Un modello Strut and Tie per lo studio del fenomeno del comportamento a taglio in travi reticolari miste acciaio calcestruzzo

Con “travi reticolari miste” si indica una particolare tipologia di travi costituite da una reticolare in acciaio inglobata in un getto di calcestruzzo completato in opera. Il traliccio è costituito da un insieme di elementi saldati in stabilimento tra i quali si può individuare un corrente superiore formato generalmente da barre, un corrente inferiore formato da barre o da un piatto, elementi diagonali in barre disposte in modo da dare alla trave la classica forma piramidale e che possono essere organizzate, ove necessario, in più pareti. Il funzionamento di questo tipo di travi avviene per fasi: Il funzionamento di questo tipo di travi avviene quindi per fasi: durante la prima fase la trave è a tutti gli effetti una reticolare in acciaio che viene posta in opera e sulla quale vengono appoggiati i solai ed è pertanto progettata, oltre che per il peso proprio, per i carichi permanenti strutturali, mentre invece durante la seconda fase avviene il getto integrativo di calcestruzzo che, una volta maturato, permetterà alla trave di portare i carichi permanenti non strutturali e accidentali. Nel DM 14.01.2008 e Circolare 02.02.2009 n° 617/C.S.LL.PP si parla travi tralicciate in acciaio conglobate nel getto di calcestruzzo collaborante al paragrafo §4.6 “Costruzioni di altri materiali” e poi nelle “Linee guida per l’utilizzo di travi tralicciate in acciaio conglobate nel getto di calcestruzzo collaborante e procedure per il rilascio dell’autorizzazione all’impiego” (Settembre 2011): le travi reticolari miste vengono classificate in tre categorie (A – B – C) in base alle loro caratteristiche e si indica di far riferimento al §4.3 del DM 2008 o all’Ec4 (strutture composte) per le travi “A”, al §4.1 del DM 2008 o all’ Ec2 (strutture in calcestruzzo armato) per le travi “B” mentre per le travi “C” è richiesta una specifica autorizzazione da parte del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. Le connessioni saldate della reticolare in acciaio giocano un ruolo fondamentale per il funzionamento della trave reticolare mista: il trasferimento delle tensioni avviene attraverso i nodi del traliccio e quindi le saldature che li costituiscono devono avere precise caratteristiche in modo da garantire determinate risposte in termini di resistenza e duttilità. Tuttavia nelle travi reticolari miste le saldature vanno a collegare delle superfici curve in quanto i correnti e le anime di parete hanno sezione circolare e pertanto il cordone che si va a realizzare non ha caratteristiche geometriche precise. La “TRR Ponte” nasce proprio dall’idea di realizzare una trave reticolare mista nella quale le saldature possano essere realizzate in modo diverso: in essa infatti gli elementi del traliccio vengono collegati mediante un fazzoletto metallico che diventa una superficie piana sulla quale è possibile eseguire a tutti gli effetti dei cordoni d’angolo con caratteristiche precise e misurabili. Non solo, il processo di saldatura risulta più veloce e agevole per l’operatore e, inoltre, il fazzoletto riduce la lunghezza libera di inflessione degli elementi compressi diagonali e del corrente superiore aumentando il carico critico che porta all’instabilità la trave e quindi ne migliora il comportamento in prima fase. Infine, gli elementi diagonali possono essere posizionati e saldati ai fazzoletti sul piano di lavoro e successivamente, una volta realizzate tutte le pareti, si può procedere con l’assemblaggio dell’intera trave, con una notevole razionalizzazione del processo produttivo. La trave TRR Ponte è realizzata in acciaio da carpenteria e quindi, da normativa, dovrebbe essere dimensionata a taglio come una trave di categoria “A”, ovvero considerando il solo traliccio in acciaio. Tuttavia appare restrittivo trascurare completamente la presenza del getto di seconda fase in quanto la formazione di bielle di calcestruzzo potrebbe influire sul comportamento ultimo della trave e sulle modalità di collasso. Allo stesso tempo però l’applicazione degli algoritmi del cemento armato non sembra essere opportuna in quanto essi si basano sull’aderenza tra calcestruzzo e acciaio quale meccanismo di trasferimento delle tensioni: nelle travi di categoria “A” si utilizza acciaio da carpenteria e comunque si ritiene che il funzionamento generale di una trave reticolare mista si basi soprattutto sulla trasmissione degli sforzi attraverso i nodi saldati del traliccio. Per questi motivi si è proposto un diverso modello analitico per lo studio del comportamento a taglio di queste travi: esso si basa sul metodo “Strut-and Tie”, ovvero sull’ipotesi della formazione all’interno della trave di un traliccio iperstatico composto dalla reticolare in acciaio e dalle bielle compresse in calcestruzzo del getto collaborante, e ad esso sono state applicate le equazioni di equilibrio ai nodi per la valutazione delle azioni interne. I test sperimentali condotti hanno dimostrato la formazione delle bielle di calcestruzzo all’interno della reticolare in acciaio e quindi hanno confermato l’ipotesi di traliccio iperstatico composto formulata con il metodo “Strut-and-Tie”. Inoltre le travi TRR Ponte sono arrivate al rottura secondo le modalità previste in fase di dimensionamento anche se per carichi superiori rispetto a quelli di progetto. Il comportamento a taglio delle travi TRR Ponte è stato studiato anche attraverso analisi numerica: in particolare, si è sviluppato un modello FEM semplificato che, a fronte di un ridotto onere computazionale, si è dimostrato efficace nel descrivere i meccanismi di collasso e stimare dei carichi a rottura prossimi a quelli ottenuti dalle prove sperimentali. Un altro importante aspetto da analizzare potrebbe essere il comportamento a fatica della trave TRR Ponte: test sulle connessioni e sull’intero elemento potrebbero portare a nuovi campi di applicazione della trave TRR Ponte come ad esempio i ponti integrali. In questa tipologia di ponti i dispositivi di appoggio e i giunti di dilatazione vengono eliminati e la sovrastruttura (impalcato) viene resa solidale con la sottostruttura (pile e spalle): dato il loro funzionamento per fasi, le travi reticolari miste potrebbero essere utilizzate per la realizzazione dell’impalcato e dei collegamenti con le altre parti strutturali del ponte.