidag
Sono utilizzati per barre da precompresso e sono costituiti da una
piastra d’acciaio forata alla quale è ancorata la barra mediante una
rondella conica avviata alla barra stessa. La figura seguente mostra
il sistema di ancoraggio.
Figura 5.6 – Ancoraggio a testa cilindrica (Cestelli, 1987)
30
3.1.3. Precompressione nelle strutture composte.
Nelle costruzioni di tipo civile o industriale vengono spesso
utilizzate strutture composte da parti di calcestruzzo armato
ordinario e parti di cemento armato precompresso. E’ questo il
caso di solai latero-cementizi realizzati con travetti precompressi o
degli impalcati da ponte realizzati con travi principali di cemento
armato precompresso unite tra loro mediante una soletta in
calcestruzzo armato normale.
Figura 5.7 – solaio misto con
travetti precompressi
[www.solaioinlaterizio.it]
Figura 5.8 – Impalcato di un ponte
con travi precompresse e soletta
in c.a. normale
Tali strutture hanno un comportamento intermedio tra le strutture
in c.a. ordinario e le strutture con precompressione totale. Spesso
tali strutture vengono confuse con le strutture parzialmente
precompresse che hanno peculiarità differenti e per le quali si
rimanda a testi specializzati [Radogna, 1995].
Uno dei vantaggi nell’uso della precompressione mista sta nel
fatto che la presenza di parti limitate da precomprimere si traduce
in un importante risparmio nella quantità d’acciaio armonico.
Inoltre, la possibilità di scorporare le parti precompresse da quelle
non precompresse permette di realizzare le parti precompresse in
fabbrica e di porle in opera più facilmente, con tutti i vantaggi
delle strutture prefabbricate (ridotte casserature, velocità di
realizzazione, etc..).
31
Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
_________________________________________________________________________
Nei ponti l’uso della precompressione mista porta a un ulteriore
importante vantaggio. Infatti, in queste strutture la condizione di
carico prevalente è costituita dalla precompressione e dal peso
dell’impalcato. In tal caso è possibile che siano presenti
controfrecce importanti incrementate nel tempo dai fenomeni della
viscosità. Ciò obbliga ad aumentare la frequenza delle operazioni
di manutenzione del manto stradale. La minore precompressione
presente nelle strutture miste ca-cap è in grado di ridurre tale
inconveniente.
3.2. PRECOMPRESSIONE ESTERNA
La precompressione applicata mediante un sistema di cavi esterni
alla sezione di calcestruzzo, e connessi ad essa solo in alcune
sezioni, è detta precompressione esterna. Essa viene adottata
principalmente per realizzare strutture nuove in cemento armato
precompresso, in acciaio (vedi Figura 5.9) oppure per rinforzare
ed irrigidire strutture esistenti (ad esempio gli impalcati da ponte,
vedi Figura 5.10).
Gli elementi principali utilizzati nella realizzazione della
precompressione esterna sono:
deviatori, presenti principalmente nel caso in cui il tracciato dei
cavi sia rappresentato da una linea spezzata. I deviatori sono dei
ringrossi della sezione trasversale in corrispondenza dei quali il
cavo viene deviato. In tali sezioni si realizza l’aderenza tra cavo e
calcestruzzo.
cavo da precompressione adottato come elemento teso e
generalmente eccentrico rispetto al baricentro della sezione. I
trefoli più usati sono costituiti da fili da 0.5”(13 mm) oppure da
0.6”(15 mm) a basso rilassamento. Essi scorrono all’interno di tubi
che possono essere in plastica (in generale polietilene ad alta
densità o polipropilene) o, in alternativa, in acciaio. Viene adottato
il carbone nero come stabilizzatore ultravioletto perché è un
32
materiale chimicamente inerte contro ogni prevedibile agente
corrosivo e presenta ottime caratteristiche di durabilità.
dispositivi meccanici di ancoraggio dei cavi, per esempio in
corrispondenza delle testate dei ponti realizzati con travi
precompresse, oppure per i ponti realizzati a conci in
corrispondenza delle sezioni terminali di questi ultimi;
sistema di protezione dei cavi. I tubi che avvolgono i cavi
rappresentano già un primo sistema di protezione; in più per un
cavo “non aderente esterno” viene iniettata nei tubi la ”boiacca” di
cemento Portland con proprietà alcaline; per un cavo “non
aderente interno”, lo spazio vuoto tra guaina e acciaio da
precompressione viene riempito con materiale lubrificante in
modo che il cavo possa muoversi longitudinalmente.
Figura 5.9 – Precompressione
esterna di una trave d’acciaio
[Nunziata, 1999]
Figura 5.10 – Esempio di
rinforzo mediante
precompressione esterna
I vantaggi che si hanno nell’adottare questo tipo di tecnologia
rispetto alla precompressione tradizionale sono molteplici:
ü una migliore qualità del calcestruzzo gettato, legata al fatto che
i cavi sono esterni e quindi il getto avviene più facilmente e si
33
Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
_________________________________________________________________________
ü
ü
ü
ü
ü
evita, in questo modo, la formazione di sacche d’aria o
imperfezioni; la migliore qualità del calcestruzzo gettato
permette, pertanto, di far affidamento sulla resistenza richiesta
dal progettista;
eventuale assottigliamento degli elementi strutturali laddove il
maggiore spessore non sia indispensabile per l’assorbimento
dei carichi esterni, a causa del fatto che non bisogna
considerare l’ingombro dei cavi all’interno del calcestruzzo;
tracciato dei cavi più semplice e pressoché rettilineo;
ispezionabilità dei cavi per la maggior parte del loro tracciato e,
di conseguenza, un maggior controllo del grado di corrosione
dei cavi stessi ed una più facile manutenzione dell’opera;
facilità nella sostituzione dei cavi deteriorati riuscendo a
mantenere in esercizio la struttura;
perdite per attrito ridotte perché l’aderenza cavo – calcestruzzo
è di tipo “puntuale” cioè si verifica in un numero ristretto di
sezioni ( deviatori ed ancoraggi).
Purtroppo gli svantaggi che la precompressione esterna presenta
sono altrettanto numerosi:
ü
ü
ü
la facilità di accesso ai cavi può favorire azioni di sabotaggio,
danneggiamento o manomissione dei cavi stessi;
Nel caso che l’iniezione della “boiacca” che solidarizza i cavi
sia eseguita male si potrebbero creare dei difetti locali in
grado di indurre pericolosi fenomeni di corrosione e, di
conseguenza, di rottura dei trefoli. Quando questo avviene le
tensioni del trefolo rotto vengono trasferite localmente agli
altri trefoli e può accadere che la tensione superi lo
snervamento producendo una rottura a catena dei cavi di
precompressione.
i deviatori e le zone di ancoraggio devono essere
opportunamente progettati per sopportare notevoli forze
concentrate;
34
ü
ü
ü
la rottura delle zone di ancoraggio, nel caso di cavi esterni,
comporta la totale perdita di precompressione legata alla
mancanza di aderenza tra cavo e calcestruzzo;
In condizioni di collasso, la capacità flessionale ultima degli
elementi strutturali con precompressione esterna può risultare
inferiore a quella di elementi precompressi con cavi aderenti;
Ciò è dovuto al fatto che i cavi non raggiungono mai lo
snervamento per evidenti ragioni di equilibrio.
E’ possibile che si verifichi una riduzione di eccentricità
legata all’esistenza di uno spostamento relativo tra cavo e
trave in calcestruzzo (il cavo rimane rettilineo tra le due
sezioni di ancoraggio mentre la deformata della trave non è
lineare); può essere necessario dover incrementare la
precompressione per compensare tale riduzione di
eccentricità.
Ciò deve indurre il progettista a un’attenta valutazione sull’utilizzo
della precompressione esterna in funzione delle condizioni di
utilizzo. Tale tecnica viene generalmente utilizzata in ponti a conci
prefabbricati. Un esempio è illustrato in figura 5.11 [Walther &
Miehlbradt, 1994].
Occorre tener presente che tale tecnica comporta la presenza di
cavi scorrevoli e dunque la perdita dell’ipotesi di perfetta aderenza
tra acciaio e calcestruzzo e dunque un livello di sicurezza nei
confronti della rottura inferiore rispetto al caso di cavi aderenti.
Per tale ragione molti studi svolti nel passato si sono concentrati
sulla valutazione della tensione a rottura dei cavi di
precompressione.
35
Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p
_________________________________________________________________________
Figura 5.11 – Impalcato da ponte a conci prefabbricati con
precompressione esterna
Per la mancanza di aderenza, essa non può essere determinata
dell’incremento di tensione nel calcestruzzo, ma bensì bisogna
ricorrere ad un’analisi globale della deformabilità della struttura,
che metta correttamente in conto la congruenza tra l’allungamento
complessivo del cavo e quello della fibra di calcestruzzo a livello
del cavo. Per approfondimenti sull’argomento si consulti la
bibliografia specializzata [Naaman A.E., Alkhairi, 1991], [Bussi
F., Morano,1990], [Mattock et al, 1971], [Mojtahedi S.& Gamble,
1978].
3.3. PRECOMPRESSIONE
NON ADERENTE
MISTA
E
INTERNA
La precompressione mista viene in genere realizzata con
precompressione interna a livello di soletta inferiore e superiore e
una precompressione esterna applicata a livello delle nervature
verticali che possono essere così progettate con spessori minori
essendo il getto meno difficoltoso. Esistono anche soluzioni con
cavi interni non iniettati (protetti in stabilimento) che hanno il
vantaggio di poter essere ri-tesati e/o sostituititi.
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