Progettazioni Strutturali:

• Nuove strutture
• Strutture esistenti (verifiche)
• Consolidamenti e rinforzi in elevazione
• Consolidamenti e rinforzi in fondazione
• Indagini sui terreni
• Monitoraggi strutturali
• Prove di carico e collaudi

si intendono tutte quelle opere di progettazione che riguardano le Strutture Portanti (calcestruzzo, acciaio, muratura, legno) che hanno la funzione di sostenere, sorreggere, contrastare, portare, ridistribuire le azioni che provengono dal contesto nel quale sono inserite; sono l’equivalente dello scheletro osseo nel corpo umano.

 

La Progettazione Strutturale riguarda:

 

Nuove Strutture - sono quelle per le quali la progettazione parte dal punto iniziale, per cui la struttura viene dimensionata e progettata i funzione del contesto in cui andrà ad inserirsi.

 

Strutture esistenti (Verifiche) – sono necessarie delle verifiche qualora:

 

1. si debbano operare delle variazioni di destinazione d’uso dell’immobile o parte dello stesso, per le quali variano i carichi di esercizio;
2. si debbano operare modifiche alla struttura portante come aperture di vani in murature portanti; tagli di solai; inserimento di nuovi balconi in aggetto; esigenze di produzione in locali industriali con l’inserimento di nuovi macchinari; ecc.
3. si debbano operare variazione delle destinazione d’uso in relazione al carico d’incendio dove, a parità di struttura, all’aumentare del carico d’incendio diminuisce il tempo resistenza della struttura;
4. si presentino dei movimenti strutturali con fenomeni fessurativi (formazione di lesioni) sulle strutture che possono essere generate da errata progettazione o variazioni del contesto in cui è inserita la stessa struttura;
5. si abbiano delle riduzioni delle sezioni resistenti (calcestruzzo, acciaio, muratura, legno) legate a fenomeni quali corrosione per gli elementi in ferro, carbonatazione per elementi in calcestruzzo, fuoco per elementi in legno; ecc.
6. assenza del progetto strutturale esecutivo e necessità di operare una verifica della struttura per mezzo di indagini sulla stessa aventi lo scopo di caratterizzarne le proprietà per mezzo di strumentazioni come sclerometro (resistenza a compressione); pacometro (indagine magnetometrica per la determinazione all’interno delle strutture in calcestruzzo delle armature). Di indagini non invasive come le soniche ed ultrasoniche (variazione delle velocità di propagazione delle onde all’interno della struttura muraria); indagini termografiche (variazione dell’energia termica emessa dalla struttura che ne caratterizza le proprietà); indagine tensionale degli elementi tesi in acciaio (esempio per le catene delle capriate). Di indagini invasive come le endoscopiche (inserimento di una sonda all’interno di un foro che permette di visionare l’interno della struttura); prove di carico con martinetti piatti (misurazione dello stato tensionale della murature, determinazione delle caratteristiche di deformabilità e resistenza).

 

Consolidamento e Rinforzi in elevazione – con elevazione intendiamo tutti gli elementi della struttura con esclusione delle fondazioni di cui si parlerà di seguito, e questo non perché si possano considerare separate o meno importati, in quanto è colei che permette di trasferire al terreno tutte le azioni che provengono dalla struttura i elevazione, ma proprio per la sua notevole importanza.

 

Sono interventi che consentono alla struttura di rientrare entro i parametri previsti dalla normativa, che non rispetta più a seguito di eventi naturali, esigenze tecniche o altro e per meglio indicato al punto precedente.

 

Gli interventi di consolidamento e rinforzo interessano gli elementi come travi, pilastri, muri portanti, solai siano questi realizzati in calcestruzzo, acciaio, legno o muratura.

 

Gli interventi consentono di aumentare le caratteristiche di resistenza dell’elemento, e quindi della struttura in genere, della quantità necessaria a soddisfare le nuove esigenze richieste.

 

Interventi:

 

1. travi,  pilastri (calcestruzzo):

 

• cerchiatura tramite fasce metalliche
• cerchiatura tramite rete elettrosaldata e getto in calcestruzzo;
• cerchiatura in fibre sintetiche (carbonio, vetro, aramide)

 

2. murature:

 

• scuci e cuci;
• rinforzo con reti metalliche/elettrosaldata e getto di calcestruzzo;
• inserimento di barre metalliche e sigillatura con malte;
• iniezioni a bassa pressione di malte/resine;
• inserimento di pilastrini e cordoli;
• inserimento di tiranti in acciaio;
• placcaggio con fibre sintetiche (carbonio, vetro, aramide)
• inserimento di barre sintetiche ( carbonio, aramide)

 

3. solai (legno, latero-cemento, ferro):

 

• rinforzo con reti metalliche/elettrosaldata e getto di calcestruzzo;
• inserimento di profili metallici;
• inserimento di piatti in ferro;
• inserimento di pilastrini e cordoli;
• placcaggio con fibre sintetiche (carbonio, vetro, aramide)

 

Consolidamento e Rinforzi delle  fondazione e terreni – questi interessano tutti gli elementi fondali delle strutture, siano esse superficiali o profonde.

 

Importanza fondamentale in ogni intervento di consolidamento, è l’indagine preliminare che deve essere svolta prima di effettuare l’intervento.

L’indagine preliminare deve interessare sia la struttura nel suo complesso ed in particolare la sua storia evolutiva, attraverso:

 

• analisi del progetto esecutivo se esistente;
• raffronto dell’eseguito col progetto;
• analisi dell’eventuale quadro fessurativo e sua evoluzione nel tempo;
• studio dell’evoluzione della struttura (ampliamenti, modifiche, variazioni di destinazione d’uso, demolizioni, interventi eseguiti nelle immediate circostanze, ecc.);
• studio del terreno su cui sono inseriti gli elementi di fondazione attraverso una attenta e mirata indagine geotecnica;
• studio dell’intervento di consolidamento;

 

Interventi di consolidamento:

 

• allargamenti fondali – realizzati in calcestruzzo armato, permettono di aumentare la superficie di appoggio e la conseguente diminuzione del carico unitario sul terreno;
• sotto fondazioni – realizzate in calcestruzzo o muratura, permettono di creare un appoggio alle fondazioni;
• micropali – utilizzati nel consolidamento dei terreni sia per sottofondazioni che per ancoraggi il cui diametro è inferiore ai 300 mm, che consentono di trasferire le azioni della struttura dal terreno superficiale a quello più profondo (Radice o Fondedile, Microtrevi, Tubfix, per Sottofondazioni;
• pali - sistemi che consentono di trasferire le azioni della struttura dal terreno superficiale a quello più profondo o per contrastare le spinte nelle opere di consolidamento dei versanti il cui diametro varia da 300 mm ad oltre 700, possono essere:
• Prefabbricati in legno, calcestruzzo, metallo. Vengono realizzati in cantiere  ed infissi nel terreno per battitura attraverso una macchina battipalo, la tipologia è funzione dell’esigenza richiesta e delle caratteristiche del terreno;
• Gettati in opera, sono realizzati in calcestruzzo e possono essere realizzati senza asportazione del terreno mediante l’utilizzo di un tubo forma metallico recuperabile (palo Simplex e derivato, pali Franki, pali Express, pali Vibro) o meno. Con asportazione del terreno, scavati con speciali benne o trivellati (palo Rodio, palo Sacop, palo Wolfsholz, palo Strass, palo Hochstrasser-Weise)
• jet grouting – consolidamento del terreno per mezzo di iniezioni di miscele cementizie ad altissima pressione, realizzate per mezzo dell’inserimento nel terreno di aste munite di valvole con ugelli attraverso i quali si iniettano le miscele ad altissima pressione che vanno a realizzare delle “colonne” avente caratteristiche similari al calcestruzzo. Il diametro varia a seconda del sistema utilizzato (monofluido con solo boiacca; bifluido con boiacca  ed aria; trifluido con boiacca, aria ed acqua) da 400 mm a 2 metri;
• iniezione di malte liquide a bassa ed alta pressione;
• iniezioni di resine espandenti – sistema attraverso il quale vengono aumentate le caratteristiche portanti del terreno di sottofondazione per mezzo dell’iniezione di resine fortemente espandenti al di sotto del piano fondale;
• tiranti – utilizzati per l’ancoraggio in genere e costituiti da elementi inseriti nel terreno che lavorano a trazione le cui azioni sono sostenute dai bulbi di ancoraggio. Sono utilizzati per i muri di contenimento/sostegno, ancoraggio di fondazioni poste su pendii non stabili, ancoraggio di strutture soggette a notevoli spinte, ancoraggio di fondazioni delle pile di ponti, ancoraggio di paratie e diaframmi; ancoraggio e consolidamento di elementi rocciosi, consolidamento di gallerie;
• diaframmi – sono delle strutture verticali costituiti da singoli elementi collegati tra di loro, che possono essere prefabbricati come le palancole (metalliche e calcestruzzo armato) o realizzati in sito (diaframmi di micropali e pali), utilizzati per:
• fondazioni di strutture di varia tipologia;
• protezione di scavi per le strutture interrate come parcheggi, silos, metropolitane, ecc.;

 

Tutti gli interventi di consolidamento fondali impongono il massimo della cautela ed uno studio approfondito della procedura di esecuzione per non compromettere ulteriormente la struttura.

 

•  Indagini sui terreni – fondamentale ramo della tecnica delle costruzioni che permette di determinare le caratteristiche dei terreni indispensabili per effettuare una corretta progettazione della struttura, queste si suddividono in prove di laboratorio e prove in sito:
• prove in laboratorio:
• valutazione dei limiti di consistenza;
• determinazione del contenuto d’acqua;
• determinazione del peso specifico;
• determinazione della curva granulometrica;
• prova edometrica per la valutazione dei cedimenti nel tempo di terreni coesivi;
• prova triassiale per la valutazione della esistenza a tagli dei terreni coesivi, sono di tre tipi: UU non consolidata non drenata; CU consolidata non drenata; CD consolidata drenata;
• prova di taglio diretto per la determinazione del taglio;
• prova di compressione a espansione laterale libera;

 

Prove sito:

 

 

• prove penetrometriche per la valutazione del tipo di terreno, la prova consiste nel infiggere nel terreno una punta e misurare l’energia necessaria per infiggerla, a seconda delle modalità utilizzate e del tipo di punta si ha la prova dinamica (l’affondamento della punta avviene attraverso la battitura) e statica (l’affondamento della punta avviene con velocità costate attraverso martinetto idraulico). Le prove penetrometriche consentono di determinare la resistenza al taglio, l’angolo di attrito interno, ecc.
• prove dilatometriche si misura la pressione necessaria per far dilatare una membrana di una misura prestabilita, da cui si ricavano i parametri caratteristi del terreno.
• prove scissometriche (Vane Test) per la valutazione della resistenza a taglio dei terreni coesivi;
• prove di permeabilità per la valutazione del coefficiente di permeabilità, che permette di classificare il terreno in base alla sua attitudine a farsi attraversare dall’acqua;
• prove piezometriche che servono per la valutazione della pressione dell’acqua nei pori del terreno, pressioni neutre. Abbiamo il piezometro tipo Casagrande ed il piezometro a tubo aperto.
• Monitoraggi strutturali – fondamentale ramo della tecnica delle costruzioni che fa parte di quegli atti necessari  da eseguirsi prima di qualsiasi intervento di consolidamento e recupero di strutture esistenti che presentano problemi di staticità.

Il monitoraggio consiste nel controllare e registrare tutti i movimenti nel tempo della struttura per mezzo di apposite strumentazioni (unità di acquisizione dati, fessurometro, in clinometro, deformometro, livellometro, ecc.) più o meno complesse in funzione della precisione richiesta e della complessità della struttura.

Un corretto monitoraggio deve essere preceduto da una attenta analisi della struttura sotto l’aspetto del rilievo del quadro fessurativo al fine di individuare i punti critici, in correlazione allo studio della struttura dal punto di vista statico e storico, fattori utili per capire i cinematismi in atto.

 

In un monitoraggio si misura:

 

• il movimento delle lesioni;
• inflessioni di travi, pilastri, solai, volte, ecc.;
• movimenti relativi tra parti della stessa struttura;
• cedimenti;
• movimenti relativi tra edifici circostanti.
• Prove di carico e Collaudi – i collaudi e le prove di carico sono quella fase terminale o intermedia in cui una struttura viene sottoposta ai carichi e sollecitazioni previsti in progetto al fine di verificarne la corretta esecuzione e rispondenza a quanto previsto, o ancora per stabilire i limiti di carico di strutture esistenti.

Il processo di collaudo consiste essenzialmente nel sollecitare la struttura gradualmente con carichi controllati e contemporaneamente misurarne le deformazioni, effettuano diversi cicli dai carico e scarico, verificando le deformazioni istantanee e residue.

 

I collaudi interessano tutti i tipi di strutture:

 

• in calcestruzzo armato normale;
• in calcestruzzo armato precompresso;
• in acciaio;
• in muratura;
• prefabbricate;
• legno;
• legno lamellare.

 

Nelle prove di carico e collaudi rientrano anche quelle che interessano i materiali e parti di strutture attraverso delle prove mirate ad individuarne e verificarne le caratteristiche costruttive e meccaniche e, per le strutture esistenti, la persistenza dell’idoneità statica:

 

Strutture in calcestruzzo:

• prove sclerometriche per la valutazione della durezza superficiale;
• prove ultrasoniche per la determinazione del modulo di elasticità dinamico, coeff. dinamico di Poisson, percentuale dei vuoti, resistenza caratteristica, ecc.
• frequenza di risonanza per la determinazione delle proprietà elastiche;
• tomografia sonica utilizzata per strutture di grandi dimensioni come le dighe;
• Pull-out, Pull-off, Sonda Windsor, Break-off, Microcarotaggi, prove invasive per la determinazione delle proprietà meccaniche;
• indagini magnetiche per la determinazione della posizione e diametro delle armature metalliche;
• indagini elettriche per la valutazione del grado di corrosione delle armature;
• Prove per la misura della carbonatazione dello strato superficiale;
• Prove per la misura della quantità dei cloruri;

 

Strutture in acciaio :

• verifiche superficiali con liquidi penetranti;
• verifiche superficiali e poco profonde con metodi magnetici;
• verifiche profonde con metodi ultrasonici e radiografici (raggi X);
• verifica delle saldature (cavità, cricche, precipitazioni di fasi nocive, inclusione di scorie, penetrazione, ecc.);
• verifica delle unioni bullonate;
• Strutture in murature :
• indagini termografiche che interessano spessori esigui per l’individuazione di discontinuità strutturali, presenza di cavità, tubazioni, variazioni localizzate dell’umidità ;
• indagine radar per spessori maggiori;
• indagini elettromagnetici per l’individuazione di elementi in metallo;
• prove con martinetti piatti per la determinazione delle tensioni in esercizio e caratteristiche deformative;
• Strutture in legno- legno lamellare:
• controlli dell’umidità con igrometro elettrico a conducibilità;
• controlli sull’omogeneità mediante la stimolazione della struttura con vibrazioni;
• prove di durezza, Janka, Brinell;
• estrazione di carote (trivella Pressler) per prove in laboratorio;
• prove in laboratorio a compressione, trazione, verifica della resistenza degli incollaggi, per determinare le caratteristiche meccaniche.
• Strutture di fondazione (pali):
• verifiche di abbassamento mediante piattaforma di carico in testa al palo o tramite martinetto idraulico con trave di contrasto vincolata ai  pali adiacenti;
• prove eco soniche per l’individuazione di variazioni di sezione, omogeneità, presenza di cavità;
• metodo Cross-hole per la determinazione dell’omogeneità e qualità del calcestruzzo;
• determinazione della curva carichi/cedimenti (metodo Simbat)
• valutazione della portata statica (metodo dinamico Case);
• verifica di pali e del terreno circostante di strutture già esistenti (metodo microsonico di trasparenza MST)
• Elementi di ancoraggio - tiranti:
• verifiche di carico tramite prove di carico coassiali per la verifica della resistenza della fondazione del tirante;
• prove di carico a distanza per la determinazione della resistenza del tirante e della roccia in cui è inserto il bubo di ancoraggio;
• verifica dei bulloni e dei chiodi di ancoraggio.