La sfida
Il cliente ha chiesto a Lucideon di sviluppare una serie di test per determinare la resistenza delle pareti costruite con travi e per confrontarle con quelle costruite con pali del vento.
Cosa abbiamo realizzato
Inizialmente sono state testate quattro pareti contenenti travi di collegamento, ciascuna lunga 8 m e alta 5 m. Le pareti sono state costruite all’interno di un telaio in acciaio e le barre di rinforzo sono state inserite in semplici tacche attaccate alle colonne ad ogni estremità. Altri due muri contenenti pali per il vento sulla linea centrale del muro sono stati testati a scopo di confronto.
I risultati iniziali erano molto incoraggianti, ma i progetti erano deliberatamente conservativi, in quanto venivano utilizzati fissaggi extra e alcuni rinforzi per i giunti. Una seconda fase simile è stata effettuata dove queste misure conservative non sono state prese. I risultati sono stati altrettanto incoraggianti, con un leggero miglioramento nel caso delle travi di collegamento. Non ci sono state prove di fessurazioni dovute al ritiro.
L’approccio progettuale per i sottopannelli tra le travi di collegamento è semplice e segue i principi di EN 1996-1-1 e PD 6697. Tuttavia, la progettazione delle travi di collegamento alla BS 5628-2 si è rivelata più difficile, e il controllo contro un improvviso cedimento a compressione, che è incorporato nella BS 5628-2, ha controllato il progetto e ha portato a limitazioni della portata. Non c’era nessun segno di cedimento improvviso a compressione in nessuna delle prove, e di conseguenza fu intrapresa una serie di prove su pareti di bassa altezza, per determinare alcuni momenti flettenti limitanti che potevano essere usati per la progettazione. Dalle quattro prove effettuate, il risultato più basso è stato utilizzato per definire un momento flettente ultimo massimo, da utilizzare nella progettazione e quindi non è stato necessario un controllo di funzionalità.
Le specifiche dei materiali, la progettazione e l’esecuzione sono state tutte riunite in una Guida alla progettazione, che è stata pubblicata da Lucideon nel 2009 (allora Ceram).
Applicazione iniziale
La prima applicazione significativa del sistema Bond Beam è stata in un grande centro dati costruito nel sud-est dell’Inghilterra, un uso ideale per il sistema Bond Beam in quanto caratterizzato da lunghe e semplici file di pareti alte, caricate da un carico laterale moderatamente alto. Il centro è stato costruito come un robusto ‘bunker’ a due piani in acciaio e cemento costruito interamente all’interno di un grande edificio con struttura in acciaio. L’interno era suddiviso in stanze più piccole, con il requisito che un incendio o un’esplosione in qualsiasi stanza non si diffondesse nelle aree adiacenti.
La soluzione adottata per la costruzione delle pareti era di usare lunghe file di muri a blocchi spessi 140, con un carico laterale di progetto di 0,5 kN/m2. Questi muri erano tipicamente alti 6 m, e il progetto originale prevedeva il rinforzo dei giunti in ogni corso più 200 x 200 pali per il vento a sezione cava al massimo a 4,5 m di distanza. La quantità totale di muratura utilizzata era di 11.000m2.
L’introduzione delle travi di collegamento ha aumentato sostanzialmente la portata consentita delle pareti, eliminando molti pali per il vento intermedi, anche se alcuni pali per il vento erano ancora necessari accanto alle porte e su campate insolite. L’appaltatore della muratura ha riferito che l’uso del sistema di travi di collegamento ha ottenuto un risparmio di costi di circa il 15% rispetto a un sistema tradizionale di pali del vento.
Mentre le travi di collegamento permettevano una distanza molto più ampia tra i pali del vento, non era possibile ometterli completamente. Il passo successivo fu quello di studiare una versione verticale della trave di vincolo.
Prove su colonna
Le prove su colonna furono eseguite su quelli che erano essenzialmente blocchi cavi rinforzati localmente. In ogni caso, sono state usate due barre d’acciaio verticali in un singolo blocco vuoto.
Il sistema completato consiste ora in entrambe le travi e colonne, barre di trasferimento a taglio, tacchetti per fissare le barre d’armatura alle colonne dell’edificio e alle barre verticali nelle colonne. Tutti i dettagli, insieme ai momenti limite da utilizzare sia per le travi che per le colonne, sono stati inclusi in una guida di progettazione rivista.
Applicazione al Centro Acquatico 2012
Il sistema completo è stato utilizzato per la prima volta nel Centro Acquatico di Londra 2012. I progetti delle pareti erano complicati da diversi fattori:
- il livello inferiore è uno spazio cavernoso e la maggior parte delle pareti erano alte 6-7m
- i progettisti avevano specificato un carico laterale di 0.5 kN/m2, con carichi più alti a livello delle balaustre lungo i corridoi di fuga
- molte delle pareti non erano a tutta altezza e quindi non avevano vincoli in testa
- c’erano grandi quantità di servizi distribuiti ad alto livello negli spazi, creando molte penetrazioni attraverso le pareti a tutta altezza.
Nel progettare la muratura dell’Aquatics Centre, la forza aggiunta dall’introduzione delle travi di collegamento ha significato che le pareti erano in grado di estendersi significativamente oltre la distanza raccomandata dei giunti di movimento. Per evitare questa limitazione, è stato necessario introdurre il rinforzo del giunto di base.
Valore per il cliente
La suddivisione di grandi pareti in muratura soggette ad alti carichi laterali può essere ottenuta senza l’uso estensivo di pali del vento. La combinazione della progettazione dei sottopannelli utilizzando la guida del codice e un approccio “design by test” per le travi e le colonne di collegamento ha permesso di sviluppare un approccio di progettazione dello stato limite ultimo, senza la necessità di controlli di funzionalità. Nel corso del programma di test sono stati apportati miglioramenti progressivi ai componenti del sistema.
Il sistema è stato utilizzato con grande successo nel complesso progetto Aquatics Centre del 2012. L’appaltatore della muratura ha riferito che i muri a blocchi sono stati eretti più velocemente ed economicamente rispetto all’utilizzo di sistemi tradizionali comparabili. Questo progetto ha dimostrato il valore del sistema per applicazioni con pareti lunghe o alte con carichi laterali significativi. Ulteriori indagini hanno portato a una migliore guida sulla disposizione degli effetti del ritiro.