Tipologie prove di carico. Quali sono quelle da utilizzare per solai e strutture?

Tipologie prove di carico. Quali sono quelle da utilizzare per solai e strutture?

Tipologie prove di caricvo

Si definisce prova di carico la verifica del comportamento sperimentale di una struttura (solaio, sbalzo, trave, rampa, ecc.) sottoposta ad un’azione simulata corrispondente ai carichi di esercizio previsti dal progetto (per elementi di nuova costruzione) o a quelli richiesti allo stato attuale dalla destinazione d’uso o dalla funzione strutturale da assolvere (nel caso di elementi esistenti).

Vediamo nel dettaglio quali sono le tipologie prove di carico da utilizzare e le modalità di applicazione che dipendono, naturalmente, dalle ipotesi di progetto, dal tipo di analisi e dagli scopi per cui la prova è richiesta.

Analizziamo di seguito le due metodologie più comuni.

Carico uniformemente distribuito

Tra le tipologie prove di carico, sicuramente è il più indicato quando le condizioni logistiche ed operative ne consentono la materializzazione perché, di fatto, è quello che meglio simula la condizione di progetto (che, appunto, prevede carichi uniformemente distribuiti); nella maggior parte dei casi non è possibile, sia per motivi di tempo che per ragioni logistiche e di costo, coprire interamente la superficie di calcolo, come da previsioni teoriche; si opta, quindi, per caricare solamente una striscia o un’impronta ridotta di dimensioni opportune, incrementando poi il valore del peso in essa ricompreso attraverso opportuni coefficienti amplificativi, come vedremo di seguito.

La materializzazione vera e propria del carico può avvenire per composizione di uno o più tipi di elementi pesanti, attraverso fasi di posa successive, definite dal progettista della prova; le tipologie più frequenti sono realizzate con:

  • accostamento di sacchi di sabbia o cemento, anche su più file, nel numero e posizione necessari; a titolo esemplificativo si consideri che un sacco di cemento commerciale pesa 25,0 daN ed ha dimensioni pari a circa 50×40 cm (Fig.1);
Tipologie prove di carico

Fig.1_Carico applicato con sacchi di sabbia o cemento – Courtesy by CO.M.Sigma srl_Diagnostica delle strutture esistenti © Maggioli Editore

  • posizionamento di pallet di sacchi di cemento, di blocchi di laterizio o di altro materiale preconfezionato, già preparati in magazzino con il peso corretto richiesto a seconda della geometria dell’impronta; a titolo esemplificativo si consideri che un “Euro pallet” ha dimensioni del bancale pari a 80×120 cm e può essere caricato (con sacchi di cemento) fino a 16,0 kN;
  • sistemazione di uno o più serbatoi per collaudi da riempire d’acqua sino al raggiungimento del carico richiesto che, normalmente, non può essere superiore a 10,0 kN/m2, ottenuto per sovrapposizione di due serbatoi; questo è probabilmente il sistema di applicazione del carico uniformemente distribuito più utilizzato perché molto vicino alla condizione teorica di progetto e perché il carico stesso viene incrementato in modo lento e continuativo consentendo un graduale “adattamento” della struttura alla sollecitazione, un monitoraggio efficace dello stato deformativo e la verifica preventiva dell’eventuale comparsa di cedimenti o fessurazioni; in caso di comportamento anomalo, però, lo svuotamento richiede un certo periodo di tempo e lo scarico, quindi, non è istantaneo come nel caso di carico applicato mediante martinetti idraulici (lo vedremo successivamente). La differenza sostanziale tra serbatoio e piscina risiede nel fatto che il serbatoio, gonfiandosi d’acqua, modifica la sua impronta a contatto con la superficie caricata (e di ciò va tenuto conto), mentre la piscina mantiene tale impronta constante durante tutta la fase di carico (Figg.3 e 4);

    Tipologie prove di carico

    Fig.3_Carico applicato con serbatoi per collaudi – Courtesy by CO.M.Sigma srl _Diagnostica delle strutture esistenti © Maggioli Editore

Tipologie prove di carico

Fig.4_Carico applicato con piscine – Courtesy by CO.M.Sigma srl _Diagnostica delle strutture esistenti © Maggioli Editore

  • preparazione di un’impronta di carico “mista” realizzata con pallet di cemento o blocchi e serbatoio sovrapposto;
  • altri sistemi di carico distribuito realizzati con pesi di varia natura, purché dettagliatamente previsti e calcolati in sede di progetto della prova.
Leggi anche: Prove di carico su solai, ponti e viadotti: cosa dicono le NTC 2018?

Carico concentrato equivalente

Delle tipologie prove di carico, questa è frequentemente utilizzato per prove di spinta o di tiro su elementi strutturali con una direzione predominante rispetto alle altre (travi semplici, travi reticolari, parapetti, ecc.), ma anche per simulare il carico uniformemente distribuito di progetto o di verifica su impalcati e sbalzi; in quest’ultimo caso, però, è necessario porre particolare attenzione già in fase di progetto della prova perché per ottenere, ad esempio, su un solaio, le stesse sollecitazioni massime di esercizio generate da un carico uniformemente distribuito l’entità delle forze puntuali in gioco può essere davvero importante e, di conseguenza, possono instaurarsi problematiche di diverso tipo come:

  • la necessità di dover contrastare opportunamente la spinta o il tiro (Fig.3) collegandosi alle strutture limitrofe in essere o predisponendo opportune zavorre di peso non sempre compatibile con le strutture esistenti;
Tipologie prove di carico

Fig.3_Prova di spinta a contrasto su solaio – Courtesy by CO.M.Sigma srl _Diagnostica delle strutture esistenti © Maggioli Editore

  • la possibilità che tali contrasti “lavorino” in modo diverso da quello per cui sono stati progettati; si pensi, ad esempio, ad un solaio su cui vengono applicate delle forze puntuali contrastate sull’impalcato superiore; appare subito evidente come il solaio superiore stesso, di fatto, sia caricato e si fletta in modo esattamente opposto rispetto a quello per cui è stato progettato con la conseguente generazione di momenti invertiti nella maggior parte dei casi non assorbiti dall’armatura presente e di fessurazioni all’estradosso; per ovviare a tale problematica è possibile puntellare superiormente più solai in modo che collaborino tra loro al contrasto, distribuendo gli sforzi, ma non sempre ciò è realizzabile per l’impossibilità di accedere a più locali o unità immobiliari di proprietari diversi;
  • il rischio di generare localmente, soprattutto su solai con cappe strutturali non armate o, in alcuni casi, addirittura non esistenti, fenomeni di punzonamento con conseguenze che non è neppure necessario descrivere.

Il vantaggio indiscusso, invece, delle tipologie prove di carico operate con carichi concentrati è la rapidità di esecuzione, la possibilità di produrre più cicli isteretici nella stessa unità di tempo e, naturalmente, di poter immediatamente sospendere l’applicazione della sollecitazione in caso di comportamento anomalo della struttura.

I metodi più frequentemente utilizzati per l’esecuzione di prove di carico con forze concentrate prevedono:

  • l’utilizzo di martinetti idraulici in numero e posizione idonea a produrre le stesse sollecitazioni massime in esercizio;
  • il transito e posizionamento di mezzi pesanti a 3 o 4 assi opportunamente caricati e sistemati sull’elemento strutturale in modo da simulare le massime sollecitazioni in esercizio.

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