Strutture esistenti in acciaio: quali prove eseguire per i diversi livelli di conoscenza

Per eseguire l’analisi di vulnerabilità di una struttura esistente in acciaio, la prima fase è la pianificazione della campagna di indagini per raggiungere un adeguato Livello di Conoscenza della struttura. Nell’articolo di oggi ti parlo dei livelli di conoscenza previsti dalle NTC2018 per le strutture esistenti in acciaio e delle prove e indagini in sito da eseguire per ciascun livello di conoscenza. Alla fine del post potrai scaricare un prontuario PDF contenente tutte le prescrizioni normative relative alle indagini da eseguire. Se ti capita di analizzare strutture esistenti in acciaio, non perderti assolutamente il post di oggi.

I livelli di conoscenza e i fattori di confidenza

Come per le strutture esistenti in muratura e in calcestruzzo armato, anche per le strutture esistenti in acciaio la Normativa Tecnica definisce tre livelli di conoscenza:

  • LC1;
  • LC2;
  • LC3.

Al crescere del livello di conoscenza (da LC1 a LC3), aumenteranno le informazioni disponibili sulla struttura, relativamente alle proprietà dei materiali e ai dettagli costruttivi. A ciascun Livello di Conoscenza è associato un Fattore di Confidenza FC che sarà utilizzato per ridurre la resistenza dell’acciaio. Al crescere del livello di conoscenza, diminuirà la riduzione dei parametri meccanici applicando i corrispondenti Fattori di Confidenza riportati di seguito:

  • LC1 ⇒ FC = 1.35 
  • LC2 ⇒ FC = 1.20
  • LC3 ⇒ FC = 1.00

Rd = R / FC

  • Rd = resistenza di progetto da utilizzare nelle verifiche;
  • R = resistenza ottenuta da prove in sito o dalle specifiche originali di progetto;
  • FC = Fattore di confidenza.

Resistenza del materiale ridotta per il Fattore di Confidenza FC

L’Analisi preliminare della struttura

Una delle novità delle NTC2018 riguardante le strutture esistenti è l’introduzione dell’analisi preliminare della sicurezza statica e della vulnerabilità sismica a seguito del rilievo geometrico della struttura. Tale analisi è propedeutica alla corretta pianificazione del numero e della localizzazione delle indagini in sito e delle prove da eseguire. Dai risultati ottenuti dall’analisi preliminare potremo valutare il livello di impegno statico dei singoli elementi strutturali e decidere per quale tipologia di elemento incrementare il numero di indagini necessarie e dove localizzarle.

A monte dell’analisi preliminare dovrà essere eseguito il rilievo geometrico della struttura, con lo scopo di indagare le seguenti caratteristiche:

  • individuazione della posizione di travi, pilastri, scale e setti e loro dimensioni;
  • identificazione dell’organizzazione strutturale;
  • identificazione dei solai e loro tipologia, orditura e sezione;
  • identificazione della tipologia e dimensione degli elementi non strutturali quali tamponature e tramezzi;
  • forma dei profili utilizzati e loro dimensioni geometriche;
  • tipologia e morfologia delle unioni.

Se sono disponibili i grafici originali di progetto della struttura non occorrerà eseguire il rilievo geometrico dell’intera struttura, ma sarà sufficiente verificare visivamente a campione la corrispondenza del contenuto dei grafici con il manufatto realizzato.

Il progetto simulato

Nel caso in cui non siano disponibili i grafici originali di progetto, le informazioni relative ai dettagli costruttivi, di fondamentale importanza per analizzare il comportamento della struttura sotto sisma, andranno valutate eseguendo un progetto simulato, ai sensi della normativa tecnica in vigore all’epoca di costruzione del fabbricato e tenendo conto delle pratiche costruttive dell’epoca. La corrispondenza fra i dettagli costruttivi ottenuti dal progetto simulato con la struttura realizzata andranno verificati a campione tramite le indagini in sito.

Le indagini in sito e le prove sui materiali

La Normativa Tecnica fa una distinzione fra indagini e prove. Le indagini sono finalizzate ad ispezionare la tipologia di giunti (saldati o bullonati) fra le  membrature, i particolari degli appoggi dei solai, le modalità di collegamento degli elementi strutturali alle fondazioni. Le prove hanno lo scopo di identificare le proprietà meccaniche dei materiali. Nel caso delle strutture in acciaio le prove forniranno informazioni sulla resistenza a snervamento, la resistenza a rottura e l’allungamento a rottura dell’acciaio. 

Sia le prove che le indagini sono classificate secondo tre livelli crescenti di approfondimento:

  • limitate;
  • estese;
  • esaustive.

Veniamo dunque al punto chiave di questo post. Quali indagini e prove bisogna eseguire praticamente su una struttura in acciaio? In quale numero bisogna eseguirle e su quali elementi strutturali? Troverai tutte le informazioni nel seguito del post. Continua a leggere.


Livello di conoscenza LC1

Il livello di conoscenza più basso che si può raggiungere per una struttura esistente. Per questo livello di conoscenza si richiede un numero minimo di prove ed indagini riportato di seguito.

Indagini limitate in situ

Le caratteristiche dei collegamenti sono verificate per almeno il 15% degli elementi strutturali relativamente ad ogni tipologia di elemento strutturale primario, ovvero travi e pilastri.

Esempio: se la struttura è composta da 27 pilastri e 36 travi, le caratteristiche dei collegamenti saranno indagate per 4 pilastri (il 15% di 27 pilastri) e per 5 travi (il 15% di 36 travi).

Se i collegamenti analizzati fanno parte di una serie con evidenti segni di ripetibilità nello schema strutturale bisogna tenerne conto ai fini del raggiungimento della percentuale minima di elementi indagati. In tal caso potremmo ritenere raggiunto il limite minimo del 15%, pur avendo indagato una percentuale minore di collegamenti, purché presentino caratteristiche di evidente ripetibilità all’interno dell’organismo strutturale

Prove limitate in situ

Le prove sui materiali saranno eseguite per 1 provino di acciaio per piano dell’edificio e per 1 campione di bullone o chiodo per piano dell’edificio, per ogni elemento strutturale primario (trave e pilastro).

Esempio: per una struttura di 3 piani sarà prelevato un provino da tre pilastri (un pilastro per piano) e un provino da tre travi (una trave per piano) per un totale di 6 provini da sottoporre a prova sperimentale. Lo stesso vale per i bulloni o chiodi, per un totale di 6 campioni di bulloni o chiodi (1 per piano estratto dalle travi; 1 per piano estratto dai pilastri).

Le prove sull’acciaio sono finalizzate ad individuare la classe di acciaio utilizzata con riferimento alla Normativa vigente all’epoca di costruzione del fabbricato.

Una parte di prove distruttive (non più del 50%) può essere sostituita con almeno il triplo di prove non distruttive, tarate su quelle distruttive. 

Esempio: per una struttura di 4 piani, invece di prelevare 8 provini, possiamo prelevarne 4 ed eseguire almeno 12 prove non distruttive in sostituzione delle 4 prove distruttive non eseguite. 


Livello di conoscenza LC2

Il livello di Conoscenza LC2 richiede un numero maggiore di indagini e prove rispetto al livello LC1, come riportato di seguito.

Indagini estese in situ

Le caratteristiche dei collegamenti sono verificate per almeno il 35% degli elementi relativamente ad ogni tipologia di elemento strutturale primario, ovvero travi e pilastri.

Esempio: se la struttura è composta da 27 pilastri e 36 travi, le caratteristiche dei collegamenti saranno indagate per 9 pilastri (il 35% di 27 pilastri) e per 13 travi (il 35% di 36 travi). 

Prove estese in situ

2 provini di acciaio per piano dell’edificio, 2 campioni di bullone o chiodo per piano dell’edificio per ogni elemento strutturale primario (trave e pilastro)

Esempio: per una struttura di 3 piani sarà prelevato un provino da sei pilastri (due pilastri per piano) e un provino da sei travi (due travi per piano) per un totale di 12 provini da sottoporre a prova sperimentale. Lo stesso vale per i bulloni o chiodi, per un totale di 12 campioni di bulloni o chiodi (2 per piano estratti dalle travi; 2 per piano estratti dai pilastri).

Disponibilità di elaborati progettuali incompleti ⇒ Indagini limitate in situ

Nel caso siano disponibili gli elaborati progettuali originali, anche se incompleti, per raggiungere il Livello di Conoscenza LC2 si potranno eseguire indagini limitate in situ, ovvero le stesse previste per il Livello di Conoscenza LC1.

Disponibilità dei certificati originali di prova o specifiche originali di progetto ⇒ Prove limitate in situ

Nel caso siano disponibili i certificati originali di prova o le specifiche di resistenza dei materiali riportate negli elaborati di progetto, per raggiungere il Livello di Conoscenza LC2 si potranno eseguire prove limitate in situ, ovvero le stesse previste per il Livello di Conoscenza LC1.


Livello di conoscenza LC3

Si tratta del massimo Livello di Conoscenza che possiamo raggiungere. Il fattore di confidenza corrispondente è pari a FC = 1.00, ovvero le resistenze dei materiali non subiscono riduzioni. Verranno pertanto utilizzate le resistenze ottenute dalle prove in sito o riportate nelle specifiche del progetto originale della struttura.

Indagini esaustive

Le caratteristiche dei collegamenti sono verificate per almeno il 50% degli elementi relativamente ad ogni tipologia di elemento strutturale primario, ovvero travi e pilastri.

Esempio: se la struttura è composta da 27 pilastri e 36 travi, le caratteristiche dei collegamenti saranno indagate per 14 pilastri (il 50% di 27 pilastri) e per 18 travi (il 50% di 36 travi).

Prove esaustive in situ

3 provini di acciaio per piano dell’edificio, 3 campioni di bullone o chiodo per piano dell’edificio per ogni elemento strutturale primario (trave e pilastro).

Esempio: per una struttura di 3 piani sarà prelevato un provino da nove pilastri (tre pilastri per piano) e un provino da nove travi (tre travi per piano) per un totale di 18 provini da sottoporre a prova sperimentale. Lo stesso vale per i bulloni o chiodi, per un totale di 18 campioni di bulloni o chiodi (3 per piano estratti dalle travi; 3 per piano estratti dai pilastri).

Disponibilità di elaborati progettuali completi ⇒ Indagini limitate in situ

Nel caso siano disponibili gli elaborati progettuali originali, anche se incompleti, per raggiungere il Livello di Conoscenza LC3 si potranno eseguire indagini limitate in situ, ovvero le stesse previste per il Livello di Conoscenza LC1.

Disponibilità dei certificati originali di prova o specifiche originali di progetto ⇒ Prove estese in situ

Nel caso siano disponibili i certificati originali di prova o le specifiche di resistenza dei materiali riportate negli elaborati di progetto, per raggiungere il Livello di Conoscenza LC3 si potranno eseguire prove estese in situ, ovvero le stesse previste per il Livello di Conoscenza LC2.

Come ottimizzare la campagna di indagini e ridurne i costi

Per tutti i Livelli di Conoscenza valgono le precisazioni riportate nella descrizione del Livello di Conoscenza LC1, ovvero riguardanti la ripetibilità dei dettagli costruttivi dei collegamenti e l’utilizzo di prove non distruttive in combinazione con le prove distruttive. Queste prescrizioni possono tornare molto utili per ridurre il numero di elementi indagati e contenere il costo della campagna di indagini, nel caso ce ne fosse bisogno. Per comodità ti riporto le prescrizione citate.

Ripetibilità dei collegamenti

Se i collegamenti analizzati mediante le indagini fanno parte di una serie con evidenti segni di ripetibilità nello schema strutturale bisogna tenerne conto ai fini del raggiungimento della percentuale minima di elementi indagati. In tal caso potremmo ritenere raggiunto il limite percentuale minimo di elementi indagati, pur avendo indagato una percentuale di collegamenti inferiore al limite minimo, purché presentino caratteristiche di evidente ripetibilità all’interno dell’organismo strutturale.

Utilizzo di prove non distruttive

Una parte di prove distruttive (non più del 50%) può essere sostituita con almeno il triplo di prove non distruttive, tarate su quelle distruttive. 

Scarica la risorsa: il prontuario PDF per le strutture esistenti in acciaio

Compila i campi qui sotto per scaricare il prontuario in pdf che raccoglie tutte le prescrizioni normative sulle strutture esistenti in acciaio. Lo riceverai all’istante nella tua casella email.

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Conclusioni

L’articolo di oggi finisce qui. Come saprai, la Normativa Tecnica a volte è un po’ dispersiva e le informazioni riguardanti una stessa tematica sono spesso contenute in paragrafi e capitoli diversi. In quest post ho cercato di riassumere e sintetizzare al massimo tutte le informazioni relative alla campagna di indagine per le strutture esistenti in acciaio, in modo che tu possa trovarle facilmente quando ne avrai bisogno e risparmiare tempo nella pianificazione delle indagini e delle prove da eseguire a seconda del Livello di Conoscenza che intendi raggiungere. Se pensi che questo post ti sarà utile quando avrai bisogno di analizzare strutture esistenti in acciaio fammelo saper lasciando un commento all’articolo, sono curioso di saperlo :-).

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Al prossimo post.

Marco.