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Risultati della Sperimentazione sulle Strutture Prefabbricate in zona sismica
Giandomenico Toniolo

WORKSHOP
Tecniche innovative per il miglioramento sismico di edifici prefabbricati
SAIE 2014, Bologna 22 ottobre 2014 – ACI Italy Chapter

ABSTRACT:

More than twenty years of co-normative research accompanied the European standardization on the design of precast structures as codified now in Eurocode 8 and in the numerous related product standards. During these years an extraordinary development of precast construction took place in all European countries including those subjected to seismic risk. The results of that long experimental and theoretical research allowed a deep knowledge on the seismic behaviour of precast structures to be achieved, overcoming some deficiencies pointed out by recent earthquakes and directing their design towards a full reliability.
The research developed through seven subsequent stages, starting from 1994 up to the one presently in progress that will be finalized in 2015. From the single precast columns in pocket foundations, to the overall structural assemblies tested in full-scale prototypes, passing through all classes of mechanical connections, experimental and analytical investigations have been extended so to provide proper applicative guidelines for the design of precast structures under seismic conditions. This long series of research campaigns is summarized in this paper, illustrated with specific comments and many pictures.

1 INTRODUZIONE
Nel seguito viene presentato il tema della sicurezza degli edifici prefabbricati in zona sismica attraverso il resoconto della ricerca europea svolta negli ultimi venti anni.
Si riassumono dunque in poche immagini questi venti anni di ricerca co-normativa europea svolta a supporto della redazione dell’Eurocodice 8 per quanto riguarda la progettazione sismica delle strutture prefabbricate. La notevole attività si è sviluppata
attraverso sette fasi a partire dal 1994 fino alla ricerca che è attualmente in corso che si concluderà nel 2015.
Il presente resoconto, illustrato con molte immagini delle prove eseguite, mostra come la tecnologia della prefabbricazione non si è basata sull’improvvisazione, ma si è evoluta sulla base di una solida conoscenza scientifica. I risultati sono stati utilizzati nel formulare le competenti normative ed ora si può dire che le strutture prefabbricate, correttamente progettate con i codici di calcolo in vigore, nel rispetto dei limiti massimi di spostamento di piano e minimi di armatura, resistono a circa 1g e cioè a circa tre volte la massima azione sismica del territorio nazionale.

2 PROVE PILASTRI ASSOBETON
La 1a fase si è avviata nel lontano 1994 quando era in elaborazione la prima versione dell’Eurocodice 8. A supporto delle norme sui prefabbricati e per confutare il preconcetto allora corrente di una loro inadeguatezza, l’associazione italiana di categoria Assobeton ha commissionato una campagna di prove sui pilastri prefabbricati con plinti a pozzetto. Presso il Laboratorio ELSA del Centro comune di ricerca di Ispra sono state fatte dunque 20 prove cicliche e 6 pseudodinamiche sull’assetto che vedete in Fig. 1, con un martinetto verticale per applicare la compressione assiale e uno orizzontale
applicare l’azione ondulatoria.

Il coordinamento scientifico era fornito dal Politecnico di Milano. Un completo rapporto delle prove è riportato in Toniolo, Saisi 1998.

Per diversi rapporti di armatura e per diverse azioni assiali si sono ottenuti i classici diagrammi forza-spostamento del tipo di quelli mostrati in Fig. 2, oltre agli istogrammi della corrispondente energia dissipata.

I risultati hanno dimostrato quello che oggi si da per scontato e cioè che i pilastri prefabbricati si comportano molto bene, similmente a quelli gettati in opera, ma con i vantaggi di non avere riprese di armature, né il pericolo di impacchettamento delle staffe in quanto sono gettati in posizione orizzontale.

La sperimentazione ha ribadito ancora una volta la fondamentale importanza di una fitta spaziatura delle staffe. Una piena utilizzazione delle risorse plastiche delle barre longitudinali si ha solo con una spaziatura non maggiore di 3,5 il loro diametro.

E questo si ottiene molto semplicemente aggiungendo tre o quattro staffe al piede dei pilastri con un costo del tutto trascurabile rispetto a quello globale della costruzione.

3 ANALISI NUMERICHE DELLE STRUTTURE

La 2a fase ha riguardato il ruolo dei vincoli tra travi e pilastri e, tra 1996 ed il 2000, si sono elaborate diverse simulazioni numeriche comparative del comportamento sismico delle strutture a telaio come quella riportata in Biondini, Toniolo 2000 e 2004.

Il classico assetto delle strutture prefabbricate vede vincoli a cerniera come illustrato nella Fig. 3 a sinistra. Sotto l’azione delle forze F agenti in sommità, i pilastri vengono dimensionati per un momento massimo al piede pari a Fh.

Per il portale in figura si hanno dunque due zone critiche dissipative dimensionate per quel momento.

Il corrispondente telaio monolitico gettato in opera, sotto azione delle stesse forze F, vede dei momenti massimi in sommità e al piede dei pilastri pari a Fh/2. Per tali momenti dimezzati i pilastri sono dunque dimensionati. Nel portale di Fig. 3 a destra le
zone critiche dissipative sono quattro.

L’idea era che le due più grandi zone dissipative del portale prefabbricato potessero dissipare la stessa quantità di energia dissipata dalle quattro più piccole zone critiche del portale monolitico. Qui nel seguito si mostrano dunque i risultati comparativi ottenuti attraverso analisi dinamiche non lineari per le due strutture di Fig. 4 dimensionate sotto la stessa forza di sommità.

In Fig. 5 sono riportate le distribuzioni delle resistenze ultime calcolate per 1000 accelerogrammi artificiali compatibili con il suolo B della normativa. I valori in ascissa sono rapportati alla resistenza calcolata con q=5 secondo l’Eurocodice 8: il valore “1” vuol dire perfetta corrispondenza tra la risposta dinamica della struttura e quella così calcolata e coincide circa con il frattile 5% delle curve log-normali.

Le due distribuzioni sono praticamente eguali e dimostrano l’equivalenza dei due sistemi di vincolo per quanto riguarda la loro capacità sismica.

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