Bond and anchorage of prestressing tendons in prestressed-concrete members

Negli ultimi decenni il calcestruzzo armato precompresso a cavi pre-tesi ha assunto una crescente rilevanza nelle applicazioni strutturali. Il suo ampio utilizzo richiede comunque un’adeguata conoscenza in merito allo sviluppo dell’aderenza tra i trefoli e il calcestruzzo circostante. L’aderenza è un fenomeno di importanza fondamentale, sia per il trasferimento della forza di precompressione al rilascio dei trefoli che per la capacità di ancoraggio del cavo in seguito a carichi flessionali. Gli attuali codici normativi per strutture in calcestruzzo forniscono formulazioni semplificate per descrivere i meccanismi di trasferimento delle forze da acciaio a calcestruzzo, e sembrano essere talvolta non conservativi quando comparati a evidenze sperimentali. Per considerare in maniera ragionevole l’effetto dei principali parametri che influenzano le proprietà di aderenza sono in realtà necessari modelli più raffinati, in grado di indirizzare verso una più corretta progettazione degli elementi precompressi. La prima parte di questo contributo presenta un’ampia revisione della letteratura riguardo vari aspetti delle armature da precompressione. Vengono illustrati in particolare i meccanismi di aderenza che governano la trasmissione della forza di precompressione al calcestruzzo e il successivo comportamento della membratura. Vengono inoltre descritti e commentati i comuni metodi sperimentali che permettono di indagare la lunghezza di trasmissione e la capacità di ancoraggio di trefoli da precompressione. Infine, vengono presentate e comparate le principali disposizioni normative in vigore. La seconda parte del lavoro di tesi è focalizzata sulla valutazione generale delle principali formulazioni normative in merito alle armature di precompressione. Si riscontrano grandi differenze nella valutazione delle lunghezze di trasmissione e di ancoraggio quando le diverse prescrizioni vengono applicate alla medesima configurazione strutturale, in seguito a discrepanze sulle variabili di influenza considerate. Viene pertanto studiata nel dettaglio l’accuratezza delle formule proposte, andandole ad applicare ad un ampio database di prove sperimentali sulle lunghezze di trasmissione e di ancoraggio, raccolto dalla letteratura disponibile. Si vedrà che le performance dei vari codici normativi non sono sempre accettabili, poiché le predizioni teoriche non si adattano sempre bene ai risultati sperimentali. Infine, viene studiato il ruolo di alcuni parametri fondamentali (per es. il diametro del trefolo, le condizioni superficiali dello stesso e la resistenza del calcestruzzo) nei confronti dell’aderenza, sulla base dell’analisi dello stesso database. Nella terza parte del contributo si affronta la modellazione analitica della lunghezza di trasmissione in travi precompresse. Per questioni di praticità, tutte le principali normative assumono una distribuzione semplificata delle tensioni di aderenza lungo la trave, anche se tale situazione non riflette le reali proprietà all’interfaccia trefolo-calcestruzzo. Una rappresentazione più accurata del comportamento interno di membrature precompresse può essere ottenuta tramite modelli fisicamente basati, in grado di incorporare in maniera razionale l’effetto di molti parametri di influenza. A tale scopo, un primo modello di aderenza viene presentato sulla base dell’espansione radiale del trefolo che si verifica al rilascio dei cavi, considerando le caratteristiche anelastiche del calcestruzzo attorno al trefolo. In seguito, un secondo approccio teorico viene sviluppato andando a descrivere in maniera appropriata la relazione aderenza-scorrimento. In entrambi i casi, le tensioni di aderenza tra i due materiali al rilascio dei trefoli sembrano descrivere distribuzioni non lineari lungo la zona di trasmissione. I risultati globali mostrano l’effettiva capacità dei modelli analitici sviluppati di simulare il comportamento dell’aderenza durante la trasmissione della forza di precompressione al calcestruzzo.