Progetto di Strutture

1. Progetto di Strutture Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile A/A 2013-2014 Calcolo dei pilastri in Cemento Armato allo SLU

2. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Introduzione Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Definizione del Problema Si consideri una sezione rettangolare in c.a. con doppia armatura soggetta a pressione applicata al centro di pressione c con eccentricità e. Ragioni di equivalenza statica permettono di considerare la sollecitazione come composta da una forza applicata al baricentro della sezione e un momento flettente pari a M=Ne. Si vuole effettuare la verifica di resistenza allo stato limite ultimo, valutando quindi lo sforzo Normale e il Momento ultimo che la sezione è capace di esplicare nel rispetto delle condizioni di equilibrio e di congruenza della sezione. N c e

3. Mu Nd Esempio di dominio di Resistenza IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Introduzione Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Definizione del Problema Naturalmente esistono infinite coppie N,M che rispettano tali condizioni. Resta dunque individuata una regione detta dominio di resistenza al di fuori del quale il limite ultimo della sezione viene superato. La verifica consiste dunque nel verificare che Mu(Nd)  Md controllando che Nd non superi il valore massimo esplicabile dalla sezione. In quanto segue si farà riferimento alle NTC08

4. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (generali) • Le sezioni si conservano piane (legge lineare delle deformazioni) • Il calcestruzzo teso non è reagente • Non vi è scorrimento relativo tra acciaio e cls (perfetta aderenza)

5. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (allo stato limite ultimo) Legge costitutiva del Cls (tensione-deformazione)

6. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (allo stato limite ultimo) Legge costitutiva dell’acciaio

7. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (Stato limite ultimo) Leggi costitutive del Cls e dell’Acciaio NTC08 Tratto parabolico   Legge costitutiva dell’acciaio k   10%° 3.5%° 2%° fyd/Es La norma permette di tener conto per l’acciaio di un incrudimento k con deformazione massima al 1% Legge costitutiva del CLS

8. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (Stato limite ultimo) Leggi costitutive del Cls e dell’Acciaio NTC08 La legge costitutiva del cls può essere sostituita dallo stress block (diagramma rettangolare equivalente alla parabola rettangolo) con altezza pari a 0.8 volte l’altezza dell’asse neutro rispetto al lembo superiore della sezione

9. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Ipotesi di lavoro (Stato limite ultimo) CLASSI DI RESISTENZA DEL CALCESTRUZZO

10. c1 cu (3) 3/7 h (4) h (2) (1) (0) su sy b IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Campi di rottura As’ d’ As (0’) (0,0’) piccola eccentricità (Compressione) (1) sez. fortemente armata (2) Sez. normalmente armata (3) Sez. debolmente armata (4) Grande eccentricità (Trazione) Campi di Rottura

11. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Il campo di rottura associato ad una determinata sezione dipende oltre che dalla quantità di armatura (come succede nella flessione semplice) anche dall’entità dello sforzo normale N. All’aumentare di N si passa da sezioni duttili a sezioni fragili fino a schiacciamento per compressione uniforme, che per sezioni simmetriche corrisponde al caso di pressione centrata. Come per il caso di flessione è utile poter determinare a priori il campo di rottura associato ad una determinata armatura e sforzo normale. A tale scopo è sufficiente determinare il valore di N che corrisponde alle linee di separazione tra i diversi campi di rottura. Sarà poi sufficiente confrontare il valore di calcolo Nd con i vari N prima calcolati per individuare in quale intervallo ci si colloca.

12. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Piccola eccentricità : compressione centrata Nel caso di compressione centrata l’equilibrio alla traslazione della sezione conduce alla seguente equazione: fcd C’+C’’ C C’ C C’’ Il coefficiente 0.8 nella componente associata al clsdipende dal fatto che la normativa impone nel caso di compressione centrata che il coefficiente c venga aumentato del 25%.

13. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Piccola eccentricità : sezione interamente compressa Nel passaggio tra campo 0 e campo 0’ la sezione risulta ancora interamente compressa con l’asse neutro passante per il lembo inferiore della sezione. cu fcd La deformazione dell’acciaio inferiore è immediatamente ricavabile da semplici considerazioni geometriche C’ C C’’ a.n. In termini adimensionalizzati si ha:

14. UniversitàdegliStudi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A 2008-09 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Grande eccentricità : retta di separazione campo 0’ e campo 1 Nel passaggio tra campo 0’ e campo 1 la sezione risulta parzializzata con l’asse neutro che taglia la sezione in corrispondenza dell’armatura tesa. cu In termini adimensionalizzati si ottiene la semplice espressione: C’ C a.n.

15. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Grande eccentricità : retta di separazione campo 1 e campo 2 Nel passaggio tra campo 1 e campo 2 la sezione risulta parzializzata con l’asse neutro che taglia la sezione ad una distanza yc dal lembo superiore. L’acciaio inferiore risulta essere teso e snervato. cu L’asse neutro yc si trova con semplici proporzioni geometriche C’ yc C a.n. T y

16. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Grande eccentricità : retta di separazione campo 2 e campo 3 Passaggio tra campo 2 e campo 3: la fibra più esterna del cls e l’acciaio teso hanno raggiunto la deformazione massima. L’acciaio inferiore è naturalmente snervato. cu yc a.n. C’ C su T L’acciaio compresso risulta in genere snervato per travi con h>30 cm

17. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Grande eccentricità : Esempio di rottura in campo 2

18. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Grande eccentricità : retta di separazione campo 3 e campo 4 Nel passaggio tra campo 3 e campo 4 la sezione risulta essere completamente tesa. La resistenza è affidata alle sole armature. a.n. T’ su T L’acciaio superiore risulta in genere non snervato per travi con h>20 cm

19. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del campo di rottura Noti gli sforzi normali corrispondenti alle linee di separazione tra i diversi campi di rottura, questi ultimi possono essere facilmente individuati e visualizzati sul diagramma di interazione M-N Campo 2 Campo 1 Campo 0’-0 e1 e2 e0 N’0 N2 N1 Nmax M/N > h/30>20 mm (EC2)

20. UniversitàdegliStudi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A 2013-14 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo • Per la determinazione del Momento Ultimo della sezione • considerata occorre seguire in sequenza i seguenti due passi: • Determinazione della posizione dell’asse neutro • Determinazione del valore del Momento Ultimo • Nelle prossime slide si fornisce una espressione del Momento • Ultimo in relazione al campo di rottura precedentemente • determinato

21. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Piccola eccentricità : compressione eccentrica (n0 < n < nmax) 2%° Determinazione asse neutro cu fcd La posizione dell’asse neutro yc si determina a partire dall’equazione di equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta generalmente non snervato per cui: y0=3/7 h C’ d c1 yc C C’’ a.n. K’=yc/h

22. UniversitàdegliStudi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A 2013-14 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Piccola eccentricità : compressione eccentrica (n0 < n < nmax) 2%° Determinazione asse neutro c fcd Il valore max di C è limitato dalla massima resistenza a compressione ammessa per il cls y0=3/7 h C’ c1 yc C C’’ a.n.

23. 2%° c fcd C’ yc C C’’ a.n. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Piccola eccentricità : compressione eccentrica (n0 < n < nmax) Determinazione Momento Ultimo L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione

24. UniversitàdegliStudi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A 2013-14 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 1 (n1 < n < n’0) Determinazione Asse neutro cu fcd La posizione dell’asse neutro yc si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta per definizione non snervato. L’equilibrio alla traslazione si scrive come segue: C’ yc C a.n. s< sy T Equazione algebrica di 2° grado Sostituendo la precedente nella equazione di equilibrio alla traslazione si ha:

25. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 1 (n1 < n < n0) Determinazione Momento Ultimo cu fcd L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione. C’ yc C a.n. s< sy T

26. UniversitàdegliStudi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A 2013-14 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n2 < n < n1) Determinazione Asse neutro cu fcd La posizione dell’asse neutro yc si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta certamente snervato e quindi nell’ipotesi che anche l’acciaio compresso sia snervato l’equilibrio alla traslazione si scrive : C’ C a.n. yc s> sy T HP: acciaio compresso snervato

27. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n2 < n < n1) Determinazione Asse neutro cu fcd Nel caso l’ipotesi di armatura compressa snervata non sia verificata occorre esprimere l’equazione alla traslazione in funzione di K ottenendo l’equazione di secondo grado con incognita la stessa K C’ 2%° C a.n. yc s> sy T Equazione per la determinazione dell’asse Neutro nel caso che l’armatura compressa non risulti snervata

28. UniversitàdegliStudi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A 2013-14 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 2 (n2 < n < n1) Determinazione Momento Ultimo cu fcd L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione. C’ C a.n. yc s> sy T

29. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n3 < n < n2) Determinazione Asse neutro  c<cu fcd La posizione dell’asse neutro yc si determina a partire dall’equazione dei equilibrio alla traslazione della sezione. L’acciaio inferiore risulta certamente snervato e quindi nell’ipotesi che anche l’acciaio compresso sia snervato l’equilibrio alla traslazione si scrive : C C’ a.n. yc s= sl T Equazione per la determinazione dell’asse Neutro nel caso che l’armatura compressa risulti snervata

30. UniversitàdegliStudi di Roma Tre Facoltà di Ingegneria Corso di Progetto di strutture - A/A 2013-14 Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n3 < n < n2) Determinazione Asse neutro  c<cu fcd Nel caso l’ipotesi di armatura compressa snervata non sia verificata occorre esprimere l’equazione alla traslazione in funzione di K ottenendo l’equazione di secondo grano con incognita la stessa K C C’ a.n. yc s= su T Equazione per la determinazione dell’asse neutro nel caso che l’armatura compressa risulti non snervata

31. IL CALCOLO DI PILASTRI IN C.A. ALLO SLU Pressoflessioneretta Stato limite ultimo di sezioni in c.a.: Pressoflessione Retta Determinazione del Momento Ultimo Grande eccentricità : Collasso nel campo 3 (n3 < n < n2) Determinazione Momento Ultimo  c<cu fcd L’equazione di equilibrio alla rotazione attorno al baricentro geometrico della sezione ci fornisce il Momento Ultimo della sezione. C C’ a.n. yc s= su T