Collasso a taglio di elementi in c.a. soggetti ad incendio : evidenze sperimentali e modelli di calcolo

The shear is an elementary action to which a body is subjected and which causes a shear stress. The speciments, in addition to concrete, are made by longitudinal reinforcements that prevent collapse by bending. These, while providing a positive action towards the shear behavior, don't solve the limited bearing capacity of the concrete. In the presence of shear stresses, transverse reinforcements are arranged and they collaborate with the concrete to avoid a sudden crisis due to shear. The shear behavior of a beam gets worse in presence of fire because high temperatures affect the integrity of the materials that form the structure reducing the compressive strength of concrete and the yield stress of bars, both transverse and longitudinal. The purpose of this thesis is to verify collapse modes, in particular by shear, of 28 beams previously tested in laboratory. To do this are considered the theory of shear referred to reinforced concrete beams, the basic and advanced concepts relating to the action of fire on structures and the current legislation. Depending on the value of the yield strength of the reinforcements and the value of the compressive strength of the concrete, different collapse options are achieved such as: bending (due to the yielding of the longitudinal bars), collapse mechanism due to bending (with the formation of plastic hinges), shear on the concrete side (with elastic or yielded steel) and shear on the steel side due to low ductility of the stirrups. Each of these modes of collapse is anticipated if the beam is subjected to fire since this phenomenon leads to a decay of the mechanical properties of the materials. The impact of fire is considered by recreating, as closely as possible, the rise in temperatures in the concrete and steel that constitute the sections of the beams. In case of missing data, the simplified method presented by the prEN 1992-1-2 (2020) is used; it allows the reproduction of temperature-time diagrams. A further comparison is performed by evaluating the fire resistance of the materials using the tabular method presented in prEN 1992-1-2 (2020). At the end of the application of the analytical model, results in favor of safety are obtained for most of the beams which in the experimental phase showed a collapse due to shear. Furthermore, if they were designed with reference to the factored resistances, instead of the average resistances used in the experimental phase, in some of these the collapse would occur without the imposition of a fire load. The tabular method, on the other hand, is verified as not in favor of safety for beams subject to shear.

Il taglio è un’azione elementare a cui è soggetto un corpo e che provoca una sollecitazione chiamata sforzo tagliante. Gli elementi oggetto di studio, oltre che da calcestruzzo, sono formati da armature disposte longitudinalmente che prevengono il collasso per flessione. Queste, pur apportando una lieve azione positiva nei confronti del comportamento a taglio, non risolvono interamente la limitata capacità portante del calcestruzzo. Per ovviare alla presenza di sforzi di taglio, sono disposte armature trasversali che collaborano con il calcestruzzo per evitare una brusca crisi per taglio. Ciò che può peggiorare il comportamento a taglio di una trave è la presenza di incendio e, di conseguenza, di elevate temperature che intaccano l’integrità dei materiali che formano la struttura tramite degrado della resistenza a compressione del calcestruzzo e della tensione di snervamento delle barre di armatura, sia trasversali che longitudinali. Lo scopo della tesi è la verifica delle modalità di collasso, in particolare per taglio, di 28 travi precedentemente sperimentate in laboratorio. Per fare questo ci si avvale della teoria del taglio riferita alle travi in calcestruzzo armato, dei concetti base ed avanzati relativi all’azione del fuoco sulle strutture e delle normative vigenti. A seconda del valore di resistenza a snervamento delle armature in acciaio e del valore di resistenza a compressione del calcestruzzo, si perviene a diverse opzioni di collasso quali: flessione (a causa dello snervamento delle barre longitudinali), meccanismo di collasso dovuto a flessione (accompagnato dalla formazione di cerniere plastiche), taglio lato calcestruzzo (con acciaio elastico o snervato) e taglio lato acciaio dovuto alla rottura delle staffe. Ognuna di queste modalità di collasso è anticipata se la trave è soggetta ad incendio poichè tale fenomeno porta ad un decadimento delle proprietà meccaniche dei materiali. L’impatto del fuoco è considerato ricreando, il più fedelmente possibile, la crescita delle temperature nel calcestruzzo e nell’acciaio che compongono le sezioni delle travi. In caso di dati mancanti viene utilizzato il metodo semplificato previsto dal prEN 1992-1-2 (2020) che permette la riproduzione dei diagrammi temperatura-tempo. Un ulteriore raffronto si esegue valutando le resistenze al fuoco dei materiali servendosi del metodo tabellare presentato nel prEN 1992-1-2 (2020). Al termine dell'applicazione del modello analitico si evincono risultati a favore di sicurezza per la maggior parte delle travi che in fase sperimentale evidenziavano un collasso dovuto a taglio. Inoltre, se esse fossero progettate con riferimento alle resistenze fattorizzate, al posto delle resistenze medie utilizzate in fase sperimentale, in alcune di queste il collasso avverrebbe senza l'imposizione di carico di incendio. Il metodo tabellare viene, invece, verificato come non a favore di sicurezza per travi soggette a taglio.