UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PADOVA
FACOLTA' DI INGEGNERIA
Corso di laurea in Ingegneria Civile
Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Marittima, Ambientale e Geotecnica
TESI DI LAUREA
Analisi numerico-sperimentale del comportamento meccanico
e dell'interazione con il terreno di vespai aerati
Relatore : Prof. Ing. Simonetta Cola
Correlatore : Prof. Ing. Stefano Secchi
Laureando : Federico Moro
n. matricola : 413490
ANNO ACCADEMICO 2002-2003
ABSTRACT
Il lavoro svolto in questa tesi di laurea riguarda lo studio del comportamento meccanico e l’interazione con il terreno dei vespai aerati.
I vespai aerati oggetto di ricerca sono costituiti da elementi modulari in polipropilene a forma di cupola. L’accostamento degli elementi costituisce il cassero per il successivo getto di calcestruzzo che assume nell’intradosso la caratteristica forma a volta. Ogni modulo misura in pianta circa 60x60 cm e ha un’altezza variabile da 9.5 cm a 45 cm. I piedini di appoggio che vengono a formarsi in seguito al getto della cappa di calcestruzzo hanno un’area di circa 144 cm2; il loro interasse misura nelle due direzioni circa 60 cm. Per una descrizione più dettagliata del sistema produttivo si rimanda al sito internet del produttore: www.pontarolo.com.
Il lavoro di ricerca è diviso in due parti. La prima parte riguarda l’analisi sperimentale con prove di carico con piastra quadrata di lato 56 cm, su manufatti di dimensione in pianta 4x4 m. La seconda parte della tesi riguarda invece l’analisi numerica con modelli f.e.m. condotta con il programma di calcolo Straus 7.
Le variabili sperimentali che si sono considerate sono :
Obiettivo dello studio è dunque la definizione di un modello numerico ad elementi finiti la cui validità è accertata dalle prove sperimentali, al variare delle caratteristiche geometriche delle solette e del tipo di sottofondo adottato.
L’accostamento degli elementi Cupolex permette la formazione di canali di aerazione nelle due direzioni ortogonali. Tali canali permettono l’eliminazione verso l’esterrno del gas Radon e costituiscono un’efficace barriera contro la risalita per capillarità dell’umidità dal terreno sottostante.
ANALISI SPERIMENTALE
La prova di carico consiste nell’eseguire una serie di cicli di ricarico e scarico fino a portare a rottura il provino. Ogni provino di calcestruzzo è costituito da 7x7 moduli; la piastra di carico, posizionata in centro del manufatto ripartisce il carico esercitato per mezzo di un martinetto idraulico. Sono state effettuate circa 25 prove a rottura su provini con caratteristiche geometriche diverse; lo spessore minimo della soletta, il tipo di cupola, la presenza di un magrone di fondazione influiscono sulla capacità portante delle solette. La vasca sperimentale, costruita appositamente per le prove, misura in pianta circa 6x6 m e ha una profondità di circa 1.5 m. Le dimensioni sono tali da non consentire effetti di contenimento per la presenza delle pareti verticali e della soletta inferiore. Il contrasto è costituito dall’assembelaggio di travi in acciaio oppurtunamente ancorate alle pareti della vasca.
L’acquisizione dei cedimenti avviene tramite la lettura di sei comparatori centesimali elettrici collegati ad una centralina. Ad ogni step di carico si registrano cedimenti totali del manufatto e l’inflessione in prossimità della piasta di carico.
ANALISI NUMERICA
Lo studio del comportamento statico delle solette Cupolex è avvenuto tramite due modelli numerici ad elementi finiti.
Il primo modello semplificato è una piastra costituita da elementi "plate". Alfine di limitare i gradi di libertà si considera un solo quarto di struttura sfruttando la doppia simmetria lungo gli assi X e Y.
Il secondo modello numerico è costituito da elementi "brick" e riproduce la geometria tridimensionale delle solette aerate eseguite con Cupolex H26. Per limitare ulteriormente i gradi di libertà si considera un solo ottavo di soletta sfruttando la simmetria lungo la diagonale.
Il terreno è stato schematizzato con delle molle disaccoppiate con comportamento elastico lineare (mezzo alla Winkler) applicate alla base dei piedini di appoggio.
Oltre all’analisi lineare si è condotta infine un’analisi non lineare per lo studio del comportamento statico delle solette in fase post-elastica. La non linearità riguarda sia il materiale costituente il manufatto che il terreno su cui si sono eseguite le prove.
Modello "Piastra" : mappa di colore degli spostamenti DZ
Modello "Piastra" : mappa di colore della tensione principale
Modello tridimensionale "3D-H26" costituito da circa 150000 elementi "brick".
Modello "3D-H26" : mappa di colore degli spostamenti DZ
Modello "3D-H26" : mappa di colore della tensione principale
Il grafico riporta i risultati sperimentali della prova n.23. In ascissa viene riportato il valore dell’inflessione misurata dal comparatore n.5 al variare del carico agente sulla piastra. La curva rossa rappresenta la soluzione numerica (analisi lineare) del modello tridimensionale; la curva blu la soluzione numerica in condizione di non linearità.
Dai risultati ottenuti si osserva che i modelli numerici ad elementi finiti, eseguiti con il programma di calcolo Straus 7, aprrossimano bene i risultati sperimentali sia in fase elastica che in fase post elastica.
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