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L’attenzione rivolta in questi ultimi anni verso modalità di sviluppo maggiormente sostenibili dal punto di vista ambientale ha coinvolto anche il settore delle costruzioni, nel quale si registra un crescente interesse per materiali e tecniche costruttive caratterizzate da maggiore sostenibilità e per l’utilizzo di materiali a basso costo. In questo ambito, l’utilizzo della terra cruda come materiale da costruzione è stato rivalutato, anche in contesti caratterizzati da elevato progresso tecnologico, grazie alla sua riciclabilità, disponibilità locale e facilità d’impiego. Nonostante i suoi vantaggi, le difficoltà di codificazione e la necessità di sviluppare processi costruttivi adeguati alle esigenze odierne, ne stanno attualmente limitando l’utilizzo.
Prendendo ispirazione dalle soluzioni espresse dalle tecniche costruttive tradizionali, la presente tesi è rivolta all’analisi e all’interpretazione del comportamento meccanico di un elemento strutturale formato da un pannello in terra battuta rinforzato con elementi lignei, denominato TFRE (Timber-Frame-Rammed-Earth). Lo scopo è quello di proporre degli schemi strutturali semplificati che, basandosi su tecniche consolidate quali la teoria tecnica delle travi e l’analisi limite delle strutture, siano in grado di interpretare efficacemente la risposta meccanica dell’elemento strutturale sia in campo elastico che a collasso.
Lo studio si colloca nell’ambito delle attività condotte negli ultimi anni dal gruppo di ricerca sulle costruzioni in muratura del Dipartimento di Ingegneria Civile ed Industriale (DICI) dell’Università di Pisa. La campagna sperimentale è stata effettuata presso il “Laboratório de Estruturas” (LEST) del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Minho di Guimaraes, in Portogallo, sottoponendo alcuni prototipi dell’elemento strutturale proposto a una serie di prove a rottura a compressione e taglio, monotone e cicliche, con carichi agenti nel piano medio dell’elemento.
Nella prima parte del lavoro di tesi, relativa allo studio del comportamento dell’elemento TFRE in campo elastico, il sistema è stato schematizzato come composto da elementi monodimesnsionali. Il pannello di terra è introdotto nello schema come una trave equivalente (in termini di energia di deformazione elastica), collegata al telaio tramite delle distribuzioni opportune di molle orizzontali, a comportamento monolaterale o bilaterale, che permettono di schematizzare l’interazione presente fra i due materiali. Sono state studiate diverse fasi dell’interazione tra telaio e terra, legate all’entità del carico orizzontale esterno e alla presenza di attrito e scorrimento fra i materiali.
Nella seconda parte del lavoro di tesi, relativa allo studio del comportamento a rottura dell’elemento TFRE, è stato studiato il comportamento del sistema caricato nel proprio piano medio mediante i metodi e le tecniche consolidate dell’analisi limite, con particolare riferimento al teorema statico. L’analisi è stata condotta ipotizzando la presenza nel pannello di terra di campi di compressione staticamente ammissibili basati sul criterio di crisi di Galileo – Rankine (massima tensione normale) e la presenza di cerniere plastiche nei nodi del telaio ligneo. In questo modo si è ricercata la distribuzione di compressioni nel pannello e di sollecitazioni nel telaio ligneo che fosse ammissibile, ossia rispettabile di tutte le limitazioni imposte dalla resistenza dei materiali, e che fornisse il massimo valore del carico orizzontale. I valori teorici ottenuti, che rappresentano altrettante stime dal basso del carico di collasso, sono stati confrontati con i dati sperimentali.
Infine, è stata effettuata una prima serie di analisi parametriche su schemi teorici in campo elastico, variando alcuni parametri di ingresso del modello meccanico (dimensioni geometriche e rigidezze degli elementi) con lo scopo di analizzare come si modifica la risposta del sistema al variare di alcuni parametri di progetto dell’elemento strutturale.