La diagnostica rappresenta una fase preliminare alla progettazione di indiscutibile importanza per conoscere ed approfondire le vulnerabilità e la sicurezza strutturale dell’edificio storico. Spesso alla diagnostica in situ possono essere affiancati anche test sperimentali in laboratorio, riproducendo e testando provini in diverse dimensioni fino alla scala 1:1, costruiti con la medesima tessitura muraria dell’edificio storico, laddove in situ non sarebbe possibile testare per evidenti problemi di demolizioni e salvaguardia del bene monumentale.

Dal paragrafo 8.5.4 delle NTC2018 e relativa Circolare 21/01/2019 n. 7, fino al paragrafo 4.1.7 del D.P.C.M. 9 febbraio 2011, la normativa tecnica suggerisce l’utilizzo delle moderne tecniche diagnostiche, preferibilmente di tipo non distruttivo o al più semi-distruttivo, per approfondire le resistenze meccaniche delle murature e più in generale le potenziali vulnerabilità. Quest’ultime, spesso non visibili ad occhio nudo perché insite nella qualità interna della tessitura muraria o nei collegamenti non efficienti tra le pareti, devono essere tenute in considerazione dal progettista per una corretta modellazione del fabbricato storico e conseguente valutazione della sua sicurezza sismica.

Tecniche non distruttive soniche o termografiche, eseguibili in situ, possono fornire utili informazioni sulla qualità della sezione muraria, da correlare con limitati test più distruttivi come martinetti piatti e prove meccaniche in laboratorio sui singoli elementi murari (mattoni o pietre) per una stima più precisa delle resistenze meccaniche della muratura.

Di rado tuttavia si parla dell’utilizzo delle prove diagnostiche e dei test di laboratorio come fase progettuale di scelta a priori della tecnica di consolidamento più opportuna per uno specifico cantiere di restauro. Le potenzialità delle tecniche diagnostiche possono essere sfruttate anche nella fase di “collaudo”. Un esempio è rappresentato dalle prove soniche per validare il rinforzo con le iniezioni all’interno delle murature: maggiore è l’incremento di velocità dell’onda sonica registrato prima e dopo l’intervento, più efficace è stato quest’ultimo a riempire i vuoti della tessitura e a ripristinare la continuità della sezione muraria, aumentandone le resistenze.

In questo articolo è descritto un caso studio sulla diagnostica per consolidamento, circa l’utilizzo di prove diagnostiche in situ correlate a test di laboratorio per la scelta progettuale della tecnica di consolidamento più efficace e compatibile per un edificio monumentale. Una specifica campagna di prove in laboratorio supportata da test sonici in situ è stata eseguita per scegliere, tra iniezioni e intonaco armato, il consolidamento di alcune murature della Reggia di Venaria Reale (TO).

Caso studio: consolidamento murature Reggia di Venaria Reale (TO)

Diagnostica per consolidamento

Fig.1_Cantiere dei piani alti della Reggia di Venaria Reale (TO)_©Alessandro Grazzini

La Reggia di Venaria Reale (TO) è uno dei più visitati monumenti italiani appartenente al Circuito delle Residenze Reali (www.lavenaria.it). Costruita a partire dal XVII secolo, è stata una delle più grandi Residenze Sabaude dei Savoia. Dopo anni di abbandono, alla fine del secolo scorso è iniziata la sfida di riportare in vita il monumento. Il cantiere di restauro, il più grande in Europa terminato nel 2007 con l’apertura della prima parte del museo, si è contraddistinto non solo nei numeri e nelle dimensioni, ma anche per l’attività di sperimentazione messa in atto su tutti i campi scientifici che hanno interessato il restauro.

Uno degli interventi strutturali ha riguardato la ricostruzione dell’intero piano ammezzato (tra il primo e il secondo piano) con funzione di locale tecnico (sovraccarico 300 kg/mq) a servizio del museo. Questo intervento è stato eseguito nel cantiere dei piani alti della manica centrale della Reggia (Fig.1), avviatosi come lotto successivo a quello di restauro del piano interrato e piano terra, e delle facciate esterne. Gli originali piani mezzanini erano fatti di solai legnei rimasti completamente distrutti. L’area di ricostruzione del piano ammezzato era circa 1000 mq. La Soprintendenza per i Beni Architettonici del Piemonte decise di ricostruire il mezzanino con nuovi solai formati da putrelle e lamiere grecate, controsoffittati all’intradosso. Tuttavia, dalle prove eseguite con i martinetti piatti erano emerse resistenze non sufficienti nelle murature interne a supportare i nuovi sovraccarichi.

Nell’ottica di progettare un intervento di rinforzo delle pareti che avrebbero dovuto successivamente sorreggere gli appoggi dei nuovi solai ammezzati, la scelta ricadeva su due tipologie di consolidamento:

  1. le iniezioni a base di calce, oppure;
  2. un intonaco armato sempre con malta a base calcica.

Come sappiamo, l’utilizzo delle malte cementizie è oramai sconsigliato per le note criticità legate all’incompatibilità meccanica con le murature storiche. Le malte consolidanti devono possedere moduli elastici similari a quelli delle murature storiche, altrimenti si creano disequilibri nelle rigidezze. Pertanto sono da favorire prodotti a base di calce, più similari rispetto alle caratteristiche meccaniche delle murature storiche. Occorre ricordare che nell’intervento di consolidamento non occorre irrigidire eccessivamente la struttura muraria, bensì è sufficiente migliorare la qualità muraria ed aumentare senza eccessi le sue prestazioni meccaniche.

Diagnostica per consolidamento. Quale sperimentazione di laboratorio è stata eseguita?

Per operare la scelta tecnica, la Soprintendenza per i Beni Architettonici del Piemonte ha incaricato il Politecnico di Torino di eseguire una sperimentazione di laboratorio.

Sono stati confezionati in cantiere sei muretti di dimensioni 80x80x40 cm, ricostruiti con la stessa tessitura della muratura storica della Reggia, mista fra mattoni e pietre ricavati dagli scarti delle demolizioni del cantiere di restauro. Due provini sono stati ricostruiti con la originaria tessitura muraria, due consolidati con le iniezioni e altri due rinforzati con l’intonaco armato (Fig.2).

Diagnostica per consolidamento

Fig.2._Confezionamento in cantiere dei provini rappresentanti la muratura storica originale della Reggia di Venaria (a), consolidati con iniezioni a base di calce (b) e con intonaco armato a base calcica (c)_©Alessandro Grazzini

Mediante la prova a compressione (Fig.3) si è voluto testare il miglioramento strutturale che le due tecniche di rinforzo potevano offrire quando applicate a quella specifica tessitura muraria, non solo in termini di incremento di resistenza ma anche di duttilità nel confronto con la muratura originaria non rinforzata. Occorre ricordare che non esiste una tecnica di consolidamento adatta per ogni tessitura muraria storica, le quali sono molto diversificate in termini di materiali, qualità e resistenze. Pertanto è indispensabile testare l’efficacia e la compatibilità dei nuovi materiali consolidanti quando applicati ad una specifica muratura.

Diagnostica per consolidamento

Fig.3_Prova di carico a compressione eseguita presso il laboratorio MastrLab del Politecnico di Torino_©Alessandro Grazzini

Le prove a compressione sono state anticipate da prove soniche eseguite in situ sui sei provini (Fig.4), al fine di avere un ulteriore parametro di confronto con i risultati sperimentali ricavati in laboratorio, i quali sono sintetizzati nella tabella 1.

Diagnostica per consolidamento

Fig.4_Esecuzione di test sonici sui provini da parte della ditta 4 Emme Service S.p.A_©Alessandro Grazzini

Diagnostica per consolidamento

Tab.1_Risultati delle prove di compressione eseguite nel laboratorio MastrLab del Politecnico di Torino_©Alessandro Grazzini

Diagnostica per consolidamento

Fig.5. Quadro fessurativo delle diverse tipologie di provino dopo la prova a compressione_©Alessandro Grazzini

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Diagnostica per consolidamento: cosa è emerso dalle prove?

Dai risultati delle prove è emerso che la natura non cementizia della malta di calce utilizzata per l’intonaco armato ha permesso di limitare l’irrigidimento globale della struttura muraria, incrementandone la resistenza a compressione fino a percentuali soddisfacenti.

Al contrario la tecnica delle iniezioni di calce non avrebbe dato nessun beneficio in termini di resistenza, poiché la tessitura muraria non era a sacco e, sebbene di qualità non elevata, non presentava eccessivi vuoti o discontinuità da iniettare.

Il buon risultato di tale tecnica di consolidamento dipende non solo dalla scelta del materiale più opportuno e compatibile con le caratteristiche meccaniche e fisico-chimiche con quelle della muratura, ma anche e soprattutto dalla iniettabilità della stessa muratura e dalle percentuali e dimensioni dei suoi vuoti interni. Anche le prove soniche hanno confermato i decrementi e gli incrementi delle velocità correlati alla tipologia di intervento (Tabella 2) che si allineano con quanto ricavato sperimentalmente in laboratorio dalle prove a compressione. Una maggiore velocità sonica rappresenta una migliore qualità e continuità della muratura.

Diagnostica e consolidamento

Tab.2_Sintesi dei risultati delle prove soniche (eseguite dalla ditta 4 Emme Service S.p.A.)_©Alessandro Grazzini

Diagnostica e consolidamento

Fig.6_Esecuzione del rinforzo delle murature interne dei piani alti della Reggia di Venaria Reale (TO) mediante intonaco armato con malta a base di calce_©Alessandro Grazzini

La scelta è stata pertanto rivolta alla tecnica dell’intonaco armato, con cui sono state rinforzate le pareti di supporto alle nuove travi dei solai mezzanini. Questa breve esperienza sperimentale all’interno di un cantiere di restauro ha dimostrato che alcune tecniche di consolidamento, quale ad esempio le iniezioni di malta di calce, dovrebbero essere preventivamente testate per valutarne l’effettivo incremento di resistenza che possono offrire quando applicate ad una specifica muratura storica.

La tecnica delle iniezioni di malta di calce è sicuramente una delle più apprezzabili nel campo del restauro strutturale, poiché non invasiva e, se eseguita con malte a base di calce, assolutamente compatibile in termini di modulo elastico rispetto ai valori delle tessiture murarie storiche. Essa risulta particolarmente efficace quando applicata su tessiture a sacco o con presenza di vuoti e discontinuità, poiché riesce a migliorare la compattezza della sezione e migliorarne le prestazioni meccaniche.

Tuttavia non sempre tutte le murature storiche sono efficacemente iniettabili, soprattutto quelle che dimostrano già una tessitura omogenea. Pertanto il coefficiente moltiplicativo proposto dalla tabella C8.5.II della Circolare 21/01/2019 n. 7 nel caso delle iniezioni non deve essere considerato valido in ogni contesto, bensì preferibilmente confermato da test sulla specifica tessitura muraria da applicare. La stessa Circolare 21/01/2019 n. 7 afferma che « i coefficienti correttivi relativi alle iniezioni di miscele leganti devono essere commisurati all’effettivo beneficio apportato alla muratura, riscontrabile con verifiche sia nella fase di esecuzione (iniettabilità) sia a-posteriori (riscontri sperimentali attraverso prove soniche o similari).»

Articolo sulla diagnostica per il consolidamento a cura dell’ ing. Alessandro Grazzini, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Edile e Geotecnica, Politecnico di Torino.

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Le tecniche di ripristino e rinforzo che interessano le costruzioni esistenti possono essere utilizzate per diversi scopi, tra questo tipo di interventi rientra il ripristino pilastri.

I pilastri sono gli elementi verticali deputati a sostenere principalmente i carichi, anch’essi verticali, attraverso delle tensioni di compressione.

Tuttavia, nelle zone sismiche, devono essere in grado di resistere anche a forti sollecitazioni flessionali e taglianti.

Come tutte le strutture in cemento armato, spesso sono soggetti a fenomeni di degrado che ne possono ridurre le capacita resistenziali e quindi devono essere riparati in modo da ripristinare la resistenza originaria. Una classica condizione di pilastro ammalorato che può manifestarsi è quella che vede l’espulsione del copriferro e ferri di armatura fortemente ossidati.

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Ripristino pilastri. Quali interventi occorre adottare?

In questi casi il modo di operare per ripristinare la resistenza originaria del pilastro consiste nell’eseguire alcune operazioni oramai protocollate. In particolare viene rimosso tutto il calcestruzzo ammalorato mettendo a nudo le armature.

Per attuare il rinforzo pilastri, a questo punto la superficie viene accuratamente lavata, meglio se con acqua in pressione o aria in pressione. Una volta fatto asciugare tutto, i ferri di armatura, se ancora integri e quindi non di sezione estremamente ridotta a causa dell’ossidazione, vengono trattati con appositi prodotti in modo da creare un’adeguata protezione nei confronti dell’ossidazione.

Tale trattamento viene applicato a pennello, essendo la protezione in forma liquida, assumendo la forma di una vernice. Le armature vengono lasciate per qualche giorno a riposo in modo che la protezione possa far presa.

Successivamente si riprofila il pilastro, ridandogli la forma originaria e ripristinando il copriferro con adatti prodotti. Generalmente si utilizzano malte tixotropiche semplici o fibrorinforzate (possono essere bicomponenti ed a ritiro controllato), che vengono applicate come una normalissima malta.

In commercio esistono oramai molti prodotti e quindi, caso per caso, si tratta di scegliere quello che meglio si adatta alle specifiche esigenze. Nelle figure che seguono si possono notare le operazioni sopra spiegate, applicate al ripristino pilastri e della capacità funzionale di un pilastro.

In figura 1 si nota come sia stato totalmente spicconato il coperiferro e sia stata messa a nuda l’armatura metallica, che è stata spazzolata e pulita bene in modo da eliminare tutto l’ossido che la ricopriva. Si nota anche che l’armatura è ancora integra e quindi può continuare a svolgere la sua funzione resistenziale senza pregiudicare la capacità del pilastro.

Rinforzo pilastri

Fig.1_Trattamento ferri armatura © Metodi pratici per il rinforzo strutturale_Maggioli Editore

Tramite pennello viene applicato il prodotto, che ha la funzione di proteggere le armature.

Successivamente, come indicato in figura 2, che si riferisce ad un diverso pilastro, si inizia a riprofilare, iniziando con una prima rinzaffatura che va a coprire in maniera adeguata le armature, in modo da proteggerle dall’ambiente esterno. Questa operazione viene eseguita con malta sufficientemente liquida e talora può farsi anche con pennello.

Solo dopo questa prima rinzaffatura si dà vita ad un completo ripristino pilastri.

Rinforzo pilastri

Fig.2_Prima rinzaffatura delle armature ©Metodi pratici per il rinforzo strutturale_Maggioli Editore

A conclusione dei lavori di ripristino pilastri, l’elemento strutturale risulta identico alla forma originaria e se le armature non erano molto rovinate e quindi la sezione resistente rimasta inalterata, la sua funzione statica rimane anch’essa come allo stato originario.

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A quali patologie può essere soggetto un pilastro?

I pilastri lavorano prevalentemente a compressione, ma in generale sono soggetti a pressoflessione e, in caso di azioni sismiche, risultano soggetti ad elevate sollecitazioni taglianti.

Vediamo inizialmente che cosa comporta la compressione. Quando il carico agisce assialmente, la resistenza al carico esterno è offerta dalla sezione di calcestruzzo e dalle armature, solidarizzate tra loro dalle azioni di taglio che generano l’aderenza acciaio-calcestruzzo. La sezione di calcestruzzo solitamente è abbastanza grande rispetto all’altezza del pilastro, tant’è che difficilmente si hanno instabilità laterali dei pilastri.

Le armature, invece, hanno sezione piccola rispetto all’altezza, dando vita a snellezze estremamente alte.

Una barra di armatura da 16 mm, in un pilastro di altezza pari a 3 m, genera un rapporto altezza/diametro pari a:

d/h = 3/0,016 = 187,5

In queste condizioni, le armature sono soggette a carico di punta e quindi tenderebbero a inflettersi lateralmente. Ad impedire l’inflessione provvede il copriferro, che tuttavia, per i valori correntemente utilizzati, verrebbe facilmente espulso dall’inflessione della barra di armatura.

Ad evitare tale evenienza intervengono quindi le staffe, che tendono a mantenere le armature tramite un effetto cerchiatura. Infatti, per la presenza delle staffe, la lunghezza libera di inflessione delle armature può essere assimilata al passo delle staffe stesse. Se le staffe sono di diametro insufficiente, non ben chiuse o se il passo e estremamente elevato, in corrispondenza di elevati carichi di compressione, le armature possono instabilizzarsi per carico di punta fino a produrre il collasso del pilastro.

Questa situazione viene riprodotta in figura 3, dove si ha un classico collasso per espulsione dell’armatura a causa dell’instabilità laterale. Tuttavia, un pilastro soggetto a compressione in situazione di sofferenza, ma che ancora raggiunge le condizioni di collasso, mostra delle lesioni verticali.

Queste lesioni si hanno sia in strutture in cemento armato sia in colonne in muratura o pietra.

Ripristino pilastro

Fig.3_Collasso per instabilità dell’armatura ©Metodi pratici per il rinforzo strutturale_Maggioli Editore

Se la flessione non è in grado di generare tensioni di trazione, le lesioni orizzontali verranno a mancare.

Un’altra problematica che riguarda i pilastri prende in considerazione le sollecitazioni di taglio, che generano le classiche lesioni oblique, ad X nel caso di sollecitazioni cicliche come avviene nelle azioni sismiche. Un tipico collasso per azione di taglio è indicato in figura 4 per un pilastro snello.

Ripristino pilastri

Fig.4_ Collasso per taglio ©Metodi pratici per il rinforzo strutturale_Maggioli Editore

Nel caso di pilastro tozzo e sotto l’azione ciclica di una azione di taglio, si ha invece la classica situazione indicata in figura 5, dove si notano le lesioni ad X.

ripristino pilastri

Fig.5_Collasso a taglio di pilastro tozzo ©Metodi pratici per il rinforzo strutturale_Maggioli Editore

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Prima di analizzare il caso studio relativo al consolidamento pilastri in calcestruzzo armato soggetti a degrado, è bene sottolineare come la necessità di garantire condizioni di adeguata “conservazione” degli elementi in calcestruzzo armato abbia portato all’introduzione nelle norme UNI 11104:2016 e nelle UNI EN 206:2016 di 6 classi di esposizione per il calcestruzzo strutturale, suddivise in 18 sottoclassi in funzione del grado di aggressività.

Nel 2008 – anno in cui nella progettazione strutturale le NTC marcano il netto passaggio dall’approccio prescrittivo all’approccio prestazionale – tali classi vengono riportate anche nelle Linee guida sul calcestruzzo strutturale edite dal Servizio Tecnico Centrale della Presidenza del Consiglio Superiore dei LL.PP.

Sono anni nei quali si dispone di una sviluppata tecnologia del calcestruzzo armato e le ricerche sui materiali da ripristino si diffondono molto rapidamente. Il tema della durabilità delle opere, inoltre, inizia ad assumere il carattere di un’emergenza non più rinviabile.

Anche l’andamento del mercato del costruito gioca il suo ruolo. Forse perché troppo imbrigliato in codici e burocrazia, nelle nuove costruzioni registra investimenti negativi (-0,7% nel 2017, fonte Il Sole 24 Ore) ed è tenuto in vita dal settore delle ristrutturazioni (+0,5% nel 2017).

La riqualificazione e la sicurezza strutturale diventano temi cardine dell’attività governativa sostenuti anche dagli incentivi previsti dalle ultime leggi di Bilancio. Il caso dell’intervento di ristrutturazione descritto nel seguito pone una seria riflessione sul tema del controllo programmato delle opere e della loro manutenzione, indispensabile per garantire durabilità e sicurezza dei materiali da costruzione.

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Caso di consolidamento pilastri in calcestruzzo armato: diagnosi del degrado

Consolidamento pilastri in calcestruzzo

Fig.1_Riduzione della sezione di base_Tecniche di diagnosi, riparazione e miglioramento di strutture in calcestruzzo armato degradate ©Maggioli Editore

Nei locali dell’autorimessa del Tribunale di Bari, nell’anno 2014, fu notata l’improvvisa l’insorgenza di un fenomeno che destò qualche preoccupazione.

Nella zona basamentale dei pilastri cominciò a depositarsi materiale incoerente che, presto, si comprese provenire dalla pasta cementizia dei pilastri su alcuni dei quali si era avviato un importante degrado. Nel giro di poco tempo la sezione in calcestruzzo armato di alcuni elementi portanti aveva subìto una significativa riduzione, il copriferro risultava sgretolato e le armature completamente esposte. Per il timore di una compromissione della statica del fabbricato fu realizzata una puntellatura diffusa ed avviata in contemporanea una campagna di indagine finalizzata alla comprensione del fenomeno in atto.

Scopo dell’indagine era la caratterizzazione degli elementi portanti e la deduzione del livello di carbonatazione oltre al riscontro (o all’esclusione) dell’eventuale presenza di solfati e cloruri nel materiale alterato dei pilastri in modo da comprenderne la causa del degrado.

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Nell’analisi critica del contesto era ritenuto un dato significativo la concomitanza dell’insorgenza della fenomenologia con i lavori di realizzazione dell’asse nord-sud che avrebbe collegato la zona portuale alla tangenziale di Bari. L’ipotesi che si avanzava era il contatto con la pasta cementizia di sostanze aggressive dovute alla risalita del cuneo salino causata da una modifica dei livelli di falda indotti dalle nuove opere. La presenza di una anomala risalita capillare, peraltro, era “segnata” su tutti gli elementi interessati dal degrado.

Consolidamento pilastri in calcestruzzo

Fig.2_Deposito di materiale alterato e segno di risalita capillare_Tecniche di diagnosi, riparazione e miglioramento di strutture in calcestruzzo armato degradate ©Maggioli Editore

Caso di consolidamento pilastri in calcestruzzo armato: indagine sugli elementi strutturali

Il processo di consolidamento pilastri in calcestruzzo armato prevede l’esecuzione di un’indagine che comprende prove dirette ed indirette distribuite su tre distinte aree di prova.

Una prima area comprendeva zone di prova appartenenti agli elementi non interessati dal degrado, le altre due, invece, comprendevano prove su elementi interessati dal fenomeno ed in particolare una comprendeva le zone di prova sulle parti ammalorate e l’altra quelle posizionate sulle parti integre.

Una simile distribuzione serviva ad escludere reciproche correlazioni di causa effetto tra il degrado e le caratteristiche qualitative originarie del materiale degradato.

Consolidamento pilastri in calcestruzzo

Fig.3_Distribuzione del prelievo di carote su tre zone con differenti esposizioni alle sospette sostanze nocive_Tecniche di diagnosi, riparazione e miglioramento di strutture in calcestruzzo armato degradate ©Maggioli Editore

Con tale suddivisione furono realizzate prove ultrasoniche, prove sclerometriche (combinate in prove Sonreb), prelievi di carote, prove di carbonatazione e prove chimiche.

I risultati delle indagini non hanno evidenziato differenze significative nella qualità dei materiali tra i gruppi di prova appartenenti alle diverse aree. L’indagine sui calcestruzzi ha fornito un Rc medio pari a 35,5 N/mm2 dedotto sulla base dei risultati delle prove dirette ed indirette (carotaggi e Sonreb).

Tali risultati hanno rafforzato l’ipotesi che la causa di quanto osservato fosse una sopraggiunta “esposizione” alla quale il calcestruzzo originario non risultava adatto. La prova alla fenoftaleina, anch’essa svolta differenziando le zone appartenenti alle tre differenti aree, ha evidenziato in ciascuna area una profondità di carbonatazione mediamente pari a 3 cm.

Le analisi chimiche condotte hanno confermato l’esposizione ai cloruri e solfati risalenti dal terreno.Consolidamento pilastri in calcestruzzo

Un contesto simile avrebbe richiesto la progettazione di miscele adeguate che, considerata l’età del manufatto, probabilmente non sono state prese in considerazione.

Per calcestruzzi esposti ad attacchi ambientali dovuti alla presenza di cloruri le classi di riferimento sono la XS, suddivisa in sottoclassi: XS1-XS2-XS3 a seconda dell’aggressività; oppure la classe XD, suddivisa in sottoclassi XD1-XD2-XD3 a seconda dell’aggressività, come riportato dalla tabella delle UNI 11104:2016 (Fig.4).

Consolidamento pilastri in calcestruzzo

Fig.4_UNI 11104:2016 (tabella rielaborata)_Tecniche di diagnosi, riparazione e miglioramento di strutture in calcestruzzo armato degradate ©Maggioli Editore

L’ambiente marino – con la risalita del cuneo salino – a cui si associa il fenomeno descritto corrisponde alla classe XS, mentre l’uso di disgelanti – improbabile per il caso in esame – crea un ambiente corrispondente alla classe XD. Invece per l’esposizione ai solfati la classe di riferimento è la XA, suddivisa anch’essa in sottoclassi: XA1-XA2-XA3 a seconda dell’aggressività.

Consolidamento pilastri in calcestruzzo armato: intervento di recupero

L’intervento, di ripristino e consolidamento pilastri in calcestruzzo armato, ha previsto la messa a nudo dei pilastri fino allo spiccato di fondazione.

La foto che segue mostra l’andamento del degrado lungo il fusto del pilastro in funzione della sua differente esposizione. La parte del pilastro “protetta” dal terreno, per l’assenza di ossigeno, non si è degradata, nonostante fosse a contatto delle sostanze aggressive provenienti dal terreno stesso. Al contrario, invece, la parte sovrastante, esposta alle medesime sostanze aggressive, ed anche all’aria, ha subìto un importante deterioramento.

Consolidamento pilastri in calcestruzzo

Fig.5_Differente effetto delle sostanze nocive con agenti in presenza di ossigeno o in sua assenza_©Tecniche di diagnosi, riparazione e miglioramento di strutture in calcestruzzo armato degradate ©Maggioli Editore

Il progetto di recupero ha previsto la rimozione del calcestruzzo ammalorato con messa a nudo delle armature e successiva spazzolatura per rimozione di eventuali residui di ruggine. I ferri sono stati trattati con malte cementizie polimeriche passivanti (Fig.6) e la sezione è stata ricostruita con malte premiscelate.

Consolidamento pilastri in calcestruzzo

Fig.6_Passivazione dei ferri con Mapefer – Mapei S.p.A_©Tecniche di diagnosi, riparazione e miglioramento di strutture in calcestruzzo armato degradate ©Maggioli Editore

 

Effettuata la ricostruzione della sezione originaria la superficie è stata trattata per consentire l’applicazione di fibra di carbonio, quale elemento di protezione e miglioramento (Fig.7).

Consolidamento pilastri in calcestruzzo

Fig.7_Applicazione di fibra di carbonio – Progetto di ripristino, Prof. A. Bassi – Eos S.r.l.,
Milano_©Tecniche di diagnosi, riparazione e miglioramento di strutture in calcestruzzo armato degradate ©Maggioli Editore

Il testo è di Matteo Felitti e Lucia Rosaria Mecca.

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Ci sono situazioni in cui l’inserimento di pareti strutturali all’interno o lungo il perimetro di un edificio esistente in cemento armato risulta molto più efficace e vantaggiosa rispetto alla realizzazione di interventi “locali” sui singoli elementi.

Le pareti, infatti, in virtù della loro elevata rigidezza, si fanno carico di assorbire gran parte dell’azione sismica.

L’inserimento delle pareti strutturali all’interno dell’organismo deve essere però studiato con attenzione, cercando di privilegiare configurazioni per lo più regolari, o che comunque non siano in grado di causare evidenti problemi torsionali.

Poiché questa tipologia di intervento è particolarmente invasiva, al progettista si richiede anche una certa “sensibilità” nei confronti delle esigenze architettoniche.

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Inserimento di pareti strutturali. Quali tecniche possono essere utilizzate?

Esistono diversi modi per procedere con l’inserimento di pareti strutturali.

Tra le tecniche più diffuse vi è innanzitutto quella che prevede ad esempio la demolizione della porzione di tamponatura presente tra due pilastri esistenti (Fig.1) e l’inserimento di un opportuno quantitativo di armatura verticale e orizzontale che sia in grado di “inglobare” i pilastri all’interno del nuovo getto di calcestruzzo, realizzando così una nuova parete strutturale.

inserimento pareti strutturali

Fig.1_Esempio di realizzazione di una nuova parete strutturale mediante demolizione della tamponatura esterna ©Valutazione sismica e tecniche di intervento. Per edifici esistenti in c.a.

In alternativa è possibile effettuare un rinforzo delle tamponature esistenti mediante intonaco armato (Fig.2). In entrambi i casi possono essere impiegate reti elettrosaldate, anche se, nella seconda soluzione, sono sempre più diffuse le reti in materiale composito (es. fibra di vetro o basalto). Si raccomanda anche di prestare particolare attenzione nel confronto dell’ancoraggio dell’armature, al fine di garantire la corretta trasmissione degli sforzi tra piani consecutivi.

inserimento pareti strutturali

Fig.2_Schematizzazione del rinforzo di una tamponatura mediante “intonaco armato” (figura adattata da materiale didattico dei prof. A. Masi e M. Vona) ©Valutazione sismica e tecniche di intervento. Per edifici esistenti in c.a.

Al fine di garantire l’efficacia dell’in­tervento si rende opportuno l’inserimento di connettori che rendano solidali la rete di rinforzo con la tamponatura ed il telaio in cemento armato esistenti. Nel caso di intervento eseguito sia all’interno che all’esterno sarà opportuno solidarizzare tramite legature anche le reti di rinforzo tra di loro.

Rinforzando le tamponature esistenti mediante intonaco armato è possibile ottenere dei benefici qualitativamente assimilabili a quelli conse­guiti con l’introduzione di nuove pareti strutturali, ossia un aumento della rigidezza e della resistenza globale dell’edificio, anche se naturalmente di entità inferiore.

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Una tecnica alternativa all’intonaco armato è quella del calcestruzzo proiettato, noto anche come shotcrete, spritz-beton o gunite. Questa consiste nello spruzzo o proiezione, mediante lancia ad aria compressa, di una miscela cementizia additivata con prodotti acceleranti di presa, che consentono l’aggrappo istantaneo del conglomerato su una superficie. Il vantaggio di questa tecnica è chiaramente la rapidità di esecuzione, che la rende indicata in particolare per interventi che coinvolgono superfici di grandi dimensioni.

Anche se le applicazioni più frequenti riguardano i consolidamenti delle gallerie, il calcestruzzo proiettato viene impiegato, per esempio, per il rinforzo delle tamponature esterne presenti su lati ciechi di edifici: la mancanza di aperture permette un’applicazione rapida di reti di armatura su tutta la facciata (telaio in c.a. e tamponature in laterizio – vedi Fig. 3); il getto finale rende solidale l’armatura alla tamponatura e al telaio perimetrale esistente, migliorando il suo comportamento nei confronti dell’azione sismica, rendendolo più simile a quello di una parete strutturale.

Inserimento pareti strutturali

Fig.3_Sistema di rinforzo ibrido: pareti strutturali e controventi al piano terra (figura adattata da Fardis, 2009) ©Valutazione sismica e tecniche di intervento. Per edifici esistenti in c.a.

Si necessita solo della preparazione del supporto, prevedendo una pulizia atta a rimuovere la polvere e le impurità della superficie; quindi si procede alla messa in opera del rinforzo con la posa delle armature.

La pressione del getto fa sì che, pur avendo ottima aderenza, una parte del calcestruzzo rimbalzi sulla superficie e ricada nelle vicinanze, non si riesce ad avere la cura e il livello di precisione che si otterrebbe con un getto eseguito con le modalità tradizionali. Mediante l’applicazione di questa tecnica si evitano alcune delle fasi tradizionali del cantiere di un’opera in cemento armato, quali la predisposizione dei casseri e la loro dismissione.

Quali sono gli svantaggi legati all’inserimento di pareti strutturali?

L’inserimento di pareti strutturali comporta, di contro, un incre­mento notevole degli sforzi tramessi in fondazione. In particolare, si ha l’introduzione di momenti ribaltanti di ordini di grandezza molto superiori rispetto a quelli dovuti ai pilastri.

Qualora la fondazione risulti non idonea ad assorbire gli sforzi trasmessi dal nuovo sistema strutturale, è necessario prevedere un suo rinforzo oppure optare per una soluzione ibrida (come quella proposta da Tsiknias and Pittas, 1992 e schematizzata in Fig.3), che prevede l’inserimento di pareti tra pilastri esistenti a tutti i piani escluso il piano inferiore dell’edificio, per il quale si prevede un sistema di contro­venti che raccordano le fondazioni e trasferiscono quindi gli sforzi assiali in fondazione.

In alcune situazioni può essere necessario prevedere l’inserimento di pareti strutturali all’esterno dell’edificio, che operano come dei contrafforti; nell’operare questo intervento bisogna assicurare il buon collegamento delle stesse al resto della struttura, poiché in tali zone si ha un’elevata concentrazione di sforzi. Tuttavia questa soluzione potrebbe non essere ottimale da un punto di vista non solo strutturale, poiché si va ad agire sui prospetti dell’edificio, creando anche zone d’ombra che riducono l’illuminazione interna ed un ingombro indesiderato.

L’articolo è di Rui Pinho, Federica Bianchi, Roberto Nascimbene.

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Per incamiciatura in c.a. si intende un rivestimento degli elementi strutturali esistenti che, effettuato in cemento armato, prevede la messa in opera di armatura aggiuntiva (longitudinale e trasversale) con successivo getto di calcestruzzo.

Tale tecnica, già largamente diffusa e richiamata dalle NTC 2018, interviene sulla geometria dell’elemento aumentando le dimensioni della sezione.

L’incamiciatura in c.a. è applicata tipicamente ai pilastri (Fig.1), anche se può essere utilizzata per travi e nodi; in quest’ultimo caso è meno frequente, poiché risulta di difficile realizzazione (si preferiscono tecniche alternative come l’incamiciatura in acciaio o la fasciatura con materiali compositi).

Incamiciatura in c.a.

Fig.1_Schematizzazione dell’incamiciatura in c.a. di un pilastro (figura adattata da materiale didattico dei prof. A. Masi e M. Vona)_©Valutazione sismica e tecniche di intervento per edifici esistenti in c.a.

L’incamiciatura in c.a. può essere sia totale (Fig.1) che parziale (Fig.2); chiaramente l’intervento parziale risulta meno efficace e si rende opportuno ricorrervi solo in casi di stretta necessità (es. edificio in adiacenza ad un altro fabbricato).

Incamiciatura in c.a.

Fig.2_Schematizzazione dell’incamiciatura parziale in c.a. di un pilastro_©Valutazione sismica e tecniche di intervento per edifici esistenti in c.a.

Incamiciatura in c.a. Quali obiettivi è possibile raggiungere?

In merito allo spessore della camicia, le NTC non forniscono dei valori precisi, ma prescrivono, al § C8.7.4.2.1 della circolare esplicativa, che “deve essere tale da consentire il posizionamento di armature longitudinali e trasver­sali e la realizzazione di uno spessore del copriferro adeguato”.

Mediante questo tipo di intervento, come anche specificato dalla circola­re, si possono conseguire i seguenti obiettivi:

Affinché le barre longitudinali possano effettivamente contribuire all’incremento della capacità flessionale, deve essere assicurato l’ancorag­gio sia al piede che in testa dell’elemento. A tal fine devono essere prati­cate delle forature negli elementi strutturali adiacenti, per una profondità adeguata tale da sviluppare un’efficace tensione di aderenza, avendo cura che questi non vadano ad interferire con le barre d’armatura già presenti nell’elemento. L’ancoraggio della barra può essere garantito dall’iniezione di resina epossidica nella foratura (Fig 3-b).

Incamiciatura in c.a.

Fig.3_Esempi di (a) foratura per inserimento barre e (b) iniezione di resina epossidica per garantire l’ancoraggio (nota: l’intervento in questione non è d’incamiciatura)_©Valutazione sismica e tecniche di intervento per edifici esistenti in c.a.

Per assicurare il comportamento monolitico tra camicia e pilastro esi­stente si introducono dei ferri di collegamento (3-4 punti di giunzione per elemento), tra le barre longitudinali nuove ed esistenti collegate mediante saldatura (Fig.2). Si raccomanda di praticare la saldatura minima ne­cessaria in quanto l’acciaio d’armatura è particolarmente sensibile alle va­riazioni di temperatura.

Un altro aspetto di rilevante importanza riguarda la chiusura delle staffe; al fine di aumentare la duttilità, oltre che la resistenza a taglio della sezione, i ganci delle staffe devono essere chiusi a 135° gradi e devono avere una lun­ghezza di ancoraggio pari ad almeno 10 volte il diametro. Qualora la geome­tria non lo consentisse, la staffa potrebbe essere chiusa mediante saldatura.

Inoltre, bisogna sottolineare come sia molto importante l’operazione di scarico (decompressione) del pilastro, mediante il sollevamento del solaio grazie all’impiego, ad esempio, di martinetti idraulici. Tale operazione deve essere svolta con cautela, per non produrre danneggiamento quando l’elemento si trova ancora in campo elastico (ovviamente non bisogna superare la resistenza a trazione del calcestruzzo).

Nel caso, invece, in cui l’elemento non si trovi più in campo elastico, bisogna accettare una deformazione permanente. Si dovrà poi attendere la maturazione del calcestruzzo della camicia prima di ripartire il carico assiale sull’elemento.

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Come valutare la resistenza dell’elemento soggetto ad incamiciatura in c.a. ?

Per valutare la resistenza e la deformabilità dell’elemento soggetto ad incamiciatura in c.a. , nella circolare (al § C8.7.4.2.1) vengono elencate alcune ipotesi sem­plificative che possono essere assunte purché coerenti con la realizzazione dell’intervento, ossia:

Infine, per il calcolo della capacità degli elementi incamiciati la circolare riporta alcune espressioni a cui è possibile fare riferimento (eq. C8.7.4.1, C8.7.4.2, C8.7.4.3, C8.7.4.4). Inoltre, come per il caso della valutazione della sicurezza delle strutture esistenti, vengono indicati i valori delle resistenze dei materiali da impiegare nelle verifiche dell’edificio rinforzato.

L’incamiciatura in c.a. può essere impiegata anche per il rinforzo delle fondazioni (Fig.4); in questo caso l’intervento risulta molto invasivo, in quanto si necessita uno sbancamento del terreno fino al piano di posa della fondazione e la conseguente rimozione totale o parziale del solaio contro-terra.

Incamiciatura in c.a.

Fig.4_Esempio di incamiciatura in c.a. di fondazioni e pilastri_©Valutazione sismica e tecniche di intervento per edifici esistenti in c.a.

Tipicamente questo intervento riguarda edifici con fondazioni isolate (plinti) ed è sicuramente una buona occasione per realizzare anche delle travi di collegamento per irrigidire la fondazione ed evitare fenomeni di cedimenti differenziali. Bisogna considerare, però, alcuni aspetti derivanti dall’alterazione della geometria della fondazione:

Un rinforzo delle strutture fondazionali potrebbe essere valutato, per esempio, nel caso di strutture che nella loro vita hanno subito mutamenti di destinazione d’uso o che sono state sopraelevate, con significativo aumento dei carichi tramessi in fondazione.

Nell’immagine di copertina alcuni esempi di interventi su pilastri esistenti effettuati mediante incamiciatura totale in c.a. ©Valutazione sismica e tecniche di intervento per edifici esistenti in c.a.

Il testo è di Rui Pinho, Federica Bianchi, Roberto Nascimbene.

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Tra le indagini sulle murature, quella più semplice ed anche più importante, è quella che si effettua osservando quali sono i costituenti fondamentali e come essi sono impiegati. Pertanto, si tratta di togliere l’intonaco in una porzione di muratura, se essa e intonacata, oppure osservarla direttamente e verificare a quale tipologia appartiene.

In figura 1 sono indicate alcune tipologie murarie, tuttavia, dall’esame della muratura, si possono ottenere informazioni importanti circa l’eta della costruzione e le sue caratteristiche meccaniche.

Le indagini sulle murature ci dicono se il paramento è realizzato con elementi artificiali o naturali, se è stata impiegata malta di calce o di cemento, se abbiamo murature a secco o con terra e fornisce molte altre informazioni utili. Successivamente va determinato lo spessore delle murature e verificato se è un muro a sacco oppure omogeneo.

In figura 2 viene indicato un tipico muro a sacco, dove, nell’intercapedine tra i due paramenti superficiali, si hanno degli elementi sciolti. Molte volte, nella zona centrale, si rinviene anche della semplice terra. L’indagine visiva, ancorché non fornisca valori numerici per la caratterizzazione meccanica, indica il tipo di intervento da eseguire, in quanto, in un muro a sacco ad esempio, è importante collegare i due paramenti esterni con dei diatoni, mentre nel caso di murature non connesse tra di loro bisogna intervenire per solidarizzarle.

Indagini sulle murature

Fig.1_ Alcune tipologie murarie_©La progettazione strutturale su edifici esistenti – Maggioli Editore

Dopo aver esaminato i tipi di murature, si può anche scegliere quali indagini diagnostiche o quali prove eseguire su di esse. Tra le varie indagini sulle murature ci sono alcune di quelle che si effettuano anche per il cemento armato, come l’estrazione di carote per l’esame diretto della muratura nello spessore, le indagini termografiche e ad ultrasuoni. Altre verranno discusse nel seguito.

Indagini sulle murature

Fig. 2_Muro a sacco_©La progettazione strutturale su edifici esistenti – Maggioli Editore

Indagini endoscopiche

Delle indagini sulle murature, quella endoscopica applicata all’edilizia deriva dalle applicazioni mediche.

Si tratta di realizzare un piccolo foro nella muratura, del diametro di 30-40 mm e infilare direttamente nel foro una sonda in grado di realizzare delle foto o delle immagini visive che possono essere esaminate e registrate. Attraverso questo esame e in grado di rilevare i materiali che costituiscono la muratura. La strumentazione e poco ingombrante e la realizzazione di piccoli fori, per ispezionare la muratura, rende la prova poco invasiva.

Indagini georadar

Si basa sull’utilizzo di impulsi elettromagnetici ad alta frequenza che vengono inviati ad intervalli scadenzati di tempo. Le onde vengono generate da un’antenna posta sulla superficie della muratura da esaminare. Gli impulsi, viaggiando attraverso la materia, se incontrano uno strato di discontinuità, in parte vengono riflessi e in parte continuano il viaggio attraverso la materia per incontrare, eventualmente, altre discontinuità. Le discontinuità possono essere dovute a cambiamenti di densità, alla presenza di fessure o di materiali diversi. Leggendo i risultati delle onde riflesse si possono determinare le discontinuità presenti nell’apparato murario. Inoltre, scorrendo l’antenna sulla superficie del muro, si può ricostruire il modello bidimensionale e tridimensionale delle inclusioni presenti nel muro.

Prova con i martinetti piatti

Le indagini sulle murature possono eseguirsi con singolo o doppio martinetto. Nel caso di singolo martinetto si esegue la misura di zero, ossia si verifica la muratura nello stato iniziale. Successivamente si realizza un taglio orizzontale sulla muratura, la quale, sotto il peso della muratura sovrastante, tende a richiudersi.

Nel taglio realizzato, come indicato in figura 3, si introduce una lamina piatta di acciaio.

Indagini sulle murature

Fig.3_Martinetto piatto singolo_©La progettazione strutturale su edifici esistenti – Maggioli Editore

La lamina viene alimentata da un tubo con acqua o olio in pressione, in modo che la lamina metallica possa dilatarsi e riaprire la fessura sulla muratura fino a riportarsi allo stato originario. Questa condizione viene monitorata attraverso degli strumenti di misura. Quando la muratura ritorna nella posizione precedente al taglio, si rileva la pressione e si può determinare il valore della tensione sulla muratura in sito. Nota quindi la pressione nel martinetto, può essere determinato lo stato tensionale nella muratura con la formula seguente:

Indagini sulle murature

Nel caso di doppio martinetto, si eseguono due tagli paralleli dove si alloggiano i martinetti, come indicato in figura 4.

Indagine sulle murature

Fig.4_Prova con doppio martinetto_©La progettazione strutturale su edifici esistenti – Maggioli Editore

La distanza tra i tagli deve essere regolata in funzione dello spessore degli elementi murari, almeno 5 ricorsi nel caso di elementi aventi spessore di 10 cm e almeno 3 ricorsi in caso di altezze maggiori. Inoltre, tale distanza dipende molto anche dalla lunghezza L dei martinetti, dovendo collocarsi tra 1,5L e 2L.

Si misura quindi l’area di taglio, attraverso la lunghezza e la profondità e si inseriscono i martinetti. A questo punto si ha un elemento di muratura, quello tra i martinetti, che può essere sottoposto a compressione aumentando la pressione nei martinetti. Si aumenta quindi la pressione e si misura l’incremento di detta pressione Δp e l’incremento di deformazione Δe della muratura. La prova viene fatta per step successivi, ad ogni incremento di pressione si legge il relativo incremento di deformazione. Il tutto viene interrotto, per non pregiudicare la muratura, quando il predetto rapporto tende a diminuire in modo brusco, a testimonianza che la muratura sta attingendo condizioni prossime alla rottura.

Lo sforzo di compressione può determinarsi con la formula (2.17); inoltre, si può tracciare il diagramma ΔpΔe e quindi determinare il modulo elastico della muratura.

Quando si esegue una prova con doppio martinetto, si può prima fare un solo taglio ed eseguire una prova con un solo martinetto in modo da capire quale sia lo stato tensionale in situ della muratura, successivamente si esegue il secondo taglio e con la prova con doppio martinetto si caratterizza la muratura.

Prova di compressione diagonale

Può essere svolta in sito o in laboratorio. Nel secondo caso si deve considerare un elemento di apparato murario. Nel caso di prova in situ, come indicato in figura 2.22, si deve avere disponibilità di una porzione di murature di lato 120 × 120 cm e spessore dai 25 ai 70 cm. La prova risulta distruttiva e nel caso di esame in situ, si deve garantire la sicurezza, in quanto il pannello di prova viene tagliato e si deve poi ripristinare la muratura utilizzata per la prova.

La forza viene impressa lungo la diagonale fino alla rottura del pannello. La prova fornisce la resistenza a taglio della muratura e il modulo elastico tangenziale G.

Indagini sulle murature

Fig.5_ Prova di compressione diagonale_©La progettazione strutturale su edifici esistenti – Maggioli Editore

Prova su singolo elemento

La resistenza caratteristica delle murature dipende dalla resistenza del singolo elemento (mattone, blocco, ecc.) e dal tipo di malta impiegata. Al fine di caratterizzare la muratura, spesso si possono estrarre dalla muratura alcuni elementi da sottoporre in laboratorio a prove di compressione. Successivamente si eseguono delle prove sulle malte in modo da poter avere valori utili per la caratterizzazione meccanica.

Prove sulle malte

Per quanto riguarda le indagini sulle murature, non bisogna dimenticare quelle sulle malte.

Sulle malte si possono eseguire prove penetrometriche o prove di rimbalzo. Nel primo caso si misura il numero di colpi, impressi ad energia costante, per fare avanzare una punta conica a perdere nella malta. La prove di rimbalzo o sclerometriche consistono nel lanciare un elemento contro la malta e misurarne il rimbalzo. Attraverso delle tabelle, in funzione del rimbalzo, si determina la resistenza della malta.

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Il testo e le immagini sono tratte dal volume:

Metodi pratici per il rinforzo di elementi strutturali

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Santino Ferretti, 2018, Maggioli Editore
Il testo, aggiornato con le NTC2018, esamina le tecniche per riparare o rinforzare i vari elementi strutturali che compongono una costruzione (fondazioni, pilastri e travi di cemento armato, murature, solai, archi e volte, ecc.), alla luce delle nuove tecniche per il rinforzo strutturale degli...

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Condomini+ 4.0, l’app realizzata da ENEA, segna l’ennesimo passo avanti nell’era tecnologica che stiamo vivendo.

Il nome dell’app è giustificato dal pensiero, espresso dal responsabile del laboratorio ENEA di Efficienza energetica negli edifici e sviluppo urbano, Nicolandrea Calabrese: “La riqualificazione del patrimonio residenziale esistente e la ripresa nel settore dell’edilizia passano per i condomini, che in Italia secondo i dati Istat sono circa un milione e coinvolgono oltre 10 milioni di famiglie”.

Calabrese, ha aggiunto: “Condomini+ 4.0 è una vera e propria procedura sotto forma di app che indica le soluzioni tecnologiche più sostenibili per mettere in sicurezza e migliorare le prestazioni energetiche delle strutture residenziali”.

L’applicazione è gratuita, ed il suo utilizzo è consentito esclusivamente ai professionisti abilitati, quali periti, geometri, architetti ed ingegneri, specializzati nel settore strutturale ed impiantistico, in ambito edile.

La misura della vulnerabilità energetico-strutturale degli edifici, è l’obiettivo principale dell’app Condomini+ 4.0, progettata con l’Agenzia per l’efficienza energetica ed il Laboratorio ingegneria sismica e prevenzione di rischi naturali, presentata in occasione della campagna nazionale triennale,  Italia in classe A, destinata all’informazione ed alla formazione sull’efficienza energetica.

Come funziona l’app Condomini+ 4.0?

Condomini+ 4.0

Schermata iniziale App ©Manuale Condomini+ 4.0 – ENEA

La raccolta dati diventa automatizzata e la classificazione dell’edificio, rapida, con la valutazione indicizzata dello stato di fatto e delle principali criticità energetiche e strutturali.

Per avviare un nuovo rilievo le prime informazioni da inserire, interessano i dati generali, quali: anagrafica del tecnico rilevatore, anagrafica dell’edificio residenziale, dati geometrici della struttura, tipologia e stato di conservazione, ubicazione dell’edificio, tipologia edilizia, stato di manutenzione degli impianti e documentazioni di conformità.

Seguendo i passaggi ed inserendo le informazioni nei campi predisposti, è possibile ricavare un report dei rilievi completo di foto, il livello della classe di merito energetica e degli interventi per ottimizzarne la prestazione, gli elementi di vulnerabilità strutturale ed il livello di intervento strutturale che caratterizza l’edificio.

L’app fornisce un file di raccolta informazioni inserite dal tecnico durante le operazioni di rilievo, in formato.xml.

Tale file e i dati in esso contenuti, verrà utilizzato da ENEA per creare una piattaforma informatica di pianificazione strategica per l’attuazione di interventi di sicurezza e di riqualificazione energetica per gli edifici residenziali, quindi che permetterà l’individuazione delle zone con più alta necessità di intervento.

L’app è scaricabile da Apple Store e Google Play per le piattaforme iOS e ANDROID, i sistemi operativi disponibili sui dispositivi mobili (smartphone e tablet).

Indagine energetica, come procedere?

Per quanto concerne l’aspetto energetico, il software mette a disposizione una sezione di raccolta dati per il rilievo (Fig.1), come: consumi, involucro, climatizzazione invernale, climatizzazione estiva, ACS – acqua calda sanitaria, ventilazione, energia elettrica e illuminazione, solare termico e fotovoltaico, gestione del verde, valutazioni finali, quindi gli interventi di manutenzione e soluzioni progettuali da attuare, a seguito dei dati raccolti relativamente a ciascun punto analizzato e le criticità riscontrate.

Il numero di gradi giorno, necessario per la valutazione energetica è compilato in automatico a seguito dell’inserimento del comune nella sezione “Dati generali”.

L’applicativo consente il confronto tra i consumi reali dell’immobile ed il fabbisogno energetico di riferimento per le strutture condominiali, attraverso l’assegnazione di una classe di merito (buona-sufficiente-insufficiente) per i consumi elettrici e di riscaldamento.

Condomini+ 4.0

Fig.1_Sezione di raccolta dei dati per il rilievo “Energetico” ©Manuale Condomini+ 4.0 – ENEA

Condomini+ 4.0. Come può essere utile per gli aspetti strutturali?

Dal sito ENEA, viene precisato che per il rilievo degli aspetti strutturali, la procedura e la raccolta dati si ispirano ai contenuti delle schede GNDT e al metodo Benedetti-Petrini ([1], [2], [3]), con la finalità di fornire una prima valutazione del livello di intervento e l’avvio di un percorso di conoscenza della condizione strutturale dell’edificio che necessiterà una successiva valutazione della sicurezza.

[1] Progetto Save, INGV/GNDT, 2000-2002. [2] Progetto LSU-96, GNDT, 1996. [3] Benedetti D., Petrini V. (1984). “Sulla vulnerabilità sismica di edifici in muratura: proposte di un metodo di valutazione”, L’Industria delle Costruzioni, 149: 66-74.

Per procedere con l’indagine strutturale, l’app Condomini+ 4.0 , si compone di una sezione raccolta dati per il rilievo, con individuazione della pericolosità del sito, degli elementi di vulnerabilità ed il livello di intervento.

Con la pericolosità del sito viene individuata la zona sismica dell’area interessata, mentre nella sezione elementi di vulnerabilità consente di selezionare, quindi di acquisire le informazioni sulla tipologia edilizia (cemento armato o muratura) con focus sulle schede: vulnerabilità intrinseca, strutture, qualità delle strutture, fondazioni, orizzontamenti, regolarità pianta ed elevazione, elementi critici, elementi strutturali e non, distanza massima tra le murature, coperture e stato di fatto (Fig.2).

Condomini+ 4.0

Fig.2_elementi di vulnerabilità per strutture in calcestruzzo armato (sinistra) o muratura (destra) ©Manuale Condomini+ 4.0 – ENEA

Dopo aver compilato i campi di ciascuna sezione, il risultato che si ottiene è:

-un report dei rilievi completo di foto;

-il livello della classe di merito energetica e degli interventi per ottimizzarne la prestazione;

-gli elementi di vulnerabilità strutturale e il livello per migliorare la sicurezza dell’edificio;

-un file contenente tutte le informazioni inserite dal professionista.

Il file editabile, risultato del rilievo eseguito, può essere visualizzato in un’applicazione presente sul dispositivo in grado di gestire file DOCX che può eventualmente essere inviato via mail o essere archiviato ad esempio con OneDrive, Google Drive, Dropbox, etc.

Scarica il manuale

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La progettazione dell’intervento di adeguamento, in caso di sopraelevazione, presenta un’enorme complessità. Sono molti gli aspetti da valutare prima di procedere, in quanto la modifica del comportamento strutturale dell’edificio può gravemente minare la sicurezza ed in particolar modo se si parla dell’accoppiata sopraelevazione e sisma.

Quali sono gli interventi di adeguamento sismico, oltre la sopraelevazione

La norma fa ricadere nella categoria di adeguamento tutti quegli interventi che implicano una sensibile modifica del comportamento strutturale di una costruzione.

Si riporta integralmente la definizione che la norma affida alla categoria di “Interventi di adeguamento” definiti al §8.4.3 delle Norme Tecniche per le Costruzioni.

L’intervento di adeguamento della costruzione è obbligatorio quando si intenda:

a) sopraelevare la costruzione;

b) ampliare la costruzione mediante opere ad essa strutturalmente connesse e tali da alterarne significativamente la risposta;

c) apportare variazioni di destinazione d’uso che comportino incrementi dei carichi globali verticali in fondazione superiori al 10%, valutati secondo la combinazione caratteristica di cui alla equazione 2.5.2 del §2.5.3, includendo i soli carichi gravitazionali.

Resta comunque fermo l’obbligo di procedere alla verifica locale delle singole parti e/o elementi della struttura, anche se interessano porzioni limitate della costruzione;

d) effettuare interventi strutturali volti a trasformare la costruzione mediante un insieme sistematico di opere che portino ad un sistema strutturale diverso dal precedente; nel caso degli edifici, effettuare interventi strutturali che trasformano il sistema strutturale mediante l’impiego di nuovi elementi verticali portanti su cui grava almeno il 50% dei carichi gravitazionali complessivi riferiti ai singoli piani;

e) apportare modifiche di classe d’uso che conducano a costruzioni di classe III ad uso scolastico o di classe IV. In ogni caso, il progetto dovrà essere riferito all’intera costruzione e dovrà riportare le verifiche dell’intera struttura post-intervento, secondo le indicazioni del presente capitolo.

Nei casi a), b) e d), per la verifica della struttura, si deve avere ζE ≥ 1,0. Nei casi c) ed e) si può assumere ζE ≥ 0,80. Resta comunque fermo l’obbligo di procedere alla verifica locale delle singole parti e/o elementi della struttura, anche se interessano porzioni limitate della costruzione. Una variazione dell’altezza dell’edificio dovuta alla realizzazione di cordoli sommitali o a variazioni della copertura che non comportino incrementi di superficie abitabile, non è considerato ampliamento*, ai sensi della condizione a). In tal caso non è necessario procedere all’adeguamento, salvo che non ricorrano una o più delle condizioni di cui agli altri precedenti punti”.

(*) presumibilmente è un refuso presente nella norma, da leggersi con sopraelevazione

Le situazioni incluse nell’elenco sopra citato rendono quindi necessario che il tecnico incaricato, a seguito delle fasi di rilievo e di indagine, verifichi l’intera unità strutturale su cui si va ad intervenire, proponendo degli interventi tali da rendere tutti i coefficienti di sicurezza sismici almeno unitari. Questa è la principale differenza rispetto agli interventi di miglioramento che richiedono un incremento del coefficiente di sicurezza sismico rispetto alla condizione ante operam, senza però raggiungere un obbiettivo minimo prefissato.

Nel caso di interventi di adeguamento, la norma, solo in caso di variazione di classe e/o destinazione d’uso, concede al progettista di raggiungere il coefficiente di sicurezza sismico almeno pari a 0,80. Questo “sconto” sul coefficiente di sicurezza e principalmente legato alla volontà, da parte del normatore, di evitare interventi sovrabbondanti nei casi di modifica di destinazione o classe d’uso.

La scelta, da parte del normatore, di incrementare il livello di sicurezza sismica attesa a seguito di modificazioni architettoniche importanti rappresenta un tentativo di limitare (soprattutto in zone con medio-alto rischio sismico) alcuni tipi di intervento che hanno spesso causato in passato problematiche evidenti al patrimonio edilizio. Nel caso in cui, tuttavia, tali tipologie di intervento siano ritenute necessarie, il tecnico avrà l’onere di garantire particolari livelli di sicurezza, attraverso l’adeguamento sismico.

Quando è obbligatorio l’adeguamento sismico in caso di sopraelevazione?

La norma prevede l’obbligo di adeguamento sismico in caso di sopraelevazione della costruzione. Vi è solo un caso che permette al progettista di rimanere nella categoria di “intervento locale”: quando la sopraelevazione è legata esclusivamente alla realizzazione di cordoli sommitali. Questa particolare deroga è presumibilmente dettata dal fatto che l’aumento (se pur lieve) di altezza, e quindi di azione sismica, viene ampiamente compensato dagli effetti benefici che una cordolatura sommitale fornisce a una struttura in muratura.

Va comunque inteso che le scelte del progettista debbano corrispondere a quanto indicato dalla normativa: è infatti chiaro che per cordolo si intende una struttura in materiale tensoresistente (acciaio, calcestruzzo armato o legno) che deve comunque presentare una altezza ragionevole in relazione dell’espletamento del proprio compito: garantire un efficace collegamento tra strutture verticali e orizzontali e, conseguentemente, il comportamento scatolare di una struttura in muratura.

Sopraelevazione

Fig.1_Schematizzazione di un ampliamento di superficie abitabile a seguito di sopraelevazione

Il cordolo non dovrà gravare con un aumento eccessivo di carico sulle strutture esistenti, progettate e calcolate secondo condizioni dettate dalla scelta dei materiali dell’epoca a cui fa riferimento la costruzione.

Oltre alla specifica sopra citata, la norma fornisce un ulteriore chiarimento: se la sopraelevazione della copertura comporta un aumento della superficie abitabile (a livello del sottotetto), l’intervento edilizio ricade automaticamente in “intervento di adeguamento” (Figura 1). Questo punto è interessante in quanto la variazione di destinazione d’uso dell’ultimo livello comporta un aumento dei carichi variabili e la modifica della relativa Categoria (da Categoria H a Categoria A, ai sensi della Tabella 2.5.I delle Norme Tecniche).

In questo modo si ha un incremento della massa sismica proprio in corrispondenza dell’ultimo impalcato che quindi causerà un incremento non trascurabile delle azioni orizzontali a carico della sottostante struttura.

Sopraelevazione e sisma: cosa può comportare un intervento sbagliato?

Analizziamo ora in dettaglio le ragioni per cui la realizzazione di un sopralzo può comportare un peggioramento del comportamento strutturale di un fabbricato.

L’abbinata sopraelevazione e sisma, in una costruzione ha un’implicazione molto semplice: l’aumento dell’altezza della costruzione. Essendo l’azione sismica una forza di massa, un aumento dell’altezza della costruzione si accompagna solitamente anche ad un incremento della massa; conseguentemente l’azione sismica risulterà (quasi) sempre maggiore rispetto alla configurazione originaria.

Un altro aspetto tutt’altro che marginale è l’amplificazione delle sollecitazioni scaturite da un evento sismico, legata all’incremento della quota di applicazione delle masse aggiuntive.

Per meglio comprendere questo aspetto, è possibile assimilare una costruzione ad un oscillatore dotato di più masse collocate in corrispondenza degli impalcati e delle chiusure (Figura 2). La variazione dell’altezza comporta un incremento della sollecitazione flettente alla base dell’oscillatore legata all’aumento del braccio di momento.

Sopraelevazione e sisma

Fig.2_Schematizzazione dell’incremento di sollecitazioni sismiche a seguito di un’ ipotetica sopraelevazione

È possibile trovare facilmente riscontro di quanto detto andando ad analizzare i danni legati ad eventi sismici di edifici precedentemente soggetti a intervento di sopraelevazione.

Nell’immagine di copertina si riporta, ad esempio, il danneggiamento di un edificio a seguito della scossa sismica, datata 24 agosto 2016, che ha colpito il Centro Italia. Nel caso proposto, si osservano danni sulle murature dei due livelli inferiori favoriti da uno scellerato intervento di sopralzo, presumibilmente ascrivibile agli anni ’70-80.

I maschi murari dei livelli inferiori, oltre ad avere risentito dell’incremento di carico verticale legato al sopralzo, hanno subito l’aumento delle azioni taglianti e flettenti. Tutto ciò, combinato alla scarsa qualità muraria dei livelli inferiori, ha comportato gravi fessurazioni diagonali che hanno reso ovviamente inagibile il fabbricato.

Il testo è di Francesco Cortesi, Laura Ludovisi, Valentina Mariani.

Le immagini ed il testo, sono tratti dal volume:

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Il sisma che ancora sta lesionando gravemente il Centro Italia ha sollevato nuovamente un problema cruciale sorto già con i terremoti dell’Emilia del 2012 e dell’Aquila del 2009: la fragilità del costruito in Italia. Tale fragilità, in questo tragico evento, ha segnato case, scuole, edifici ricettivi e storici realizzati in Comuni non soggetti, all’epoca della loro nascita, ad alcuna classificazione sismica. Il nostro è un Paese sismico, non finiremo mai di ripeterlo: è necessario che ci sia la massima attenzione sul problema e la più approfondita padronanza sulle soluzioni tecnologiche atte ad affrontare, nel futuro, eventi simili.

Il nostro è un Paese sismico, ormai lo sappiamo molto bene. Per far fronte al rischio sismico c’è solo una strada da seguire, quella della prevenzione. È dato per certo che la prevenzione, intesa come l’insieme delle azioni necessarie a ridurre il rischio sismico, costi meno delle perdite, dirette e indirette, da affrontare in caso di terremoto.
Dobbiamo occuparci della sicurezza dei nostri edifici e crescere, in questo senso, dal punto di vista culturale, non pensando sempre che sia un fatto ineludibile e chiedendoci, piuttosto, se le nostre abitazioni, le nostre scuole e i luoghi dove lavoriamo e dove sono concentrate le nostre attività produttive siano sicuri e in grado di resistere a un terremoto.

Fondazione Promozione Acciaio, con la Commissione Sismica per le Costruzioni in Acciaio, è costantemente impegnata nel diffondere le conoscenze indispensabili ad affrontare con serenità la progettazione sismica di strutture in carpenteria metallica, un riferimento sicuramente importante per gli attori del settore nel miglioramento dei livelli di sicurezza delle costruzioni in tali zone.

Orientarsi verso la scelta migliore

I terremoti e le azioni che producono sulle costruzioni hanno sempre costituito un’insidia con la quale i costruttori si sono dovuti confrontare e portandoli ad esplorare soluzioni diverse per realizzare edifici capaci di resistere al sisma e la ricerca in tale direzione ha trovato stimoli continui. Nonostante ciò, bisogna ammettere che le nostre capacità di descrivere il fenomeno terremoto e prevedere la risposta delle costruzioni sono ancora limitate.

Parlando di protezione nei confronti dell’azione sismica è comunque opportuno sottolineare due aspetti. Il primo riguarda il concetto di sicurezza. Le azioni, le caratteristiche meccaniche dei materiali e la costruzione nel suo insieme non sono note con precisione per cui non esiste la “sicurezza assoluta” e una probabilità di collasso, piccola ma non nulla, esiste sempre. La resistenza di una costruzione è quindi calibrata in modo da contenere la probabilità di collasso durante il suo ciclo di vita al di sotto di un valore di equilibrio ritenuto accettabile per la società in termini di costi di costruzione e di perdite attese.

La seconda questione riguarda l’approccio usuale alla progettazione sismica. Le costruzioni sono progettate in modo da “sopravvivere” a terremoti disastrosi, nel senso che sono in grado di assicurare alle persone la possibilità di rimanere in vita ed uscire dall’edificio. E’ quindi normale che gli edifici si danneggino anche pesantemente durante il sisma e che il loro recupero sia estremamente costoso e spesso non conveniente (demolizione). Sono possibili approcci alternativi da valutare in termini di rapporto costi-benefici ed una consapevole progettazione sismica dovrebbe tener conto non solo dei costi immediati di realizzazione ma anche dei costi attesi nel ciclo di vita per la riparazione dei danni dovuti ai terremoti.

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Il contributo dell’acciaio per la sicurezza sismica degli edifici

Il 70% dell’edificato italiano non è in grado di resistere ai terremoti ed è proprio in considerazione della vulnerabilità del nostro patrimonio che le scelte dei futuri interventi in edilizia devono tenere conto dell’esperienza di Paesi che hanno saputo affrontare e vincere la sfida ai terremoti: Giappone e USA, per esempio, dove le costruzioni in genere e quelle antisismiche in particolare sono realizzate con struttura in acciaio. Le strutture portanti in acciaio garantiscono l’assorbimento dell’energia sismica utilizzando le elevate riserve plastiche dell’acciaio. E ciò avviene con l’uso di dettagli costruttivi meno onerosi rispetto a quelli di una struttura realizzata con materiali tradizionali.

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I terremoti non sono tutti uguali

Le scelte strutturali in zona sismica sono strettamente connesse alle caratteristiche del terremoto di progetto previsto nel luogo in cui si costruisce. E’ quindi utile definire dei parametri che permettano di descrivere terremoti sostanzialmente diversi in termini di risposta strutturale e correlare questi parametri con informazioni deducibili dal luogo di costruzione. Una volta inquadrato il problema in termini geografici, diventa importante la localizzazione di dettaglio e le caratteristiche di deformabilità del terreno.

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Il quadro normativo italiano e internazionale

In ambito nazionale i criteri di progettazione antisismica sono entrati nella pratica progettuale e costruttiva solo di recente. Fino agli anni 80 si è costruito in assenza di indicazioni precise e le costruzioni successive, fino al 2009, sono state progettate in base a criteri antisismici ampiamente inadeguati.
Al momento, la riduzione del rischio sismico delle costruzioni esistenti è una questione particolarmente rilevante ed urgente, la cui soluzione richiede l’avvio di un programma di prevenzione capace di coniugare efficacia e sostenibilità economica.

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Nuove realizzazioni ed esempi applicativi

Costruire una nuova costruzione con prestazioni sismiche migliori richiede solitamente un incremento, lieve ma certo, dei costi iniziali di costruzione mentre riduce drasticamente le perdite quantificabili nel caso di terremoto. Il mondo delle costruzioni si sta velocemente muovendo verso nuovi criteri per orientare le scelte nell’ambito delle nuove costruzioni e per individuare priorità e strategie di intervento per quello che riguarda il patrimonio esistente. Le costruzioni a secco, che in questi ultimi anni hanno visto un incremento notevole, sono in grado di garantire un’ottima risposta ai terremoti: in condizione di sisma molto elevato, la duttilità tipica di tale soluzione garantisce alti livelli di sopportazione allo stress sismico. La caratteristica di “elasticità” dell’acciaio ben si presta a questo genere di fenomeni, e in effetti, nei paesi esteri, dove l’incidenza del sisma è molto alta, l’utilizzo dell’acciaio è determinante per la sicurezza delle costruzioni e della popolazione.

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Esempi applicativi

Il recupero delle costruzioni esistenti ed esempi applicativi

Gli interventi sull’esistente costituiscono un tema di sempre più sentita importanza di fronte all’invecchiare del patrimonio delle costruzioni e delle infrastrutture realizzate durante i decenni della forte crescita economica e demografica del secolo scorso. E’ predominante il problema della sicurezza sismica delle costruzioni realizzate secondo criteri antisismici obsoleti oppure senza classificazione alcuna. La ricerca e l’applicazione di soluzioni efficaci e competitive per ridurre la vulnerabilità delle costruzioni esistenti nei confronti dei terremoti hanno assunto ruoli di crescente centralità nel settore delle costruzioni e l’acciaio, in tale ambito, gioca un ruolo indubbiamente fondamentale.

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Esempi applicativi

Foto di apertura: Associazione “La Nostra Famiglia”, Bosisio Parini (LC) – ph. Beppe Raso / Studio Paolo Bodega, Studio Maurizio Varratta – tratta da Aa Architetture in Acciaio – FPA)

Gli approcci progettuali, gli stati limite e le verifiche prestazionali degli elementi strutturali secondari e degli elementi non strutturali. L’argomento sarà al centro di un convegno organizzato al SAIE da ISI, ingegneria sismica italiana con la collaborazione di un panel di aziende di primo piano nel campo dell’ingegneria strutturale (da Tecnostrutture a CSPFea, AMV e Harpaceas).

 

L’appuntamento è per venerdì 24 ottobre presso la Sala Botero del Centro servizi di Bologna Fiere. L’inizio del convegno è fissato per le ore 14:00 e prevede, per gli ingegneri che vi parteciperanno, il riconoscimento di 3 CFP.

 

Il seminario è rivolto in particolare a progettisti strutturali ed impiantistici che operano con: impianti elettrici, termici, antincendio e di condizionamento, strutture prefabbricate, strutture ospedaliere, impianti industriali, impianti del settore Oil & Gas e dell’energia in genere, partizioni verticali, facciate vetrate, controsoffitti e pavimenti galleggianti, arredi pesanti, scaffalature, giunti di dilatazione.

 

Sei gli interventi tecnici previsti nel corso del pomeriggio di lavoro con relatori di primo piano nell’ambito della progettazione antisismica.

 

Qui brevemente i temi che saranno trattati:

 

1. Progetto di elementi non strutturali soggetti ad azioni sismiche (prof. ing. Gian Michele Calvi, ordinario all’IUSS di Pavia.

 

2. Scaffalature e sistemi di stoccaggio in edifici destinati ad attività industriali e logistiche. Approccio nelle Linee Guida del Consiglio Sup. LL.PP. e nella revisione delle norme Tecniche sulle Costruzioni (prof. ing. Walter Salvatore, ordinario di Tecnica delle Costruzioni, Università di Pisa).

 

3. Elementi non strutturali in Edifici destinati a Grande Distribuzione Organizzata, Mall ed Ipermercati in zona sismica e modellazione di tamponamenti (prof. Roberto Scotta, PhD, Docente presso l’Università di Padova)

 

4. La progettazione strutturale in zona sismica di facciate vetrate. Esperienze applicative di un progettista (ing. Domenico Positello, ICO Engineering)

 

5. La vulnerabilità sismica degli impianti tecnici. Aspetti progettuali e realizzativi (ing. Giorgio Bo, Prodim, Torino)

 

6. Indirizzi e criteri per la riduzione della vulnerabilità sismica degli impianti antincendio (prof. Stefano Grimaz, Direttore SPRINT-Laboratorio sicurezza e protezione intersettoriale, Università degli Studi di Udine)

 

Per il programma completo e la scheda di iscrizione, scarica la locandina del convegno dal sito ISI