La sicurezza strutturale degli edifici esistenti Raffaele Pucinotti Dipartimento Patrimonio Architettonico ed Urbanistico

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1 AIST - 6 ottobre Bologna La sicurezza strutturale degli edifici esistenti Dipartimento Patrimonio Architettonico ed Urbanistico

2 Sicurezza Strutturale Il principale requisito di una struttura progettata è l affidabilitàe durabilità; ben Per essere affidabile deve stare in servizio con un adeguato margine di sicurezza nei confronti dei carichi che si possono presentare durante la sua vita utile;

3 Sicurezza Strutturale 2.3 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA (NTC 08) Per la valutazione della sicurezza delle costruzioni si devono adottare criteri probabilistici scientificamente comprovati. Nel seguito sono normati i criteri del metodo semiprobabilistico agli stati limite basati sull impiego dei coefficienti parziali di sicurezza, applicabili nella generalità dei casi; tale metodo è detto di primo livello. Per opere di particolare importanza si possono adottare metodi di livello superiore.

4 Sicurezza Strutturale Metodo Probabilistico: approccio di 1 Livello (S.L.) i valori delle Sollecitazioni (Sd ) NON SUPERINO le Resistenze di progetto (Rd), relative allo stato limite considerato. Sollecitazione Resistenza γ S S S K d R d R γ K R Sk Sd Rk Rd

5 COSTRUZIONI VULNERABILI AL SISMA E NON SOLO Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat STRUTTURE COSTRUITE PRIMA DELL INTRODUZIONE DI NORME SISMICHE; STRUTTURE COSTRUITE SECONDO VECCHIE VERSIONI (NON PIÙ ADEGUATE) DELLE NORME; CONCEZIONE STRUTTURALE NON IDONEA; CONOSCENZA INADEGUATA DEL TERRENOE DELLA SISMICITÀ DEL SITO; EDILIZIA ILLEGALE; STRUTTURE DEGRADATE PER ASSENZA OPPURE CATTIVA MANUTENZIONE. Sicurezza sismica degli edifici esistenti

6 Deficit di Manutenzione DEGRADO STRUTTURALE :Principali cause cause di tipo chimico: 1. Attacco di solfati, solfuri e cloruri; 2. Reazioni alcali-aggregati; 3. Carbonatazione

7 DEGRADO STRUTTURALE :Principali cause cause di tipo fisico: 1. Variazioni termoigrometriche: cicli di gelo-disgelo; 2. Ritiro; 3. Incendi Deficit di Manutenzione

8 1. DEGRADO STRUTTURALE :Principali cause cause di tipo tecnologico: 1. Utilizzo di calcestruzzi di qualità scadente; 2. Inadeguatezza degli spessori dei Copriferro; 3. Scarsi controlli in fase di esecuzione

9 LA SICUREZZA SISMICA DEGLI EDIFICI ESISTENTI DEGRADO STRUTTURALE :Principali cause cause di tipo progettuale: - Strutture realizzate in mancanza di calcoli strutturali oppure per - Cattiva Progettazione e/o esecuzione; cause di tipo meccanico: - Esplosioni, Vibrazioni, Urti e Sisma

10 INNOVAZIONI NORMATIVE - EUROCODICI - DECRETO MINISTERO DELLE INFRASTRUTTURE 14 gennaio 2008 (entrata in vigore - 1. luglio. 2009) Sono Norme di Tipo Prestazionale Le strutture, durante la vita, devono essere sottoposte a Le strutture devono garantire Gerarchie delle Resistenze Duttilità Manutenzione Ordinaria

11 VITA NOMINALE e Manutenzione Ordinaria La vita nominale è intesa come il numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata. Periodo di Riferimento

12 MANUTENZIONE: NTC PRINCIPI FONDAMENTALI Le opere e le componenti strutturali devono essere progettate, eseguite, collaudate e soggette a manutenzione in modo tale da consentirne la prevista utilizzazione, in forma economicamente sostenibile e con il livello di sicurezza previsto dalle presenti norme. TAGLIANDO OK TAGLIANDO? Piano di Manutenzione????? Monitoraggio? Ispezionabilità?

13 8.3 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA (NTC) Le costruzioni esistenti devono essere sottoposte a valutazione della sicurezza quando ricorra anche una delle seguenti situazioni: 1. Evidente riduzione delle capacità resistenti (Forte degrado); 2. Errori progettuali o costruttivi; 3. Cambio destinazione d uso; 4. Interventi non strutturali che interagiscono con elementi strutturali.

14 Progetto Interventi A. Interventi di Adeguamento; B. Interventi di Miglioramento; C. Riparazioni od interventi locali Nella valutazione si dovrà determinare il livello di sicurezza prima e dopo l intervento.

15 8.4.1 INTERVENTO DI ADEGUAMENTO Sono quegli interventi atti a conseguire i livelli di sicurezza previsti dalle NTC 08. È fatto obbligo di procedere alla valutazione della sicurezza e, qualora necessario, all adeguamento della costruzione, a chiunque intenda: a) sopraelevare la costruzione; b) ampliare la costruzione mediante opere strutturalmente connesse alla costruzione; c) apportare variazioni di classe e/o di destinazione d uso che comportino incrementi dei carichi globali in fondazione superiori al 10%; 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 organismo edilizio diverso dal precedente.

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22 8.5 PROCEDURE PER LA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA E LA REDAZIONE DEI PROGETTI (NTC 08) Nelle costruzioni esistenti le situazioni concretamente riscontrabili sono le più diverse ed è quindi impossibile prevedere regole specifiche per tutti i casi. Di conseguenza, il modello per la valutazione della sicurezza dovrà essere definito e giustificato dal Progettista, caso per caso, in relazione al comportamento strutturale attendibile della costruzione, tenendo conto delle indicazioni generali emerse in sede di sopralluogo ed indagine.

23 Nelle Indagini: SI POSSONO DISTINGUERE LE SEGUENTI FASI Prima fase: PRE DIAGNOSI ANALISI STORICO CRITICA RILIEVO AZIONI Seconda fase: INDAGINI IN SITU Terza fase: ESTRAZIONE DI CAMPIONI Quarta fase: PROVE DI LABORATORIO Quinta fase: EMISSIONE DIAGNOSI CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI LIVELLI DI CONOSCENZA E FATTORI DI CONFIDENZA 8.7 VALUTAZIONE E PROGETTAZIONE IN

24 Prima fase: PRE DIAGNOSI Bisogna predisporre il PIANO delle INDAGINI (C8.5.3): Il piano delle indagini dovrà essere predisposto nell ambito di un quadro generale volto a mostrare le motivazioni e gli obiettivi delle indagini stesse (fa parte sia della fase diagnostica che progettuale). Rilievo Esame visivo; Rilievo geometrico con inserimento del quadro fessurativo e dei maccanismi di danno; Documentazione fotografica; Raccolta dati ed esame della documentazione storica; DEF Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat Sez A-A DEF DEF DEF

25 Seconda fase: INDAGINI IN SITU Indagini distruttive, semidistruttive e PnD Caratterizzazione meccanica dei materiali. CIRCOLARE ESPLICATIVA NTC 08

26 Seconda fase: INDAGINI IN SITU Meccaniche: Sclerometriche Penetrometriche Estrattive Trazione superficiale Compressione su Carote Compressione su Microcarote Ultrasoniche: Ultrasoniche Microsismiche Tomografia acustica Emissione acustica Endoscopiche: Endoscopia Videoendoscopia Altre Prove: Prove di Carico Scansione Laser PATOLOGIA E DIAGNOSTICA DEL CEMENTO ARMATO Indagini non Distruttive e Carotaggi nelle Opere da Consolidare Elettromagnetiche: Radiografiche Tomografia radiografica Termografia Indagini Radar Rilevazioni Elettromagnetiche (ind. Pacometriche) Det. Potenziale di Corrosione Chimiche: Det. Profondità di Carbonatazione Det. Contenuto in Cl Combinate: A due parametri: SonReb A tre parametri: SonReb+Windsor In giallo i metodi trattati sul testo PATOLOGIA E DIAGNOSTICA DEL CEMENTO ARMATO Autore:

27 Seconda fase: INDAGINI IN SITU Molte sono le indagini distruttive e soprattutto non distruttive o semidistruttive che possono essere eseguite sulle strutture esistenti. La scelta deve essere effettuata in funzione dell importanza dell opera delle risorse economiche e degli obiettivi dell indagine.

28 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PATOLOGIA E DIAGNOSTICA DEL CEMENTO ARMATO Indagini non Distruttive e Carotaggi nelle Opere da Consolidare INDAGINI SCLEROMETRICHE (UNI EN ) 2)

29 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PATOLOGIA E DIAGNOSTICA DEL CEMENTO ARMATO Indagini non Distruttive e Carotaggi nelle Opere da Consolidare PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE (UNI EN ) 2)

30 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE PATOLOGIA E DIAGNOSTICA DEL CEMENTO ARMATO Indagini non Distruttive e Carotaggi nelle Opere da Consolidare Per ogni punto da sottoporre a prova deve essere scelta una superficie circolare con diametro compreso fra i 150 mm ed i 300 mm, all interno della quale verranno effettuate almeno 9 misure sclerometriche; Devono essere evitati i punti che si trovano nelle vicinanze degli spigoli(amenodi30 mm)edalleripresedi getto ed in corrispondenza delle armature metalliche.

31 PATOLOGIA E DIAGNOSTICA DEL CEMENTO ARMATO Indagini non Distruttive e Carotaggi nelle Opere da Consolidare Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE Rc Schmidt Pucinotti Irm

32 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE PATOLOGIA E DIAGNOSTICA DEL CEMENTO ARMATO Indagini non Distruttive e Carotaggi nelle Opere da Consolidare IN PRIMA APPROSSIMAZIONE per tener conto che le curve ricavate con riferimento ad un calcestruzzo standard non sono direttamente applicabili al calcestruzzo in situ e per avere comunque un indicazione sulla resistenza a compressione del calcestruzzo in situ, si possono moltiplicare i valori da essi consegnati per dei coefficienti correttivi: I Coefficienti (Pucinotti, 2006) sono funzione: Cc del tipo di cemento; Cd del dosaggio di cemento; Ci del tipo di inerte; Cm della maturità del calcestruzzo; Cu dell umidità. Rc' Schmidt Irm

33 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE Si può procedere con l estrazione di almeno un campione di calcestruzzo dalla struttura in esame. La taratura va effettuata con carote estratte dagli stessi elementi strutturali; Conviene estrarre almeno un campione a piano per ogni tipologia di elemento strutturale. (IN LINEA CON LA Circolare 617 /2009 alle NTC 08) Operando in questo modo la resistenza a compressione reale, per ogni piano e per ogni tipologia di elementi strutturali (travi, pilastri, pareti, ecc.) può essere determinata con la seguente espressione: I coefficienti di influenza Cm e Cu presenti assumono valori diversi dai precedenti (Pucinotti, 2006) con

34 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE IN MODO PIÙ RIGOROSO COSTRUZIONE DELLE CURVE DI TARATURA Nel caso di strutture di una certa importanza, oltre all indubbia convenienza ad utilizzare metodi combinati, risulta fondamentale eseguire una taratura dei risultati su campioni estratti in corrispondenza delle indagini sclerometriche costruendo delle curve di regressione. Queste sono delle curve che forniscono una stima conveniente della resistenza a compressione partendo dai valori dell indice di rimbalzo sclerometrico misurato.

35 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE COSTRUZIONE DELLE CURVE DI TARATURA La migliore interpretazione dei dati ottenuti per lo sclerometro è rappresentata dall applicazione dei minimi quadrati, mediante l assunzione di una correlazione del tipo seguente: Nell espressione precedente le incognite sono a e b

36 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE COSTRUZIONE DELLE CURVE DI TARATURA Nel caso in esame, i valori più attendibili di Rc si possono ottenere applicando il principio della massima verosimiglianza. Ovvero minimizzando la somma dei quadrati degli scarti (principio dei minimi quadrati) consistente nel rendere minima la grandezza seguente: Le incognite a e b si ricavano risolveno il sistema seguente::

37 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE COSTRUZIONE DELLE CURVE DI TARATURA Un indice per valutare gli errori collegati all applicazione della precedente relazione consiste nel valutare il coefficiente di determinazione dei valori stimati: Sicurezza sismica degli edifici esistenti

38 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE SCLEROMETRICHE COSTRUZIONE DELLE CURVE DI TARATURA: ESEMPIO Costruzione Curva di Taratura.xls

39 Seconda fase: INDAGINI IN SITU PROVE SUL CALCESTRUZZO PROVE COMBINATE A DUE PARAMETRI: SOnReb

40 Caratterizzazione meccanica dei materiali. Terza fase: ESTRAZIONE DI CAMPIONI

41 ORRORE Caratterizzazione meccanica dei materiali. Terza fase: ESTRAZIONE DI CAMPIONI OK OK ORRORE OK

42 Caratterizzazione meccanica dei materiali. Quarta fase: PROVE DI LABORATORIO COSTRUZIONE DELLE CURVE DI TARATURA Schmidt Quinta fase: DIAGNOSI 20 Pucinotti

43 C CONTROLLO DELLA RESISTENZA DEL CALCESTRUZZO IN OPERA (Circolare esplicativa alla NTC 08) Quando il controllo della resistenza del calcestruzzo in opera viene effettuato mediante carotaggio, per quanto attiene le procedure per l estrazione, la lavorazione dei campioni estratti per ottenere i provini e le relative modalità di prova a compressione, si può fare riferimento alle norme UNI EN ( Prelievo sul calcestruzzo nelle strutture Carote Prelievo, esame e prova di compressione ), UNI EN ( Prova sul calcestruzzo indurito Forma, dimensioni ed altri requisiti per provini e per casseforme ), UNI EN ( Prova sul calcestruzzo indurito Confezionamento e stagionatura dei provini per prove di resistenza ) e UNI EN ( Prova sulcalcestruzzo indurito Resistenza alla compressione dei Provini ), nonché alle Linee guida per la messa in opera del calcestruzzo strutturale e per la valutazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo indurito mediante prove non distruttive emanate dal Servizio Tecnico Centrale.

44 Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat C CONTROLLO DELLA RESISTENZA DEL CALCESTRUZZO IN OPERA (Circolare esplicativa alla NTC 08) In ogni caso si devono prendere in considerazione le seguenti avvertenze: il diametro delle carote deve essere almeno superiore a tre volte il diametro massimo degli aggregati; le carote destinate alla valutazione della resistenza non dovrebbero contenere ferri d armatura, (si devono scartare i provini contenenti barre d armatura inclinate o parallele all asse); per ottenere la stima attendibile della resistenza di un area di prova devono essere prelevate e provate almeno tre carote; il rapporto lunghezza/diametro dei provini deve essere possibilmente uguale a 2 o comunque compreso fra 1 e 2; è opportuno evitare che i provini abbiano snellezza (rapporto lunghezza/diametro) inferiore a 1 o superiore a 2; Sicurezza sismica degli edifici esistenti

45 Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat UNI EN ( Prelievo sul calcestruzzo nelle strutture Carote Prelievo, esame e prova di compressione ), prescrive che i rapporti preferenziali lunghezza/diametro devono essere i seguenti: a)2,0 se il risultato di resistenza deve essere paragonato alla resistenza cilindrica; b)1,0 se il risultato di resistenza deve essere paragonato alla resistenza cubica. Sicurezza sismica degli edifici esistenti

46 Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat EDIFICI IN C.A. Cir. 617/09 Sicurezza sismica degli edifici esistenti

47 Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat C8.5.3 CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI (NTC) Nel caso in cui vengano effettuate prove sulla struttura, attendibili ed in numero statisticamente significativo, i valori delle resistenze meccaniche dei materiali vengono desunti da queste e prescindono dalle classi discretizzate previste nelle NTC. Sicurezza sismica degli edifici esistenti

48 Sicurezza sismica degli edifici esistenti Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat Il valor medio della resistenza del calcestruzzo in opera (definita come resistenza strutturale) è in genere inferiore al valor medio della resistenza dei prelievi in fase di getto maturati in condizioni di laboratorio (definita come resistenza potenziale). È accettabile un valore medio della resistenza strutturale, misurata con tecniche opportune (distruttive e non distruttive) e debitamente trasformata in resistenza cilindrica o cubica, non inferiore all 85% del valore medio definito in fase di progetto. f = cm fmcar, 0.85 Duttili f cd = f cm Fc f? Fragili cm fcd = γ m Fc f ck

49 LIVELLI DI CONOSCENZA e fattori di confidenza La quantità e qualità dei dati acquisiti determina: Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat il metodo di analisi i fattori di confidenza da applicare alle proprietà dei materiali da adoperare nelle verifiche di sicurezza Ai fini della scelta del tipo di analisi e dei valori dei fattori di confidenza si distinguono i tre livelli di conoscenza seguenti: LC1: Conoscenza Limitata LC2: Conoscenza Adeguata LC3: Conoscenza Accurata Sicurezza sismica degli edifici esistenti

50 EDIFICI IN C.A. O IN ACCIAIO

51 Edificio con progetto disponibile Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat Edificio progetto non disponibile Esame Progetto Rilievo Geometrico Struttura Controllo in situ di dettagli geometrici ed armatura Prove in situ per caratterizzazione materiali e stato di conservazione e LC Progetto Simulato Saggi e prove in situ per verifica armature, caratterizzazione materiali e stato di conservazione e LC Struttura deficitaria Esito Negativo Esito Positivo ANALISI Struttura soddisfacente Progetto Interventi Sicurezza sismica degli edifici esistenti

52 Sicurezza sismica degli edifici esistenti Facoltà di Ingegneria Dipartimento MecMat METODI DI ANALISI Gli effetti dell azione sismica, da combinare con gli altri carichi permanenti e variabili, possono essere valutati con i seguenti metodi di analisi: Analisi Lineare Analisi statica o dinamica con spettro elastico; Analisi statica o dinamica con spettro di progetto. Analisi non Lineare Analisi statica non lineare Analisi dinamica non lineare La scelta dell uno o dell altro metodo dipende dalle caratteristiche della struttura e dalle informazioni disponibili su di essa.

53 6 ottobre 2011 Saie - Bologna La sicurezza strutturale degli edifici esistenti Dipartimento Patrimonio Architettonico ed Urbanistico Grazie dell attenzione