Protezione sismica delle strutture in calcestruzzo armato e murature: controlli e verifiche

Saranno analizzati alcuni sensori per il monitoraggio di strutture in c.a. e in muratura

Negli ultimi anni alle ormai consolidate procedure sperimentali per il controllo dei materiali e delle strutture, introdotte con la verifica di sicurezza contenuta nel cap. 8 delle NTC08 e successivamente confermate nelle NTC18, è stata aggiunta e sviluppata una tecnica di screening, in campo statico, basata sulla osservazione in continuo delle deformazioni. Tale attività consiste nell’impiego di sistemi di controllo, che fanno uso di un numero finito di sensori di misura applicati su opportune basi, che permettono una valutazione complessiva del comportamento dell’opera in termini di determina- zione dei regimi di tensione, partendo dalle deformazioni. Questi sistemi prevedono, l’impianto di rilevatori di deformazione sulle barre di armatura in precisi punti individuati come critici e permettono di seguire l’evoluzione dei processi di crescita delle sollecitazioni, per tutte le fasi realizzative, all’entrata in servizio e in esercizio.

Purtroppo a tutt’oggi, considerato che, è sempre in aumento il numero di strutture che manifestano uscite di servizio, per degrado dei materiali o per problemi di natura geologica geotecnica, è evidente la scarsa penetrazione e quindi il basso impiego nel contesto dell’ingegneria civile di queste architetture che, sicuramente rappresentano un formidabile strumento per garantire in sicurezza l’esercizio di edifici, ponti e opere di sostegno. Tra gli elementi di criticità che correntemente sono segnalati dagli operatori del settore, come causa della non diffusione di questi sistemi di monitoraggio, c’è a volte il costo elevato del singolo sensore, l’alta specializzazione richiesta ai tecnici che propongono e impiegano queste architetture, nonché, le difficoltà dovute alle fasi di installazione da svolgere contemporaneamente alle fasi costruttive. È in questo ambito che muove il presente lavoro con il quale si intende dare un contributo alla mitigazione di tali criticità, proponendo dei sensori con caratteristiche intrinseche utili alla installazione presso i centri di lavorazione degli acciai e azzerando quasi del tutto le fasi di lavoro da svolgere in cantiere.

Per meglio comprendere gli aspetti di criticità citati, nelle sezioni seguenti saranno preliminarmente analizzati due casi di monitoraggio condotti dagli scriventi, rispettivamente, su una struttura in muratura e su una struttura in c.a. illustrando sia le fasi sperimentali che di interpretazione del dato acquisito. In tale contesto saranno ripercorse le fasi attuative, in modo da restituire con dati di campo, gli aspetti salienti delle difficoltà insite nelle procedure di progettazione, di installazione e di gestione del sistema di monitoraggio, evidenziando anche la multidisciplinarietà delle competenze messe in campo. Saranno altresì illustrate le procedure impiegate per la interpretazione del dato sperimentale.
A seguire, saranno presentati dei sensori di nuova generazione, verificandone sperimentalmente l’affidabilità, con l’obiettivo si ribadisce, di mitigare almeno in parte le criticità sollevate sia, per le applicazioni sulle strutture di nuova realizzazione, che per quelle esistenti.

In particolare l’argomento centrale del lavoro è legato all’analisi di alcuni sensori innovativi e a basso costo che a seguito di una campagna sperimentale di validazione potrebbero essere impiegati per il monitoraggio di strutture in c.a. e in muratura. Tale assunto parte dalla considerazione che, per come già sottolineato, questi nuovi rilevatori potranno essere installati direttamente presso i centri di trasformazione degli acciai, o presso i centri di produzione delle barre in composito, prima della loro messa a dimora, producendo di fatto, una attenuazione delle difficoltà incontrate, oggi, all’impiego di questi sistemi di monitoraggio.

Il monitoraggio statico sugli edifici in muratura e in c.a.

Per come riportato precedentemente, il presente lavoro ripercorrerà prioritariamente le fasi di idea- zione, di progettazione, di messa in opera e di gestione dei sistemi di monitoraggio statici in due con- testi costruttivi diversi ossia, gli edifici in muratura e gli edifici in calcestruzzo armato. Questo approccio consentirà di evidenziare quali problematiche i tecnici sono chiamati ad affrontare e quindi, successivamente, a circoscrivere una serie di criticità che potranno essere assunte di riferimento come cause della mancata diffusione dei sistemi di monitoraggio residenti. Assunti pertanto questi elementi come riferimento, nelle sezioni successive verranno proposte delle strategie atte a mitigare gli effetti di queste problematiche.
Il primo caso studio che verrà analizzato è quello relativo ad un edificio in muratura ubicato nella città dell’Aquila.

Il monitoraggio su un edificio in muratura

L’edificio storico in muratura, denominato Palazzo Mannetti è ubicato nel centro storico della città dell’Aquila, ed è stato oggetto di interventi di ricostruzione ed adeguamento sismico a seguito del terremoto dell’Aprile 2009. Il palazzo presenta notevoli caratteristiche di interesse storico e risulta pertanto vincolato dalla Soprintendenza.

Su questo edificio è stata prevista l’installazione di un sistema misto statico e dinamico con accelerometri residenti, ma, per brevità si relazionerà solo sul sistema statico. Naturalmente le prime attività svolte sono state quelle relative alla scelta di una modellazione più vicina possibile al comportamento reale dell’immobile per poter successivamente, attraverso simulazioni di storie di carico, individuare le aree critiche su cui installare i rilevatori di deformazione e individuare opportuni parametri di soglia per gestire le fasi routinarie del controllo in esercizio.

A seguito di tale analisi è stato ideato e progettato un sistema di monitoraggio statico costituito da 22 sensori, distribuiti ai vari livelli in elevazione e collocati sulle barre utilizzate per la cucitura nelle zone di intensificazione degli sforzi.

Con il riferimento progettuale la fase successiva ha riguardato la messa in opera dei rilevatori installati sulle barre di cucitura. La preparazione dei rilevatori sulle barre secondo un protocollo consolidato di verifica di funzionalità è stata condotta in cantiere con personale specializzato.

A questo punto solidarizzati i sensori all’interno delle membrature resistenti è stato avviato un programma sperimentale secondo una cronologia di acquisizione legata alle fasi costruttive ed alla entrata in esercizio della struttura. Il sistema di controllo residente ha consentito di seguire l’evoluzione delle fasi di ripristino della struttura e successivamente di effettuare anche, controlli di verifica di integrità, a seguito dell’evento sismico che ha interessato l’area nel comprensorio di Amatrice.

Le attività svolte e riassunte per brevità in forma sintetica, contengono in più fasi, elementi di criticità. Infatti, il primo elemento di forte difficoltà è costituito dalla identificazione dei modellatori di analisi da assumere come riferimento.

Questa scelta inserita nel contesto della progettazione strutturale, provoca esclusivamente l’assunzione di una maggiore approssimazione all’analisi, compensata e neutralizzata di fatto dai coefficienti di sicurezza, mentre, nel contesto sperimentale, potrebbe invece generare falsi messaggi di allarme o di allerta per un non corretto allineamento dei dati sperimentali a quelli teorici predittivi. Inoltre è chiaro ed evidente che, tutte le fasi di campo siano obbligatoriamente da svolgere con personale specializzato.

Infine, vanno considerate le difficoltà proprie della fase di trattamento del dato sperimentale, infatti l’identificazione delle deformazioni provenienti dai dati acquisiti nei punti critici, deve necessariamente prevedere un filtraggio del dato sperimentale per renderlo avulso dalle perturbazioni esterne quali la temperatura o di quelle interne, ossia legate al materiale, quali il ritiro dello stesso.

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE