Effetti delle azioni impattanti ed impulsive su strutture in C.A.

In this work we tried to analyze the effects that impacting and impulsive loads may have on R.C. structures. This type of actions, such as collision of vehicles or vessels, while having a low probability of occurrence can cause disastrous effects on structures. The events of recent years (eg: the terrorist attacks), have increased the interest in this type of actions and the consequences that can have on buildings. The analysis was carried out considering a reference building, with a reinforced concrete structure, previously designed to withstand the ordinary loads for civil structures. On this structure were applied two types of impacting actions, considered most probably for the building in question, and they were analyzed, with different terms, the effects. In the first case it has been assumed the impact of a vehicle on the basis of a column. In the second case, the analysis concerned the deck of coverage, in the event of impact of a helicopter, hypothesis likely, given the use of the building (Guardia di Finanza station). In the first part of the elaborate was meant to give an overview of actions impacting and impulsive. We have gone from a Case History on the main events of recent years, in which there have been more or less serious consequences, on structures of various types, arising from such actions. Chapters 4 and 5 is given a classification of the types of actions impact, as a function of the ratio of the stiffness between the impacting bodies and the bodies hit, and the local effects that can occur on reinforced concrete elements affected by rigid bodies. It also describes, in general, the behavior of the main structural elements (beams and columns) subject to high impact and impulsive actions. The problem in question is very large and are still going on a lot of research. Over the years we have prepared several empirical formulas to estimate the effects of actions impacting, especially with regard to local effects resulting from impacts. For this reason, in Chapter 6, are listed the most important formulas of this type, with the relative directions of the fields of validity. In the second part of the elaborate have analyzed in detail the effects of actions impacting on a building used as a reference type. In Chapter 7, a description is given of the reference case and calculation methods used in the design phase of the static structure. This is followed, in Chapter 8, for a description of the finite element method and how it can be used to model and analyze the structures in reinforced concrete, both in the elastic range in the plastic range. Chapter 9 fully describes the analysis performed on the reference structure, assuming that the same was subjected to two types of shocks: in the first case it is assumed the impact of a vehicle at the base of a central pillar of the building, in correspondence of the 'garage; in the second case the analysis concerned the deck coverage assuming a bump from a helicopter during the emergency landing (hypothesis plausible because the building is used as a barracks of the Guardia di Finanza). Their investigations concerned both the case that the elastic plastic. In conclusion it has been claimed that the stress due to the impact of vehicles on civil structures are not at all negligible. In fact, not only can have disastrous effects, but it has also been proven as the likelihood during the life of the structure are not always negligible. Moreover it is concluded that an ordinary structure, such as that of the reference building, does not have plastic resources sufficient to cope with a possible collapse of the base section of a pillar for action of the impact of a vehicle. It is therefore necessary to evaluate for each building the probability of occurrence of the collision of a vehicle and possibly design the pillar so that resist, though with considerable plastic deformation, actions of this type. The impact of helicopters, however, should be taken into account only for structures located in the vicinity of heliports and that have a real chance that are affected by these stresses. However in these cases it is sufficient to design the deck cover plate as a reinforced concrete. In fact, this type of element, ensures a good behavior (also considering the plastic phase) in case of impact of helicopters.

In questo lavoro si è cercato di analizzare gli effetti che le azioni impattanti ed impulsive possono avere sulle strutture in C.A.. Questo tipo di azioni, come collisioni di veicoli o natanti, pur avendo basse probabilità di verificarsi possono causare effetti disastrosi sulle strutture. Gli avvenimenti degli ultimi anni (e.g.: gli attacchi terroristici), hanno fatto crescere l’interesse verso questo tipo di azioni e sulle conseguenze che possono avere sulle costruzioni. L’analisi è stata svolta considerando un edificio di riferimento, costituito da una struttura in calcestruzzo armato, precedentemente progettata per resistere alle azioni ordinarie per strutture civili. Su questa struttura sono state applicate due tipologie di azioni impattanti, ritenute le più probabili in funzione dell’edificio considerato, e ne sono stati analizzati, con diversi criteri, gli effetti. Nel primo caso è stato ipotizzato l’impatto di un veicolo sulla base di un pilastro. Nel secondo caso l’analisi ha riguardato l’impalcato di copertura, in caso di impatto di un elicottero, ipotesi verosimile se si considera la destinazione d’uso dell’edificio (caserma Guardia di Finanza). Nella prima parte dell’elaborato si è voluta dare una panoramica sulle azioni impattanti ed impulsive. Si è partiti da una Case History sui principali eventi degli ultimi anni, in cui ci sono state conseguenze più o meno gravi, su strutture di vario tipo, derivanti da tali azioni. Nei Capitoli 4 e 5 si è data una classificazione delle tipologie di azioni impattanti, in funzione del rapporto tra le rigidezze tra i corpi impattanti ed i corpi colpiti, e degli effetti locali che si possono avere su elementi in calcestruzzo armato colpiti da corpi rigidi. Inoltre si sono descritti, in linea generale, i comportamenti dei principali elementi strutturali (travi e pilastri) soggetti ad azioni impattanti ed impulsive. Il problema in questione è molto ampio e sono ancora in corso molte ricerche. Nel corso degli anni sono state ricavate diverse formule di carattere empirico per stimare gli effetti delle azioni impattanti, soprattutto per quanto riguarda gli effetti locali derivanti da impatti violenti. Per questo motivo nel Capitolo 6 sono elencate le più importanti formule di questo tipo, con le relative indicazioni sui campi di validità. Nella seconda parte dell’elaborato si sono analizzati nel dettaglio gli effetti di azioni impattanti su un edificio tipo preso come riferimento. Nel Capitolo 7 viene data una descrizione del caso di riferimento e delle metodologie di calcolo utilizzate in fase di progettazione statica della struttura stessa. Successivamente si passa, nel Capitolo 8, ad una descrizione del metodo degli elementi finiti e di come esso possa essere utilizzato per modellare ed analizzare le strutture in calcestruzzo armato, sia in campo elastico che in campo plastico. Il Capitolo 9 descrive compiutamente le analisi effettuate sulla struttura di riferimento, ipotizzando che la stessa fosse soggetta a due tipologie di urti: nel primo caso si è ipotizzato l’impatto di un veicolo alla base di un pilastro centrale della costruzione, in corrispondenza dell’autorimessa; nel secondo caso l’analisi ha riguardato l’impalcato di copertura ipotizzando un urto da parte di un elicottero in fase di atterraggio di emergenza (ipotesi verosimile in quanto l’edificio è adibito a caserma della Guardia di Finanza). Le analisi svolte hanno riguardato sia il caso elastico che quello plastico. In conclusione si è potuto affermare che le sollecitazioni dovute all’impatto di veicoli su strutture civili non sono affatto trascurabili. Infatti, non solo possono avere effetti disastrosi, ma è stato dimostrato anche come le probabilità che si verifichino durante la vita utile della struttura non sempre sono trascurabili. Inoltre si è concluso che una struttura ordinaria, come quella dell’edificio di riferimento, non ha risorse plastiche sufficienti a far fronte ad un eventuale crollo della sezione di base di un pilastro per azione dell’impatto di un veicolo. È quindi necessario valutare per ogni edificio le probabilità che si verifichi l’urto di un veicolo ed eventualmente progettare il pilastro in modo tale che resista, anche se con deformazioni plastiche notevoli, ad azioni di questo tipo. L’impatto di elicotteri, invece, dovrebbe essere considerato solo per strutture situate in prossimità di eliporti e che hanno una reale probabilità che vengano colpiti da queste sollecitazioni. Tuttavia in questi casi è sufficiente progettare l’impalcato di copertura come una piastra in calcestruzzo armato. Infatti, questo tipo di elemento, garantisce un buon comportamento (considerando anche la fase plastica) in caso di urti di elicotteri.