6 IL PROGETTO DI TRAVI IN C.A.P. ISOSTATICHE Il progetto di una sezione in c.a.p. è, rispetto alle operazioni di verifica, un’operazione ben più complessa, in quanto coinvolge un quantità considerevole di parametri incogniti a fronte di due sole equazioni: l’equilibrio alla traslazione e rotazione della sezione. E’ necessario quindi fornire, se possibile, delle indicazioni che permettano di prefissare alcuni dei parametri di progetto, riducendo al minimo il numero delle incognite. A tale scopo la pratica professionale ha permesso di stabilire alcune relazioni funzionali tra i parametri della sezione utili in fase di predimensionamento. Il rispetto delle condizioni di equilibrio della sezione permette di completare il progetto della stessa consentendo la determinazione dello sforzo di precompressione necessario e la relativa eccentricità rispetto al baricentro della sezione. Occorre quindi limitare le tensioni che nascono a causa delle azioni esterne ai valori imposti dalla normativa. Generalmente, le operazioni appena ricordate permettono la definizione della sezione di maggiore cimento, senza fornire indicazioni sulla distribuzione delle stesse lungo la trave. Occorre quindi necessariamente introdurre ulteriori indicazioni che permettano di definire completamente la trave. Poiché ai fini della flessione la sezione è generalmente tenuta costante, ciò che è Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ necessario definire è la variazione della precompressione in funzione dei carichi esterni e delle massime tensioni ammissibili. Ciò si realizza con il progetto del tracciato dei cavi. Quanto appena descritto può essere ritenuto valido per travi isostatiche per le quali, come visto nei capitoli precedenti, l’assenza di reazioni iperstatiche, produce la coincidenza tra centro di pressione e posizione del cavo. Il caso di travi iperstatiche sarà trattato nel capitolo 7. 6.1. Il predimensionamento della sezione Si consideri una trave in cemento armato normale inflessa. Il meccanismo resistente è caratterizzato da una coppia di forze C e T il cui braccio z rimane sostanzialmente invariato al variare della sollecitazione, mentre il loro valore aumenta con l’aumentare dell’azione esterna. Il braccio delle forze interne z può essere assunto all’incirca pari a 0.9 d, dove d è l’altezza utile della sezione. T zcost x C Figura 6.1 – Meccanismo resistente di una trave in c.a. ordinario inflessa In una trave in cemento armato precompresso accade esattamente il contrario. Il meccanismo resistente è ancora caratterizzato da una coppia, costituita dalla pretensione nel cavo di precompressione e la risultante delle compressioni nel calcestruzzo, ma il loro braccio z risulta variare con il momento esterno. Un criterio di predimensionamento può allora essere derivato dall’imposizione del braccio delle forze interne. cs ci x z Figura 6.2 – Meccanismo resistente di una trave in c.a.p. inflessa Naturalmente poiché esso dipende dalle forze esterne, occorre distinguere i diversi casi possibili che si riducono in genere alle seguenti due condizioni [Antonini, 1986]: MG 20% MG+Mq (6.1) MG > 20% MG+Mq (6.2) Il primo caso, più usuale del secondo corrisponde, per una trave in cemento armato precompresso ben progettata, ad un braccio delle forze interne z1/2 h, dove h è l’altezza della sezione. Per il secondo caso si assume generalmente z2/3 h. Queste indicazioni, derivate dall’esperienza progettuale, si possono riassumere nelle seguenti relazioni utili al predimensionamento di una sezione in precompresso [Antonini, 1986]: T N Ap Ac Mq z 2Mq h T (6.3) f ptk 2T cc ,e La prima deriva dall’aver assunto come braccio delle forze interne z1/2 h, la terza dall’ipotesi che nel baricentro la tensione 3 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ massima sia pari a 1/2 della tensione ammissibile a compressione del calcestruzzo in fase di esercizio ce. Nel caso in cui il peso proprio della trave sia molto elevato, per motivi che saranno chiariti in seguito, è bene limitare il braccio delle forze interne a 2/3 dell’altezza h: T N Ap Ac MG Mq z 3 MG Mq 2 h T (6.4) f ptk 2T cc ,e Naturalmente l’altezza della sezione deve essere in qualche modo prefissata. Un criterio generalmente accettato in sede progettuale è quello di legare h ai momenti in fase di esercizio mediante la relazione seguente: h 1 1 30 22 MG Mq (6.5) Un criterio alternativo al precedente è quello di legare l’altezza h alla luce L della trave. In particolare è bene scegliere un’altezza h che ricada nell’intervallo 5-7% L. La valutazione dell’area di calcestruzzo Ac nel rispetto dei criteri prima enunciati non è naturalmente sufficiente per dimensionare totalmente la sezione. Occorre, infatti, definire la sua distribuzione in modo da soddisfare alcune limitazioni, come ad esempio le tensioni massime in esercizio imposte dalla normativa (vedi anche paragrafo successivo). Le tensioni al lembo superiore nel calcestruzzo sia nella fase iniziale che finale assumono, come visto precedentemente, le espressioni seguenti: cs v cs e Ne Ne M e s Gs (trazione, a vuoto) Aid Wid Wid N N e M G M pq e es (compressione, in esercizio) s Aid Wid Wid (6.6) dove < 1 rappresenta il fattore che tiene conto delle perdite e cadute di tensione nei cavi. Sostituendo alle tensioni i loro valori ammissibili a trazione (ct,v) e compressione (cc,e) e sottraendo la prima dalla seconda è possibile determinare un valore minimo del modulo di resistenza a flessione superiore della trave Wids utilizzando le seguenti espressioni Wid s (1 ) M G M p q (6.7) cc,e ct ,v Il modulo di resistenza a flessione inferiore di può esprimere in maniera analoga alla precedente: Wid i (1 ) M G M p q (6.8) cc,v ct ,e Noti quindi i momenti flettenti in fase iniziale e di esercizio è possibile, mediante le precedenti espressioni, calcolare il valore dei moduli di resistenza a flessione minimi della trave e scegliere così la sezione più prossima. Osservazione: i due criteri prima richiamati e relativi al predimensionamento dell’altezza h e dell’area Ac della trave suggeriscono anche la forma della sezione. Nel caso in cui il momento dovuto al peso proprio MG sia elevato rispetto al momento in esercizio è conveniente utilizzare una sezione a T piuttosto che a doppio T. 5 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ ys ks ki yi Spostamento del centro di pressione dovuto Ai carichi in esercizio Spostamento del centro di pressione dovuto al peso proprio Spostamento del centro di pressione dovuto Ai carichi in esercizio Spostamento del centro di pressione dovuto al peso proprio Figura 6.3 – Criteri per la scelta della forma della sezione Infatti, in tal caso il centro di pressione in condizioni iniziali sarebbe piuttosto alto e il suo successivo innalzamento per opera dei momenti in esercizio sarebbe piuttosto modesto. Occorrerebbe quindi una sezione con punto di nocciolo inferiore elevato e una estensione del nocciolo limitata; una sezione a T sposa perfettamente queste caratteristiche. Una volta determinati i punti di nocciolo inferiore ki e superiore ks della trave (vedi fig. 6.3) rimane da determinare lo sforzo di precompressione Ne e la posizione del cavo risultante yap. A tale scopo è necessario trattare separatamente i casi di precompressione totale e limitata. I criteri di scelta di sezioni in c.a. possono essere così riassunti Sezioni a doppio T: hanno un rendimento geometrico (vedi par. 6.2) elevato e risultano efficaci sia a breve termine (per la presenza dell’ala inferiore) che a lungo termine (ala superiore). Sono utilizzate per rapporti MG/(MG+Mp+q) bassi (< 20%) per la bassa distanza tra il cavo risultante e il punto di nocciolo inferiore. Sezioni a doppio T dissimmetriche: All’aumentare del rapporto MG/(MG+Mp+q) occorre utilizzare sezioni con distanza tra cavo risultante e punto di nocciolo inferiore sempre più grandi, al limite a T. Per i casi intermedi si può utilizzare una sezione a doppio T dissimmetrica. Si usano anche per sezioni composte. Sezione a T: si utilizzano per casi in cui il rapporto MG/(MG+Mp+q) diventa particolarmente elevato (>> 20%) 6.2. Considerazioni sulla scelta rendimento geometrico della sezione: il La distribuzione del materiale nella sezione assieme alla forma della sezione sono elementi molto importanti sia dal punto di vista dell’efficienza statica della sezione sia dal punto di vista economico. Tali caratteristiche possono essere riassunte in un coefficiente che in letteratura è detto rendimento geometrico e che è definito come segue: Ws Wi Ac y i Ac y s (6.9) Esso permette, a parità di area della sezione, di avere una misura sintetica della distribuzione del materiale dal punto di vista flessionale. Poiché la sezione ideale dal punto di vista flessionale è la sezione a doppio T limite ad essa è associato il massimo rendimento flessionale ottenibile: Ws Ac yi 2 A h 2 2 1 h A 2 7 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ La sezione che ha il rendimento geometrico più basso è naturalmente la sezione rettangolare per la quale =1/3. Ciò è dovuto al fatto che la sezione rettangolare è quella che si allontana di più dalla sezione a doppio T limite. L’unico vantaggio di tali sezioni è la necessità di utilizzare durante il getto delle casseforme più semplici rispetto al caso di sezioni a T. Una possibile modifica delle sezioni rettangolari che permetta di avere un rendimento geometrico più elevato è quella di forare la sezione. Le sezioni cave hanno, infatti, un rendimento geometrico più elevato di quelle piene per l’incidenza vuoto/pieno. Ad esempio nel caso di una sezione rettangolare con base b=15 cm ed altezza h= 60cm con un foro rettangolare di base b1=8 cm ed altezza h1=35 cm presenta il seguente rendimento geometrico: bh3 b1h13 12 12 Ws h/2 0.433 Ac yi bh b1h1 h 2 In genere le sezioni rettangolari forate si usano in presenza di carichi non eccessivi. Le sezioni a T posseggono un rendimento geometrico più elevato in quanto l’ala contribuisce ad aumentare opportunamente il modulo di resistenza a flessione e sono, come già detto, opportune nel caso di momenti dovuti al peso proprio elevati. Esempio 6.1: Predimensionare una sezione in c.a.p. soggetta ad un momento momento dovuto ai sovraccarichi Mq = 440 kNm. Inoltre il rapporto tra momento dovuto al peso proprio MG e momento totale MG+Mq sia = 60%. Si considerino inoltre cadute di tensione pari al 15%. Si assumano infine le seguenti tensioni ammissibili nel cls e nell’acciaio: cc,i=16 MPa, cc,e=13 MPa, ct,i=-2.5 MPa, ct,e=-2.0 MPa, fptk=1050 MPa, Poiché il rapporto MG/MG+Mq è pari al 60 % scegliamo una sezione a T. Il momento dovuto al peso proprio vale MG=Mq1.50 =660 kNm. L’altezza della trave può essere predimensionata in base al momento di esercizio: h= 1 MG +Mq =≅1.10 m 30 Si può quindi procedere con la stima iniziale dello sforzo di precompressione e predimensionare l’armatura di compressione: Ne = Ap = 1.5 MG +Mq h Ne ptke =1500 kN ≅1190 mm2 12 cm2 Con tali dati si può predimensionare l’area della sezione ipotizzando di avere nel baricentro della stessa una tensione pari alla metà della tensione ammissibile in esercizio: Ac = 2Ne ≅2400 cm2 σcc,e Si possono infine calcolare i moduli di resistenza della sezione nel rispetto delle condizioni 8.7 e 8.8: , , (1-γ)MG +Mq 0.15×70400+44000 ≅36000 cm3 σcc,e -γσct,v 1.3+0.85×0.25 (1-γ)MG +Mq 0.15×70400+44000 = = ≅35000 cm3 γσcc,v -σct,e 0.85×1.6+0.20 = = 9 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ Poiché la sezione da adottare è preferibilmente a T si può fissare lo spessore dell’anima bw=15 cm e lo spessore dell’ala h1=8 cm e procedere così in maniera iterativa alla determinazione della larghezza dell’ala. La tabella seguente riporta la procedura iterativa adottata. b (cm) 23 30 40 41 Tabella 6.1 – Progetto per iterazione − , yG Wi Ws (cm) 53.09 51.54 50.49 49.48 (cm3) 32060 33450 34350 35180 (cm3) 34360 37940 40480 43020 Come grandezza di controllo percentuale in valore assoluto tolleranza massima pari 0.01. La per la quale la variazione % di Ws=+0.124 > 0.01. , -0.046 0.044 0.019 0.005 − , , -0.046 -0.054 0.124 0.195 è stata scelta la variazione dei moduli di resistenza, con procedura termina per b=40 cm Wi è pari a +0.005 e quella di E’ possibile anche prefissare alcune grandezze come lo spessore delle ali e lo spessore dell’anima lasciando come incognita la base delle ali. Nella figura seguente è illustrato un grafico in cui è riportato il valore del modulo di resistenza a flessione (St, Sb) in funzione delle altre grandezze geometriche (h1,h2,b,bw). 6.3. Determinazione dello sforzo di precompressione 6.3.1. Precompressione totale Nel caso di precompressione totale la sezione deve essere totalmente compressa sia a vuoto che in esercizio. Occorre però distinguere i due casi identificati dalle disuguaglianze (6.1) e (6.2). Nel caso (6.1), infatti, potendo utilizzare una sezione a doppio T è possibile sfruttare l’intera estensione del nocciolo centrale d’inerzia, con conseguenti distribuzioni di tensione triangolari sia in condizioni iniziali che in esercizio. Se si ipotizzasse una sezione a doppio T anche nel caso (6.2), potrebbe risultare necessaria un’eccentricità incompatibile con la sezione in quanto il momento MG è in tal caso molto elevato. Occorre quindi operare diversamente. Caso MG 20% MG+Mp+q Ciò comporta, come già ricordato in precedenza, che a vuoto il centro di pressione cade nel punto di nocciolo inferiore. In esercizio il centro di pressione deve invece cadere nel punto di nocciolo superiore. Tali condizioni si esprimono come segue: e p ki e p ks M G Ne (6.10) M G M pq Ne 11 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ dove ep è l’eccentricità del cavo mentre ki e ks sono le distanze dei punti di nocciolo inferiore e superiore rispetto al baricentro della sezione. Il termine rappresenta il termine delle perdite e cadute di tensione nel cavo, espresso in percentuale. Generalmente per una stima di primo tentativo si può utilizzare un valore =0.8. Sottraendo la seconda alla prima si ottiene l’espressione dello sforzo di precompressione in esercizio, assieme alla posizione del cavo. 1 M G M p q N e ks ki M G e p ki Ne (6.11) In definitiva, per il predimensionamento di una sezione in c.a.p., nel caso appena esaminato, una volta stimata l’area Ac con le (8.3) e i moduli di resistenza a flessione con le 8.7 e 8.8 si sceglie una sezione con caratteristiche simile a quelle stimate. Si passa infine alla determinazione dello sforzo di precompressione e dell’eccentricità del cavo. Esempio 6.2a: Si consideri una trave in c.a.p. con luce L=13 m. Nell’ipotesi che le cadute lente siano pari al 20 %, (γ = 0.8) e che il momento Mp+q=500 km, determinare lo sforzo di precompressione e la posizione del cavo risultante al fine di realizzare uno stato di precompressione totale. Calcolo caratteristiche geometriche della sezione: Area sezione: Ag = 0,2100 m2 Area armatura di precompressione Aap = 1430 mm2 Momento d’inerzia: Ig = 1,702 10-2 m4 Punti di nocciolo: ks =0.201 cm, ki = 0,190 m Calcolo sollecitazioni: Le sollecitazioni in mezzeria sono: Peso proprio: Carico variabile: Mg = (1/8) Ac cL2 = 110,9 KN m Mq = 500 KN m Siamo quindi nel caso Mg < 20% di Mg+Mp+q Calcolo sforzo di precompressione: Lo sforzo di precompressione da applicare considerando le perdite è pari a: Applicando la (6.11)1 si ottiene lo sforzo necessario: 13 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ 500 110 .9 (1 0.8) Ne 1336 KN 0.201 0.190 Calcolo posizione cavo risultante: Applicando la (6.11)2 si ottiene la posizione del cavo: e p 0.19 0.8 110 .9 0.256 m 1336 Caso MG > 20% MG+Mq In tal caso si può tentare di applicare la procedura del caso precedente, con la possibilità che la posizione del cavo risultante esca fuori dalla sezione, con conseguente impossibilità di realizzazione. Conseguentemente, si fissa la posizione del cavo risultante in maniera che il cavo più in basso sia ad una distanza dal lembo inferiore pari a quella minima prestabilita. Rimane quindi determinare l’unica incognita del problema, ossia lo sforzo di precompressione: e p y i d min Ne Ni M G M p q e p ks (6.12) Ne Esempio 6.2b: Si consideri la trave dell’esercizio 6.2a ma con un momento dovuto ai sovraccarichi permanenti e variabili Mq=150 kN. In tal caso l’applicazione della procedure utilizzata nell’esercizio precedente porterebbe ad una eccentricità calcolata pari a ep=0.391 m, chiaramente incompatibile con la sezione. Si fissa quindi la massima eccentricità possibile e si calcola di conseguenza lo sforzo normale necessario per mantenere la sezione totalmente compressa. Se si fissa un copriferro minimo dmin=9 cm l’eccentricità risulta e p y i d min 0.30 m Ne Ni M G M p q e p ks 520kN Ne 650kN 6.3.2. Precompressione limitata Nel caso di precompressione limitata si ammette che sia in fase iniziale che in esercizio ci sia trazione al lembo superiore e inferiore rispettivamente. In tal caso i centri di pressione a vuoto e in esercizio risultano essere ovviamente esterni al nocciolo centrale d’inerzia. ct,i ks Punto limite superiore tensioni a vuoto Punto limite inferiore ki G tensioni in esercizio ct,e Figura 6.4 Questi, noti in letteratura come punto limite inferiore e superiore [Giangreco, 1992], si possono determinare osservando che la tensione di trazione nasce ad opera di una variazione di momento interno che sposta il centro di pressione dai punti di nocciolo 15 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ inferiore e superiore ai rispettivi punti limite. La loro espressione è la seguente: ki ks Ws ct , i (6.13) Ne Wi ct ,e (6.14) Ne Analogamente a quanto fatto per ottenere la 8.10 si può ottenere l’espressione dello sforzo normale in esercizio e p ki ki e p ks ks M G Ne M G M p q (6.15) Ne Sottraendo la prima dalla seconda si ottiene l’espressione dello sforzo di precomprNeessione in presenza di precompressione limitata: Ne M p q ( 1 )MG ks ks ( ki ki ) (6.16) Poiché le 8.13 e 14 contengono entrambe il valore di Ne occorre iterare. Si può ad esempio partire dal valore di Ne relativo al caso di precompressione totale e poi iterare fino a convergenza, che in genere è molto rapida. Esercizio 6.3: Effettuare il progetto di massima di una sezione trasversale e dello sforzo di precompressione, avendo a disposizione i seguenti dati: Mp+q (kNm) MG (%) h (m) fptk (MPa) σcc,i (MPa) σcc,e (MPa) σct,i (MPa) σct,e (MPa) 450 10% 0.8 1050 16 13 1.6 1.3 0.86 Poiché siamo nel caso di MG/(MG+Mp+q)=piccolo (10%), conviene adottare una sezione a doppia T. Visto il valore esigio di MG si predimensiona N in base al solo Mp+q. Si predimensionano dunque N, Ap e Ac: N= 2 Mp+q = h 1125 2 ∙450 0,8 ≅1125 KN Ap = 105.0 ≅10.7 cm2 Ac = 2 ∙1125 1,3 ∙ 103 ≅1730 cm2 Le perdite stimate sono pari al 1-0.86=14 % . La sezione così ottenuta ha le seguenti proprietà (riferite alla sola sezione in cls): Ac = 0.177 m2 Ig = 1,40 10-2 m4 Ws=Wi=0.0354 cm3 ki = ks = 0.195 m Affinché la sezioni risulti verificata è necessario che i moduli di resistenza a flessione superiore ed inferiore rispettino le condizioni 6.7 e 6.8: Wid s (1 ) M G M p q ct ,e ct ,i 0.032 0.00320 cm 3 17 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ Wid s (1 ) M G M p q cc ,i ct ,e 0.031 0.0310 cm 3 La sezione risulta dunque ben dimensionata. Con questi dati si determina il valore di N e la posizione del cavo risultante mediante le 6.13,14 e 6.16. Essendo il caso tratto di precompressione limitata è necessario procedere per iterazioni. Come valore iniziale dello sforzo di precompressione consideriamo Ne=1125kN calcolata in fase di predimensionamento. Giunti a convergenza (vedi tabella), quando cioè le variazioni in termini di variazione delle distanza dei punti limite dai punti di nocciolo si sono stabilizzate, si ha Ne= 947 kN e quindi si può calcolare l’eccentricità del cavo risultante: ep =ki +Δki + γ Mg Ne =0,291 m Considerando un copriferro minimo di 6 cm, l’eccentricità così calcolata può essere considerata un valore accettabile. Indice iterazioni 1 2 3 4 6 ∆ki (kN) 0,043 0,050 0,051 0,051 0,051 Iterazioni ∆ks (kN) - 0,035 - 0,040 - 0,041 -0,042 -0,042 Ne (kN) 1125 976 952 948 947 6.3.3. Procedura di progetto Quanto illustrato dei paragrafi precedenti può essere efficacemente riassunto nel flow-chart illustrato nelle figure seguenti che si presta facilmente ad essere implementato utilizzando i più comuni linguaggi di programmazione. In appendice B è mostrata a titolo d’esempio l’implementazione in ambiente MATLAB. …..continua alla pagina successiva 19 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ 6.4. Il tracciato dei cavi Come già si è avuto occasione di osservare, nelle strutture inflesse l’andamento dei cavi di precompressione deve essere progettato in modo da contrastare efficacemente le azioni flessionali esterne sia in fase iniziale che di servizio. A tale scopo di consideri la trave semplicemente appoggiata di figura nella quale per semplicità sia presente un solo cavo di precompressione con configurazione rettilinea passante per il punto di nocciolo inferiore ci della trave (considerata a sezione costante). In assenza di carichi esterni la sezione di mezzeria risulta interamente compressa con l’asse neutro passante per il lembo superiore della trave. Nel caso di precompressione totale, all’atto dell’azione dei carichi esterni la situazione ideale è quella per cui lo sforzo di precompressione N in presenza del momento esterno si sposta fino al punto di nocciolo superiore ce. In tal modo la sezione risulterebbe ancora interamente compressa con asse neutro passante per il lembo inferiore. Figura 6.5 Per il caso appena esaminato man mano che ci si avvicina agli appoggi il momento diminuisce fino ad annullarsi nelle sezioni terminali, nelle quali quindi potrebbero nascere, in presenza di precompressione, tensioni di trazioni elevate. Per ovviare a tale inconveniente si potrebbe pensare di variare il tracciato dei cavi in modo tale che ogni sezione, all’atto dell’applicazione dei carichi esterni, risulti interamente compressa. Per una trave a sezione costante tale condizione si esprime semplicemente (ad es. per lungo termine): 21 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ M ( x ) e( x ) d s N e( x ) M( x ) ds N (8.12) Utilizzando tale tracciato, all’atto della applicazione dei sovraccarichi, il centro di pressione nella generica sezione cade sempre nel punto di nocciolo superiore. Ad esempio, l’eccentricità del cavo all’appoggio, pari a –ds, garantisce la totale compressione anche nella sezione di estremità. Se N e ds sono costanti e il carico è costante il diagramma dei momenti e parabolico così come il diagramma delle eccentricità e(x). Figura 6.6 Il momento flettente Mu è detto momento utile della sezione. Una sezione è considerata ben progettata se il massimo momento dovuto ai sovraccarichi (permanenti e accidentali) coincide con il momento Mu. In tal modo all’atto della messa in carico la trave rimarrebbe interamente compressa. M u d i d s N (8.13) La portanza di una trave può essere aumentata incrementando lo sforzo normale (incremento limitato dalle tensione massime al tiro) oppure aumentando la distanza reciproca dei punti di nocciolo di+ds. Per tale motivo le travi in c.a.p. si realizzano normalmente utilizzando sezioni a T o doppio T. In realtà il cavo non è sempre posizionato nel punto di nocciolo inferiore. In tale condizione, all’atto del tiro l’azione del peso proprio della trave sposta la risultante di una certa quantità da. Il momento Mu=daN è detto momento utile aggiunto. M ua d a N (8.14) Se il momento dovuto al peso proprio coincidesse con il momento utile aggiunto, all’atto del tiro la trave risulterebbe interamente compressa. Questa condizione costituisce un’ulteriore indicazione di sezione ben progettata. 6.4.1. Il cavo risultante I cavi di precompressione sono generalmente più di uno, ognuno con una propria disposizione e forma. Ai fini del progetto e della verifica è però utile fare riferimento al concetto di cavo risultante (C.R.). Se ogni cavo è in ogni sezione ad ascissa caratterizzato da uno sforzo normale Ni(z) e un angolo di inclinazione i(z) le componenti orizzontali e verticali della precompressione avranno le espressione seguenti: N( z ) Ni ( z ) cos i i T( z ) Ni ( z ) sin i i Ni ( z ) cos i ei ( z ) e( z ) i Ni ( z ) cos i i (8.15) Lo sforzo di precompressione sul cavo risultante sarà la risultante delle componenti orizzontale e verticale: P( z ) N( z )2 T ( z )2 (8.15) 23 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ La figura seguente mostra il significato meccanico e geometrico delle grandezze introdotte nelle 8.14 e 8.15 Figura 6.7 Nel caso di angoli piccoli, cioè 0, come generalmente accade, le precedenti espressioni diventano: N( z ) Ni ( z ) i T( z ) N i ( z )i i N i ( z )ei ( z ) e( z ) i Ni ( z ) (8.16) i Se la tensione è ipotizzata essere la stessa per ogni cavo, la posizione C.R. è anche il baricentro delle aree di cui sono costituiti i singoli cavi. Se inoltre l’area di ogni cavo è costante la posizione del C.R. è la media dei baricentri degli n cavi. N( z ) N i ( z ) i T ( z ) N i ( z ) i i e( z ) ei ( z ) i n (8.17) Può accadere che alcuni cavi vengano interrotti prima della testata. E’ il caso di travi a cavi post-tesi con cavi ancorati in campata o di travi in c.a.p. a fili pretesi resi inefficaci prima dell’appoggio tramite intubettamento. In tali casi il cavo risultante presenta lungo il tracciato delle singolarità, ossia dei salti corrispondenti alla diminuzione dello sforzo di precompressione. La figura seguente illustra un esempio di trave precompressa con tre cavi post tesi dove il primo cavo non viene interrotto in testata ma sull’estradosso, provocando una discontinuità della posizione del cavo risultante (linea nera tratteggiata). 1 3 2 N1 Cavo Risultante N2 N2 Discontinuità Figura 6.8 – Cavo risultante di una trave a cavi post-tesi interrotti all’estradosso Un esempio interessante di trave con cavi interrotti in campata e non in testata è quello della trave ad anello del centro congressi di Firenze progettata intorno agli anno 70 con la tecnica del cemento armato precompresso a cavi post-tesi [BIBLIO]. In quella occasione l’unica possibilità di ancoraggio era quello di ancorare i cavi all’estradosso o all’intradosso della trave, provocando con ciò discontinuità del cavo risultante. Il giusto dosaggio del numero di ancoraggi ha permesso i quel caso di ottenere un cavo risultante praticamente continuo. La figura seguente mostra la trave in fase di montaggio, la disposizione dei singoli cavi all’interno della stessa e il relativo cavo risultante. Un altro caso nel quale si verifica la discontinuità del cavo risultante è quello di travi precompresse a cavi pre-tesi che in alcuni casi per soddisfare le condizioni ammissibili in termini di 25 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ tensioni devono essere interrotti in maniera da sollevare la posizione del cavo risultate della necessaria quantità. Poiché i fili pre-tesi sono generalmente rettilinei e orizzontali l’unico modo per avere un cavo risultante a profilo variabile è quello che va sotto il nome di intubettamento. Figura 6.9 – Trave ad anello in c.a.p. del centro congressi di Firenze Tale tecnica consiste nel fare passare i cavi in un guaina di lunghezza prestabilita (tubo) oltre la quale il cavo comincia ad essere attivo, mentre nel tratto inguainato non sussiste trasferimento di tensione dall’acciaio al calcestruzzo. Dosando opportunamente le varie lunghezze di intubettamento si può ottenere un profilo del cavo risultante in grado di soddisfare le condizioni limite dettate dalla normativa, che verranno approfondite nei prossimi paragarfi. Discontinuità Intubettamento Figura 6.10 – Cavo risultate in travi precompresse a fili pre-tesi Una volta determinata l’area dell’armatura di precompressione e la posizione del cavo risultante occorre determinare la disposizione dei singoli cavi lungo la sezione, utilizzando le precedenti formule in senso inverso. Generalmente di stabilisce lo sforzo massimo da attribuire ai singoli cavi, in maniera che fissando la posizione di alcuni di esse si possa valutare la posizione dei rimanenti. Poiché per risolvere il problema si ha a disposizione una sola equazione, si fissa la posizione di n-1 cavi o gruppi di cavi che hanno la stessa ordinata e si valuta di conseguenza la posizione del restante cavo o gruppo di cavi. Gruppo di cavi la cui posizione è incognita Cavo risultante Gruppo di cavi la cui posizione viene prefissata Figura 6.11 – Posizione dei cavi nella trave Esempio 6.4: Con riferimento alla configurazione geometrica dei cavi di precompressione della trave indicata in figura (4 cavi uguali da 187), determinare l’equazione del cavo risultante, nell’ipotesi che i singoli cavi abbiano andamento parabolico, si attestino in mezzeria con tangente orizzontale e siano soggetti alla stessa tensione iniziale pari a 840 MPa. Ricavare inoltre l’inclinazione della risultante in testa. 27 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ y 160130 100 70 5 8.6 12.2 15.8 x 14 m La prima operazione da fare è quella di determinare l’equazione dei singoli cavi. Essendo essi parabolici la loro generica equazione assume la forma seguente: = + + Dove il sistema di riferimento adottato è quello indicato in figura. Per determinare le costanti della parabola occorre imporre le condizioni al contorno. Nel caso specifico la derivata nulla nell’origine degli assi fa si nullo anche il coefficiente b. Imponendo poi che il singolo cavo passi per le posizioni indicate in figura si ottengono i coefficienti a e b indicati nella seguente tabella: Tabella xxx – coefficienti delle equazioni dei singoli cavi y(x=14m)-b y(x=0) y(x=14 m) b=y(0) Cavo a= (m) (m) (cm) 142 1 0.050 0.70 0.050 0.003316 2 0.086 1.00 0.086 0.004663 3 0.122 1.30 0.122 0.006010 4 0.158 1.62 0.158 0.007459 Essendo i cavi soggetti alla stessa tensione iniziale e aventi la stessa area, l’equazione del cavo risultante può essere espressa come la media delle ordinate dei singoli cavi: e(x)= 4 ∑i=1 yi (x) 4 3 = 3 ai i=1 bi =0.005362 x2 + 0.104 + i=1 Il cavo risultante ha quindi in testata e in mezzeria rispettivamente un ordinata pari a 1.155 m e 1.04 cm. Per determinare l’inclinazione del cavo in testata basta calcolare la derivata per x=14 m e calcolare l’angolo corrispondente: e' (x)=0.010724 x e' (x)=0.010724 14=0.15 L’angolo di attacco del cavo risultante in testata vale dunque 8.53°. Ritenendo l’angolo piccolo , la forza di precompressione totale può essere calcolata come segue: N=418( 0.72/4) 84.0=2326 kN. Esempio 6.5: La trave dell’esercizio precedente presenta ora i primi due cavi che si attestano in campata uno a distanza 350 cm dalla testata e l’altro a distanza di 160 cm. Si determini l’andamento del cavo risultante utilizzando le stesse ipotesi dell’esercizio xxx. 160 350 100 70 5 8.6 12.2 15.8 14 m In questo caso il cavo risultante presenta due punti di discontinuità (in termini di ordinata e di derivata) coincidenti con i punti di attacco dei due cavi in campata. Rispetto al caso prima esaminato soltanto le equazioni dei primi due cavi si modificano e le equazioni diventano le seguenti: Tabella– Coefficienti delle equazioni dei singoli cavi y(x=0) y b=y(0) Cavo (m) (m) (cm) 1 0.050 0.70 0.050 0.003316 2 0.086 1.00 0.086 0.004663 3 0.122 2.00 0.122 0.012213 4 0.158 2.00 0.158 0.016700 Il cavo risultante sarà suddiviso in tre tratti continui le cui equazioni sono le seguenti: 29 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ Tabella– Equazioni del cavo discontinuo Tratto x (m) Equazione cavo risultante 1 y=0.009202x2 +0.105 010.5 2 y=0.006703x2 +0.086 10.512.6 3 y=0.003989x2 +0.068 12.614.0 6.4.2. Il fuso del cavo risultante Con riferimento ad una generica sezione di una trave in c.a.p. e alle due condizioni di verifica usualmente considerate (a vuoto e in esercizio) si possono definire due andamenti limite del cavo risultante. Il primo si riferisce alla condizione a vuoto e alla sezione interamente compressa con asse neutro tangente alla sezione al lembo superiore. Il secondo si riferisce invece alle condizioni di esercizio sempre in presenza di sezione interamente compressa ma con asse neutro passante per il lembo inferiore. La prima curva (verde) si costruisce con riferimento al momento dovuto al peso proprio MG , la seconda (arancione) con riferimento al momento in servizio (Mp+q+MG). Le distanze rispettivamente dalla retta limite sup. ed inf. si esprimono come segue: ei ( x) M G ( x) N0 es ( x ) MG M p q ( x ) Ne dove N0 = sforzo di precompressione al tiro ed Ne = sforzo di precompressione in esercizio Figura 6.12 L’area compresa tra le due curve è detto fuso del cavo risultante. Esso rappresenta l’area entro la quale far cadere il cavo risultante al fine di ottenere per le due condizioni di carico considerate una sezione sempre interamente compressa. Ammettendo la presenza al lembo superiore e inferiore di trazione (per normativa) le rette limite modificano la loro posizione originaria. I centri di pressione che corrispondono ai due diagrammi limite sono detti punti limite. Figura 6.13 6.4.3. Il fuso di Guyon1 Come visto precedentemente, in fase di progetto vengono in qualche modo predimensionati la sezione e lo sforzo di precompressione; il fuso entro il quale fare variare il cavo viene allora individuato mantenendo entro il limiti normativi le tensioni massime di trazione e compressione ammissibili nel calcestruzzo: 1) ct ,i 2) 3) N 0 N p Aid N 0 N p Aid N 0 0 N p e1i Ws N p e 2 i Wi N 0 N p N L 4) ct ,e N Aid N 0 MG Ws MG cc ,i Wi N p N L e1e N 0 N p N L Aid Ws N 0 M G M pq Ws N p N L e 2 e Wi cc ,e M G M pq Wi 1 Yyes Guyon, illustre studioso francese del 900 che contribuì alla diffusione del c.a.p., assieme a Fressynet, Magnel, Dischinger e Finsterwalder. 31 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ Il limite inferiore del fuso si valuta come la minima eccentricità ricavabile dalle relazione 1) e 2) (condizioni a vuoto). Il limite superiore corrisponde alla massima eccentricità ricavabile dalle relazione 3) e 4) (condizioni di servizio). Il fuso così costruito va sotto il nome di fuso di Guyon. Nelle espressioni precedenti le tensioni di trazione vanno considerate con il segno negativo. Il limite inferiore fuso di Guyon si individua quindi con le prime due relazioni: 1) ct ,i e1i 2) N 0 N p Aid N 0 N p e1i Ws MG Ws Ws ct ,i Aid MG 1 Aid N 0 N p N 0 N p N 0 N p N 0 N p e2i M G cc ,i Aid Wi Wi e2 i Wi cc ,i Aid MG 1 Aid N 0 N p N 0 N p Il limite inferiore del fuso di Guyon è quindi dato da emin=min (e1i, e2i). La ragione risiede nel fatto che per soddisfare entrambe le condizioni occorre essere il più vicino possibile dal punto limite inferiore. In caso contrario, infatti, il centro di pressione potrebbe trovarsi al di sotto del punto limite e generare così tensioni di trazione al lembo superiore o di compressione al lembo inferiore incompatibili con le tensioni ammissibili dettate dalla normativa. Allo stesso modo, il limite superiore del fuso di Guyon si individua con le seguenti altre due relazioni: 3) cc ,e e1e 4) Aid N 0 N p N L e1e Ws M G M pq Ws M G M pq cc ,e Aid Ws 1 Aid N 0 N p N L N 0 N p N L ct ,e e2 s N 0 N p N L N 0 N p N L Aid N 0 N p N L e 2 e Wi M G M pq Wi M G M pq ct ,e Aid Wi 1 Aid N 0 N p N L N 0 N p N L Il limite superiore del fuso di Guyon è dunque dato da emin = max (e1s, e2s). La ricerca della massima eccentricità è anch’essa legata al fatto che per soddisfare entrambe le condizioni sulla tensione occorre essere il più lontano possibile da punto limite inferiore in maniera che con l’applicazione dei sovraccarichi permanenti e accidentali (M p+q) non si esca dall’intervallo punto limite inferiore – superiore e non si determini così il superamento della massima tensione di trazione o compressione al lungo termine. Figura 6.14 – Significato geometrico del fuso di Guyon In figura 6.14 è illustrato il significato geometrico del fuso di Guyon che, secondo quanto detto sopra, rappresenta il dominio (zona tratteggiata) entro il quale far ricadere il cavo risultate al fine di ottenere uno stato tensionale compatibile con le prescrizioni normative. Si osservi come il 33 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ fuso contenga necessariamente il fuso del cavo risultate, per il quale la trave risulta in ogni sezione totalmente compressa. Esempio 6.6: Tracciare il fuso di Guyon per la trave semplicemente appoggiata illustrata in figura di sezione costante e realizzata con 5200calcestruzzo di classe C32/40 MPa con cemento ad alta resistenza e acciaio da precompresso realizzato da 30 trefoli 75 con area totale pari 41.23 cm2. Gli sforzi di precompressione a perdite di tensione istantanee e cadute di tensione avvenute valgono rispettivamente: N0 - NP= 6000 kN N0 - NP - NL = 5500 kN Il sovraccarico permanente e accidentale, considerato uniformemente distribuito sulla trave vale Q=40 kN/m. 60 Figura 6.15 – Geometria della trave Nell’ipotesi di combinazioni di carico quasi permanente e tempo di applicazione della precompressione pari a t0=14 gg, le tensioni ammissibili prescritte dalle NTC08 per il calcestruzzo si calcolano come segue: Calcolo delle Resistenze Resistenza a compressione cilindrica media: f cm 8 fck 40MPa Resistenza a compressione media al tempo t: f cm (t ) f cm 28 1 / 2 s 1 14 e 40 0.92 36.8 MPa Resistenza caratteristica a compressione al tempo t: f ck ( t ) f cm 8 36.8 8 28.8 MPa Resistenza a trazione cilindrica media: f ctm 0.30 f ck 2 / 3 2.81MPa Tensioni ammissibili nel cls Compressione iniziale: cc ,i 0.7 f ck ( t ) 0.7 28.8 MPa 20.16 MPa Compressione in esercizio: cc ,e 0.45 f ck 14.4 MPa (combinazione quasi permanente) Trazione iniziale e in esercizio: ct , i ,e f cm / 1.2 2.34 MPa Con le dimensioni indicate in figura la sezione presenta un’area pari a 0.712 m2 e un baricentro posto a 0.973 m dal lembo superiore. I moduli di resistenza a flessione inferiore e superiore valgono rispettivamente: Wi =0.308 m3 Ws = 0.358 m3 Per semplicità queste due grandezze vengono considerate le stesse sia nelle condizioni iniziali che al lungo termine. Inoltre l’area della sezione omogeneizzata Aid viene assunta pari all’ area dell’intera sezione di calcestruzzo. Come spiegato in precedenza, la condizione per individuare il limite inferiore del fuso di Guyon è data dal minimo delle due seguenti eccentricità 35 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ e 1i ( x ) Ws A id ct ,i A id MG 0.358 0.234 7120 1 1 N 0 N p N 0 N p 0.712 5200 MG( x ) 5200 e 1i ( x ) 0.6639 0.000192 M G ( x ) e 2i ( x ) Wi Aid cc , i Aid MG 1 0.7615 0.000192 M G ( x ) N 0 N p N 0 N p La condizione per individuare il limite superiore del fuso di Guyon è invece data dal massimo delle due seguenti eccentricità MG M p q ct , e Aid 1 N 0 N p N L N 0 N p N L M ( x ) M p q ( x ) 0.308 0.234 7120 G 1 0.712 4500 4500 e1s ( x ) Wi Aid e1s ( x ) 0.5927 0.000222 [ M G ( x ) M p q ( x )] MG M p q cc , e Aid 1 N 0 N p N L N 0 N p N L 0.6428 0.00022 M G ( x ) M p q ( x ) e 2s Ws Aid Il momento dovuto al peso proprio si calcola facilmente a partire dal peso proprio della trave espresso come segue: G = (Aid cls ) = 0.712 25 = 17.8 kN/m MG(x) = GL/2 x– G x2/2 = 249.2x – 8.9 x2 Il momento dovuto al sovraccarico permanente e accidentale è pari a: Mp+q(x) = QL/2 x– Q x2/2 = 280 x– 10 x2 Graficando le espressioni precedenti e imponendo i limiti sulle eccentricità si ottiene il ll fuso di Guyon della trave considerata, rappresentato nella figura seguente: Figura 6.16 – fuso di Guyon della trave 37 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ 6.4.4. Il fuso di Guyon per travi a fili aderenti e a cavi scorrevoli Come già osservato, il cavo risultante può essere rappresentato anche da una spezzata sia nel caso di travi a cavi post-tesi che si interrompono prima della testata sia nel caso di travi a fili pretesi, nel caso in cui questi ultimi siano in qualche maniera interrotti prima della testata. Ad esempio, nel caso in cui i cavi siano intubettati allo scopo innalzare la posizione del cavo risultante e di diminuire lo sforzo di precompressione. 6.4.5. Considerazioni sulla forma del fuso di Guyon Il fuso di Guyon è un efficace mezzo per avere una visione immediata di quanto efficacemente sia stata progettata la trave. In particolare un fuso con la forma rappresentata in figura 6.16 è rappresentativo del fatto che in presenza di determinati carichi esterni la sezione e lo sforzo di precompressione siano stati scelti in maniera adeguata. Un cavo che passi all’interno dell’area tratteggiata rispetta le condizioni limite per le tensioni sia a vuoto che in esercizio, sfruttando tutta l’altezza della sezione. Ci sono casi in cui tale condizione non è del tutto verificata o addirittura non è verificata affatto. Ad esempio la figura 6.17 mostra una caso in cui il fuso di Guyon non è tutto contenuto nella sezione longitudinale della trave. Le cause di ciò vanno ad esempio ricercate nel fatto che lo sforzo di precompressione N è sottodimensionato. Valori bassi di N applicati nella fase a ,vuoto soprattutto se si è in presenza di un peso proprio elevato spostano il centro di pressione in presenza di precompressione pura fuori dalla sezione con conseguente spostamento del limite inferiore del fuso di Guyon. Un'altra possibile concausa è legata alla scelta di un’altezza totale della sezione inadeguata. In ogni caso la zona tratteggiata del fuso suggerisce come la trave sia ancora utilizzabile, avendo l’accortezza di fare passare il cavo risultante all’ interno della zona stessa. Figura 6.17– Esempio di fuso di Guyon in cui la trave risulta essere ancora adeguata Un ulteriore esempio di inadeguatezza della sezione e dello sforzo di precompressione è quello illustrato in figura 6.18 dove il fuso di Guyon è solo in parte contenuto nella sezione longitudinale della sezione. In tal caso è necessario prima tentare di aumentare se possibile lo sforzo di precompressione e in caso di esito negativo cambiare sezione . Figura 6.18 – Esempio di fuso di Guyon in cui la trave risulta essere totalmente inadeguata Nella pratica progettuale si possono presentare anche casi nei quali l’elevato divario tra condizioni di carico a vuoto e in esercizio produce un’intersezione dei limiti superiori e inferiori del fuso di Guyon come è il caso di figura 6.19. Ciò rende la trave inadeguata in quanto evidentemente si è in presenza di momenti dovuti ai sovraccarichi permanenti e variabili assai più elevati di quelli dovuti al peso proprio al punto tale che il limite superiore del fuso di Guyon si abbassa eccessivamente fino a superare il limite inferiore. Figura 6.19 – Esempio di fuso di Guyon per cui la trave risulta essere inadeguata 39 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ Nel caso di travi con momento a segno variabile occorre maggiore attenzione nella costruzione del fuso di Guyon. Si prenda ad esempio la trave semplicemente appoggiata con due sbalzi laterali. Siano M1 ed M2 i due momenti relativi al solo peso proprio e in esercizio. In tal caso la costruzione deve essere fatta con riferimento alle zone a momento con segno costante: parte della campata a momento positivo e parte della trave a cavallo dei due appoggi. Nella prima parte il limite del fuso relativo alle condizioni a vuoto è quello inferiore, come accade per le travi semplicemente appoggiate. Nell’appoggio è il limite superiore ad diventare il limite per le condizioni a vuoto. M1 M2 Figura 6.20 – Fuso di Guyon per trave a momento con segno variabile 6.5. Il progetto a taglio di travi precompresse Come già accennato nel paragrafo 2.3 la presenza di precompressione ha un elevato effetto benefico nei riguardi delle azioni taglianti. Ciò è dovuto essenzialmente ad almeno tre motivi: 1) La presenza di sforzi di precompressione riduce le tensioni principali di trazione, ciò conferisce alla trave una sorta di apparente maggiore resistenza a trazione. 2) La presenza delle precompressione riduce l’inclinazione delle bielle compresse legate al taglio. Infatti con riferimento alla figura seguente, nel caso di trave in c.a. ordinario lo stato tensionale nel baricentro è rappresentato da un cerchio d Morh centrato nell’origine. Di conseguenza le giaciture principali risultano inclinate di 1=45°. Nel caso di c.a.p. il cerchio di Morh si sposta verso destra con conseguente aumento della tensione principale di compressione. Poiché il polo delle giaciture rimane posizionato sull’asse delle l’inclinazione della giacitura delle bielle diminuisce (2).Quanto osservato si traduce, come vedremo a breve, a parità di armatura trasversale in un aumento della resistenza a taglio quando sia presente la precompressione. Infatti una biella meno inclinata intercetta un numero maggiore di staffe (Figura xxx) precompresso 1 2 c.a. ordinario Figura 6.21 – inclinazione delle bielle compresse Figura 6.22 – Componente verticale della forza di precompressione 3 0° Fcos 45 F 3) La presenza di cavi inclinati, come nel caso di travi in c.a.p. a cavi scorrevoli, introduce, come si vedrà meglio nel paragrafo successivo, delle forze verticali che generalmente contrastano le forze di taglio dovute ai carichi esterni. Figura 6.23 – Minore inclinazione delle bielle compresse Ciò comporta evidentemente una consistente riduzione della forza di taglio rispetto al caso di travi di cemento armato ordinario. 41 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ Osservzione: Poiché le travi in c.a.p subiscono stati tensionali differenti nelle varie fasi di costruzione e messa in servizio, è possibile che il segno del taglio cambi da una fase all’altra. Si consideri ad esempio la trave di figura 6.24. G F TG (+) Fcos Fcos Fcos F G+Q TG+Q (+) Fcos = T Figura 6.24 – Calcolo taglio nella condizione a vuoto T = Figura 6.25 – Calcolo taglio in condizioni di esercizio Nella fase a vuoto sulla trave agiranno il peso proprio della trave stessa e la forza di precompressione. Se per ipotesi l’entità del peso proprio fosse limitata, prevarrebbe il segno della forza dovuta alla sola precompressione. Una volta raggiunta la fase di esercizio con l’aggiunta dei sovraccarichi permanenti e variabili il segno del taglio subirebbe con molta probabilità un cambiamento di segno per la prevalenza in valore assoluto del taglio dovuto ai carichi esterni. Per tale motivo nelle travi in cemento armato precompresso è necessario utilizzare soltanto staffe verticale, la cui azione resistente non risente del segno del taglio. Detto ciò il progetto a taglio delle travi in cemento armato precompresso segue la procedura utilizzata nel caso di travi in cemento armato ordinario, mettendo naturalmente in conto lo sforzo di precompressione. Travi in c.a.p. in assenza di armatura In assenza di armature trasversali, quale è ad esempio il caso di pannelli alveolari precompressi, la resistenza a taglio massima è data dalla seguente formula (NTC08 – 4.1.14) VRd = 0.18k 100ρl fck dove bw d Asl l F Ac F/Ac K = = = = = = = = 1/3 +0.15 F F bw d≤ vmin +0.15 b d Ac Ac w larghezza dell’anima altezza utile della sezione armatura ordinria Asl/(bwd) sforzo di precompressione area della sezione di calcestruzzo tensione media nel cls < 0.2 fcd 1+(200/d)1/2 < 2 Nel caso di precompressione totale, la normativa italiana ammette l’uso della seguente formula semplificata valida per travi precompresse semplicemente appoggiate con tensione massima di trazione inferiore alla la resistenza a trazione di calcolo del calcestruzzo fctd VRd =0.7bw d fctd 2 + F f Ac ctd 1/2 Travi con armatura trasversale Nel caso di travi dotate di armatura trasversale, la normativa italiana permette l’uso di modelli a traliccio suggerendo, in particolare, l’utilizzo del modello con bielle ad inclinazione variabile. Tale modello, di natura isostatica, prevede che le bielle compresse abbiano angolo d’inclinazione variabile, ma in ogni caso compreso nel seguente range: 1 ≤ ctg ≤ 2,5 Noto l’angolo , la resistenza della trave viene espressa come il minimo tra la resistenza a taglio dell’armatura trasversale V Rsd e la resistenza a taglio delle bielle compresse VRcd VR = min (VRsd , VRcd) 43 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ Asw f (ctgα+ctgθ)sinα s yd ' VRcd =0.9dbw αc f cd (ctgα+ctgθ)/(1+ ctg2 θ) VRsd =0.9d dove bw e d hanno il significato già introdotto e Asw/s s= = f ’cd= cd= = area delle staffe a metro passo delle staffe angolo di inclinazione delle armature traversali 0.5 fcd 1 membrature non compresse 1+F/(Ac fcd) 0 F/Ac0.25 fcd 1.25 0.25 F/Ac0.50 fcd 2.5(1- F/(Ac fcd) 0.50 F/Ac fcd Le formule precedenti, hanno validità generale ma possono essere specializzate per il caso di c.a.p. imponendo =0 e imponendo inoltre una ulteriore limitazione sull’angolo di inclinazione delle bielle compresse (NTC08 – 4.1.2.1.3.2) ctg ≤ ctg dove I è l’angolo di inclinazione della prima fessurazione ricavato da ctgI=/I mentre e I sono rispettivamente la tensione tangenziale e la tensione principale di trazione sulla corda baricentrica della sezione intesa interamente reagente. Figura 6.25 – Tensioni principali nel c.a.p. Esempio 6.7: Con riferimento alla sezione del travetto a T in c.a.p. indicata in figura si calcoli la sua resistenza a taglio in assenza di armatura trasversale 45 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ Esempio 6.8: Con riferimento alla sezione del travetto a T in c.a.p. indicata in figura nella quale sono presenti armature trasversali si progetti l'armatura a taglio e la Resistenza a taglio 47 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________ 49 Fabrizio Paolacci – Progetto di travi in c.a.p _________________________________________________________________________