Modelli di aderenza acciaio-calcestruzzo e condizioni di confinamento in barre di armatura di membrature in c.a.

Si sono studiati modelli locali d’aderenza acciaio-calcestruzzo, da impiegare per lo studio raffinato dei fenomeni di fessurazione nel calcestruzzo armato. Lo studio ha tratto origine dalla necessità di modellare analiticamente il comportamento, in termini di diagramma momento – rotazione, delle cerniere plastiche che si formano in prossimità della sezione di incastro delle travi ai pilastri, per poter interpretare i risultati di prove sperimentali condotte su 30 campioni di nodo trave-pilastro in c.a. in vera grandezza, eseguite presso il Laboratorio per le Esperienze sui Materiali da Costruzione dell’Università di Pisa. La modellazione teorica delle zone plasticizzate, condotta secondo le ipotesi classiche della teoria del cemento armato, anche trascurando gli effetti del tension stiffening, conduce ad un sensibile scostamento dei diagrammi teorici da quelli sperimentali; ciò è conseguenza della presenza della fessurazione localizzata e dello scorrimento tra acciaio e calcestruzzo, sia nella trave, sia all’interno del nodo trave-pilastro. Si è quindi messo a punto un modello in grado cogliere gli effetti dello scorrimento e della fessurazione, riconducendo l’analisi della deformabilità delle sezioni inflesse, sotto opportune ipotesi, a quella di un tirante in c.a. costituito da una barra di armatura immersa all’interno di un cilindro di calcestruzzo con essa collaborante. Le prime applicazioni numeriche condotte, con riferimento al modello di aderenza del CEB, di gran lunga il più diffuso negli studi di Letteratura, ed il confronto con in dati sperimentali disponibili, hanno messo in evidenza l’impossibilità di attingere ai valori massimi della tensione tangenziale di aderenza e, conseguentemente, alla impossibilità di descrivere il degrado dell’aderenza nei casi riconducibili a situazioni reali. Si è quindi focalizzata l’attenzione sullo studio dell’aderenza, con particolare riguardo alle effettive condizioni di confinamento e di ancoraggio delle barre nelle membrature reali, mettendo a punto una innovativa tecnica sperimentale, che utilizza delle barre in acciaio opportunamente strumentate con estensimetri elettrici, immerse in un cilindro di calcestruzzo. L’elaborazione dei dati sperimentali e l’integrazione numerica delle deformazioni registrate sulle barre ha consentito, tramite opportune manipolazioni, di proporre un legame di aderenza locale, che è stato quindi inserito nell’algoritmo numerico di risoluzione della equazione differenziale dell’aderenza precedentemente messo a punto, per simulare il comportamento dei tiranti in c.a. e delle cerniere plastiche delle travi. I risultati ottenuti, posti a confronto non solo con i dati sperimentali di partenza, ma anche con dati analoghi disponibili Letteratura, hanno dimostrato non solo la validità del modello numerico, ma anche la bontà del modello di aderenza proposto. Infine, il modello di aderenza e l’algoritmo numerico sono stati impiegati in maniera estesa per la verifica a fessurazione di tiranti in c.a. anche allo scopo di confrontare i risultati ottenuti con le previsioni fornite dai codici normativi di maggiore utilizzo, EN1992-1-1, Model Code 90, NTC2008, sia in termini di ampiezza delle lesioni, sia in termini di distanza tra le lesioni stesse. Le analisi condotte confermano che il modello proposto è in grado di cogliere con migliore approssimazione, rispetto alle formulazioni normative, l’effettiva ampiezza delle fessure, che si manifestano nelle membrature con basse percentuali di armatura nella zona tesa e per grandi diametri delle barre di armatura. In conclusione, il modello di aderenza proposto appare in grado di descrivere il fenomeno della evoluzione degli scorrimenti tra acciaio e calcestruzzo, della conseguente mobilitazione delle tensioni tangenziali di aderenza, nonché del loro degrado, ben rappresentando le effettive condizioni di confinamento e di ancoraggio delle barre di armatura nelle membrature reali.