Per eseguire l’analisi di vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti in cemento armato, il primo passo da compiere è acquisire un adeguato livello di conoscenza della struttura. Nel post di oggi ti parlo delle prescrizioni della Normativa Tecnica sui Livelli di Conoscenza per le costruzioni esistenti in cemento armato e di come organizzare la campagna di indagini conoscitive e prove in sito al fine di raggiungere il livello di conoscenza desiderato.
In quest’articolo passeremo in rassegna tutte le prescrizioni normative da conoscere per realizzare correttamente il modello di riferimento per l’analisi di una struttura esistente. In particolare vedremo come eseguire l’analisi storico-critica, il rilievo, la caratterizzazione meccanica dei materiali e come definire il livello di conoscenza da raggiungere. Alla fine del post potrai scaricare gratuitamente un Focus Normativo PDF che raccoglie in un unico documento tutte le prescrizioni normative delle NTC2018 e della Circolare 2019 sull’argomento.
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Costruzioni esistenti: i 3 step necessari per arrivare al modello di calcolo
Quando si affronta l’analisi di una costruzione esistente, per poter definire il modello di riferimento la Normativa prescrive di eseguire uno studio preliminare sul fabbricato che deve essere composto da tre elementi:
- analisi storico-critica del fabbricato;
- rilievo;
- caratterizzazione meccanica dei materiali.
Vediamo nel dettaglio in cosa consistono questi tre step e quali informazioni è necessario reperire.
Costruzioni esistenti: l’analisi storico-critica
Ciascun fabbricato ha una sua storia, dalla data di costruzione al momento attuale possono essersi verificate modifiche e variazioni dell’organismo strutturale originario. L’analisi storico-critica serve a ricostruire la storia di una costruzione a partire dall’epoca di realizzazione, risalendo alle modifiche che si sono succedute sul fabbricato.
Il primo passo consiste nel reperire tutti i documenti disponibili sulle origini del fabbricato quali elaborati e relazioni progettuali della prima realizzazione della costruzione e di eventuali successivi interventi ed eventuali relazioni di collaudo. L’attenzione va posta in particolare sui seguenti punti prescritti dalla Circolare 2019:
- l’epoca di costruzione;
- le tecniche, le regole costruttive e, se esistenti, le norme tecniche dell’epoca di costruzione;
- la forma originaria e le successive modifiche;
- i traumi subiti e le alterazioni delle condizioni al contorno;
- le deformazioni, i dissesti e i quadri fessurativi, con indicazioni, ove possibile, della loro evoluzione nel tempo;
- gli interventi di consolidamento pregressi;
- gli aspetti urbanistici e storici che hanno regolato lo sviluppo dell’aggregato edilizio di cui l’edificio è parte.
par. C.8.5.1 – Circolare 2019
Costruzioni esistenti: il rilievo e le indagini
Il secondo elemento necessario per la definizione del modello di una costruzione esistente è il rilievo geometrico-strutturale. Nel caso in cui siano disponibili gli elaborati grafici di progetto, dovrà essere eseguito un rilievo visivo a campione per accertare la conformità della costruzione ai disegni di progetto.
In mancanza dei disegni di progetto, dovrà essere eseguito il rilievo geometrico degli elementi in modo da permettere:
- l’identificazione dell’organizzazione strutturale;
- l’individuazione della posizione e delle dimensioni di travi, pilastri, scale e setti;
- l’identificazione dei solai e della loro tipologia, orditura, sezione verticale;
- l’individuazione di tipologia e dimensioni degli elementi non strutturali quali tamponamenti, tramezzature, etc.
Il rilievo deve individuare la struttura portante della costruzione, mettendo in evidenza la posizione di eventuali dissesti e riportando i quadri fessurativi eventualmente presenti.
Particolare importanza rivestono i dettagli costruttivi di una costruzione relativi alla quantità di armatura presente (diametro e numero di barre) e alla loro disposizione (passo delle staffe, presenza di ferri piegati etc.) nei pilastri, nelle travi, nei setti e nei solai. Tali informazioni possono essere desunte dal progetto originale del fabbricato oppure da un progetto simulato eseguito in conformità con le normative dell’epoca. La Circolare 2019 riporta il seguente elenco di dettagli costruttivi da indagare:
- quantità di armatura longitudinale in travi, pilastri, pareti e sua disposizione;
- quantità di barre di armatura piegate che contribuiscono alla resistenza a taglio, presenti nelle travi;
- quantità e dettagli di armatura trasversale nelle zone critiche e nei nodi trave-pilastro;
- quantità di armatura longitudinale che contribuisce al momento negativo di travi a T, presente nei solai;
- lunghezze di appoggio e condizioni di vincolo degli elementi orizzontali;
- spessore dei copriferri;
- lunghezza delle zone di sovrapposizione delle barre e dei loro ancoraggi.
par. C.8.5.2 – Circolare 2019
I tre livelli di indagine
Una volta noti i dettagli costruttivi, bisogna poi verificarne la rispondenza con la realtà mediante l’esecuzione di indagini in situ. La Normativa Tecnica individua tre livelli di indagine, con grado di approfondimento crescente:
- Indagini limitate: consentono di valutare mediante saggi a campione la corrispondenza tra i dettagli costruttivi riportati negli elaborati progettuali originali o ottenute attraverso il progetto simulato e quelli effettivamente presenti.
- Indagini estese: si effettuano quando non sono disponibili gli elaborati progettuali originali o come alternativa al progetto simulato seguito da indagini limitate, oppure quando gli elaborati progettuali originali risultano incompleti.
- Indagini esaustive: si effettuano quando si desidera un livello di conoscenza accurata (LC3) e non sono disponibili gli elaborati progettuali originali.
Costruzioni esistenti: caratterizzazione meccanica dei materiali
Per l’identificazione delle caratteristiche meccaniche dei materiali, i dati raccolti devono includere i seguenti parametri:
- resistenza e, ove significativo, il modulo elastico E del calcestruzzo;
- tensione di snervamento, resistenza a rottura e allungamento dell’acciaio.
Anche per le prove la Normativa definisce tre livelli di approfondimento crescente:
- Prove limitate: prevedono un numero limitato di prove in-situ o su campioni, impiegate per completare le informazioni sulle proprietà dei materiali, siano esse ottenute dalle normative in vigore all’epoca della costruzione o dalle caratteristiche nominali riportate sui disegni costruttivi o nei certificati originali di prova.
- Prove estese: prevedono prove in-situ o su campioni più numerose di quelle del caso precedente e finalizzate a fornire informazioni in assenza sia dei disegni costruttivi, sia dei certificati originali di prova o quando i valori ottenuti con le prove limitate risultino inferiori a quelli riportati nei disegni o sui certificati originali.
- Prove esaustive: prevedono prove in-situ o su campioni più numerose di quelle del caso precedente e finalizzate a ottenere informazioni in mancanza sia dei disegni costruttivi, sia dei certificati originali di prova, o quando i valori ottenuti dalle prove, limitate o estese, risultino inferiori a quelli riportati sui disegni o nei certificati originali, oppure nei casi in cui si desideri una conoscenza particolarmente accurata.
Metodi distruttivi
Per ottenere la resistenza a compressione del calcestruzzo si procede all’estrazione mediante carotaggio di provini da sottoporre alla prova di compressione. Un utile documento di riferimento sono le Linee Guida per la valutazione delle caratteristiche del calcestruzzo in opera emanate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.
Per l’acciaio di armatura la misura delle caratteristiche meccaniche si ottiene mediante l’estrazione di campioni di barre di armatura ed esecuzione di prove a trazione fino a rottura con determinazione della tensione di snervamento, della resistenza a rottura e dell’allungamento, salvo nel caso in cui siano disponibili certificati di prova conformi a quanto richiesto per le nuove costruzioni nella normativa dell’epoca di costruzione.
Metodi non distruttivi
La Normativa consente di utilizzare metodi di indagine non distruttiva di documentata affidabilità ad integrazione dei metodi sopra descritti, purché i risultati siano tarati su quelli ottenuti con prove distruttive. Per il calcestruzzo le prove non distruttive più comuni per ottenere la resistenza meccanica a compressione sono:
- prova sclerometrica: misura la durezza superficiale del calcestruzzo grazie al rimbalzo di una massa battente;
- prova ad ultrasuoni: misura il modulo elastico del calcestruzzo sulla base della velocità di propagazione delle onde ultrasoniche nel calcestruzzo;
- prova Windsor: misura della resistenza alla penetrazione di sonde di acciaio che vengono sparate dentro il calcestruzzo; viene definita come prova semidistruttiva, ma l’entità del danno è molto limitata.
La Normativa Tecnica consente di sostituire una parte delle prove distruttive (carotaggi ed estrazione di provini di armatura), in misura non maggiore del 50%, con almeno il triplo di prove non distruttive.
Analisi preliminare e progetto delle indagini e delle prove
Per determinare il numero e la localizzazione delle indagini in-situ e delle prove sui materiali la Normativa prescrive di eseguire, a seguito del rilievo geometrico, un’analisi preliminare della sicurezza statica e della vulnerabilità sismica dell’edificio basata sui risultati di una campagna preliminare di indagini in-situ volta alla conoscenza dei dettagli costruttivi ritenuti più significativi. Dai risultati dell’analisi preliminare in termini di impegno statico si può valutare la necessità di approfondimenti in termini di numero, tipologia e localizzazione delle indagini in-situ e delle prove.
Costruzioni esistenti in cemento armato: livelli di conoscenza e fattori di confidenza
Nel capitolo 8 delle NTC2018 sono definiti tre livelli di conoscenza per le costruzioni esistenti:
- LC1: richiede l’esecuzione di indagini limitate e prove limitate. Il corrispondente fattore di confidenza è FC=1,35
- LC2: richiede l’esecuzione di indagini estese e prove estese. Il corrispondente fattore di confidenza è FC=1,2
- LC3: richiede l’esecuzione di indagini esaustive e prove esaustive. Il corrispondente fattore di confidenza è FC=1.
Per tutti i Livelli di Conoscenza dovranno essere eseguiti l’analisi storico-critica e il rilievo geometrico completo.
Nel precedente testo Normativo del 2008 (NTC2008) i tre livelli di conoscenza venivano definiti come conoscenza Limitata (LC1) , Adeguata (LC2) e Accurata (LC3). Tale definizione è stata eliminata dalle NTC2018, rimane pertanto solo la nomenclatura LC1, LC2 e LC3.
L’effetto principale del livello di conoscenza sulla verifica di un fabbricato esistente si manifesta mediante la riduzione della resistenza dei materiali attraverso l’uso del Fattore di Confidenza FC. Più è alto il livello di conoscenza, minore sarà la riduzione di resistenza. Il Fattore di Confidenza FC riduce la resistenza dei materiali secondo la seguente formula:
Rd = R / FC per elementi/meccanismi duttili;
Rd = R / (FC ⋅ γm) per elementi/meccanismi fragili
- R = parametro di resistenza del materiale;
- Rd = resistenza di progetto;
- γm = coefficiente parziale;
- FC = fattore di confidenza.
par. 8.7.2 – Circolare 2019
Livelli di conoscenza: le informazioni necessarie e i metodi di analisi
Il livello di Conoscenza dipende dalle informazioni sulla struttura in nostro possesso e da quelle che andremo a reperire grazie alla campagna di indagini e prove in situ. La Circolare 2019 riporta una tabella riepilogativa delle indagini e prove da eseguire per raggiungere ciascun livello di conoscenza. Per ogni livello di conoscenza viene specificato il fattore di confidenza da adottare e i metodi di analisi ammessi. Ti riporto di seguito la tabella della Circolare.
Livelli di conoscenza: quante indagini e prove eseguire?
La Circolare 2019 utilizza due tabelle per legare il livello (limitato, esteso, esaustivo) delle indagini alla quantità di rilievi dei dettagli costruttivi e di prove per la valutazione delle caratteristiche meccaniche dei materiali. Ti riporto di seguito la tabella della Circolare 2019 che riporta la definizione orientativa dei livelli di rilievo e prova per le strutture in calcestruzzo armato. Ti faccio notare che per entrambe le colonne della tabella vale la precisazione: “Per ogni elemento primario (trave, pilastro)“. Per questo motivo le indicazioni riportate in tabella sono da intendersi riferite separatamente alle travi e ai pilastri.
Un esempio pratico: indagini e prove per livello LC2
A scopo di esempio ti elenco il numero di indagini e prove da eseguire per raggiungere il livello di conoscenza LC2 per una costruzione esistente in calcestruzzo armato:
- indagini estese: la quantità e disposizione dell’armatura sarà verificata per il 35% delle travi e il 35% dei pilastri;
- prove estese: per ciascun piano dell’edificio va estratto un campione di armatura da due pilastri e da due travi a scelta. In totale avremo quattro campioni di armatura per piano. Ogni 300 mq di piano va estratto un provino di cls da due travi e da due pilastri a scelta. Totale: 4 provini di cls ogni 300 mq di piano.
L’indagine non distruttiva più utilizzata per verificare la posizione e il numero delle barre di armatura presenti è la prova pacometrica. In alternativa è possibile rimuovere il copriferro tramite spicconatura, per esempio in corrispondenza delle zone di prelievo dei campioni di armatura da sottoporre alla prova di trazione.
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Conclusioni
Il livello di conoscenza dipende dalle informazioni sulla costruzione esistente a nostra disposizione e dal numero di indagini e prove in sito pianificate dal progettista. Maggiore sarà il numero di indagini e prove in sito, maggiori sarà il livello di conoscenza raggiungibile.
L’esecuzione dell’analisi preliminare della struttura permetterà al progettista di pianificare il giusto numero di indagini e prove da eseguire in funzione dell’obiettivo dell’analisi. Una volta noto il modello della struttura esistente potrai valutare i tre differenti scenari corrispondenti ai tre Livelli di Conoscenza. Se per esempio è sufficiente un livello di conoscenza LC2 per ottenere l’adeguamento o il miglioramento voluto della struttura, sarà inutile prevedere una campagna di indagine per raggiungere un livello LC3, evitando in tal modo di eseguire indagini e prove superflue con un conseguente risparmio economico.
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Al prossimo articolo.
Marco
Aggiornato il 21/10/2019. Pubblicato il 27/6/2016.
