Ingegneria Strutturale: diagnosi e valutazione sicurezza edifici


IDES - Ingegneria strutturale
Diagnosi strutturale, valutazione di sicurezza degli edifici e progettazione di interventi strutturali



INGEGNERIA STRUTTURALE - DIAGNOSI DI EDIFICI CON VALUTAZIONE DI SICUREZZA STRUTTURALE



DIAGNOSI "VSS-CS" VALUTAZIONE DI SICUREZZA STRUTTURALE IN PRESENZA DI CRITICITÀ STRUTTURALI
Ai sensi delle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 14.01.2008, la Valutazione della Sicurezza Strutturale (VSS) è obbligatoria per tutti gli edifici in cui vi è la presenza di Criticità Strutturali: cedimenti del terreno di fondazione; fessure e lesioni negli elementi portanti; errori di progettazione e/o di esecuzione; significative deformazioni e/o riduzione della capacità resistente a causa di azioni ambientali (sisma, vento, neve, temperatura) o azioni accidentali (urti, incendi, esplosioni); degrado e decadimento delle caratteristiche meccaniche dei materiali; situazioni di funzionamento anomalo. E' questo il caso in cui i Vigili del Fuoco rilasciano un verbale di accertamento con richiesta di verifiche e/o di approfondimento.

DIAGNOSI "VSS-DU" VALUTAZIONE DI SICUREZZA STRUTTURALE PER IL CAMBIO DI DESTINAZIONE D'USO DELLA COSTRUZIONE
Ai sensi delle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 14.01.2008, la Valutazione della Sicurezza Strutturale (VSS) è obbligatoria per tutti i casi di cambio della Destinazione d'Uso della costruzione o di parti di essa, con variazione significativa dei carichi variabili e/o della classe d'uso. Tipico è il caso in cui si voglia adibire a biblioteca e/o magazzino e/o sala convegni degli ambienti già destinati a ufficio e/o sottotetto e/o aula scolastica.

DIAGNOSI "VSS-IS" VALUTAZIONE DI SICUREZZA STRUTTURALE PER L'ESECUZIONE DI INTERVENTI STRUTTURALI
Ai sensi delle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 14.01.2008, la Valutazione della Sicurezza Strutturale (VSS) è obbligatoria per tutti gli edifici in cui si prevede l'esecuzione di Interventi Strutturali, siano essi globali (di adeguamento e/o miglioramento sismico o statico) o locali (di riparazione o di variante).

DIAGNOSI "VSS-LL" VALUTAZIONE DI SICUREZZA STRUTTURALE NEI LUOGHI DI LAVORO
Ai sensi del D.Lgs. 81/2008 e della L. 122/2012, la Valutazione della Sicurezza Strutturale (VSS) è obbligatoria per tutti i Luoghi di Lavoro.

DIAGNOSI "CIS" CERTIFICATO DI IDONEITÀ STATICA
Ai sensi del Regolamento Edilizio del Comune di Milano, il Certificato di Idoneità Statica (CIS) è obbligatorio per tutti gli edifici con più di 50 anni. Il CIS ha valore per 15 anni. In difetto, viene meno l'agibilità dell'edificio e i Notai non possono rogitare atti di compravendita.
CIS-1 - VERIFICHE DI 1° LIVELLO
Il 1° Livello della procedura consiste in un'indagine qualitativa sullo stato di fatto dell’immobile, finalizzata ad evidenziarne eventuali criticità.
CIS-2 - VERIFICHE DI 2° LIVELLO
Al 2° Livello della procedura, a cui si accede solo in caso di esito negativo delle verifiche di primo livello, consiste nella Valutazione della Sicurezza Strutturale in presenza di Criticità Strutturali (VSS-CS): diagnosi strumentale e analitica dell'immobile.
Verifica e valutazione della sicurezza strutturale in presenza di criticità strutturali
Valutazione della sicurezza strutturale per cambio di destinazione d'uso della costruzione
verifica e valutazione della sicurezza strutturale per l'esecuzione di interventi strutturali di miglioramento adeguamento riparazione locale
verifica e valutazione della sicurezza strutturale nei luoghi di lavoro
Certificato di idoneità statica di primo e di secondo livello - comune di Milano

IDES effettua autonomamente le 2 FASI secondo cui si articola la diagnosi strutturale, dalla diagnostica strutturale (fase 1, a cura della divisione Diagnostica) all'analisi e verifica per la valutazione di sicurezza strutturale (fase 2, a cura della divisione Ingegneria).

FASE 1 - DIAGNOSTICA STRUTTURALE


L'analisi storico-critica di un edificio esistente ha inizio con la raccolta e l'analisi di tutti i documenti progettuali, costruttivi, di collaudo e di manutenzione reperibili, atti a fornire notizie sulla struttura esistente.
A completamento ed integrazione della documentazione disponibile, comunque datata in quanto si riferisce all'epoca di costruzione, la diagnosi strutturale prevede l'esecuzione di una campagna diagnostica strumentale: rilievi, monitoraggi, prove e indagini per accertare l'effettivo e attuale stato di salute dell'edificio ed il suo comportamento.
Nello specifico, gli aspetti da definire nella diagnosi conoscitiva sono:
geometria e dettagli strutturali, ossia le caratteristiche geometriche e materiche degli elementi strutturali, compresa la qualità e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costitutivi.
proprietà dei materiali, ossia le caratteristiche meccaniche e degrado di tutti i materiali che assolvono funzioni strutturali (muratura, legno, calcestruzzo, acciaio d’armatura ecc.).
analisi dei solai, ossia le deformazioni delle strutture portanti per effetto dei carichi statici (verticali).
analisi delle fondazioni, ossia le caratteristiche geotecniche del terreno di sedime e la geometria delle strutture di fondazione.

1. GEOMETRIA E DETTAGLI STRUTTURALI
Poiché rilievo materico-costruttivo richiede l’acquisizione di informazioni spesso nascoste (sotto intonaco, dietro a controsoffitti, ecc.), si prevede l’esecuzione di un’indagine preliminare che costituisca la base di riferimento del campionamento della successiva indagine, più mirata e approfondita sul piano dei risultati.
L’indagine preliminare viene eseguita con tecniche non distruttive (termografia, georadar, ecc.) o ispezioni dirette debolmente distruttive (scrostamento di intonaci, saggi, piccoli scassi, ecc.). In particolare, per individuare l’organismo resistente, ossia lo scheletro strutturale e l’orditura dei solai, generalmente nascosto dall’intonaco, viene effettuato un rilievo con laser scanner e uno screening termografico all’infrarosso.
Per ottenere informazioni circa lo stato visibile di conservazione dei materiali e la stratigrafia di murature o solai vengono eseguite ispezioni endoscopiche con strumentazione a fibre ottiche.
I dettagli costruttivi per gli elementi in cemento armato, ossia la quantità e disposizione delle armature, vengono definiti mediante prove di tipo diretto, effettuando saggi: rimozione del copriferro e messa a nudo delle barre d'armatura. Nelle situazioni in cui non è possibile effettuare saggi, si ricorre a prove di tipo indiretto, ossia all’analisi magnetometrica con pachometro volta alla determinazione delle armature.
I dettagli costruttivi per gli elementi in muratura vengono esaminati, a seguito di rimozione dell’intonaco, mediante analisi della tessitura muraria e verifica degli ammorsamenti.

2. PROPRIETÀ DEI MATERIALI
Per determinare le proprietà meccaniche del calcestruzzo si prevede l’estrazione di campioni mediante carotaggio e la successiva prova a compressione in laboratorio. Prima della prova a rottura, sul campione di calcestruzzo si valuta il degrado mediante analisi della profondità di carbonatazione.
Per la diagnosi delle barre di armatura delle strutture in cemento armato si prevede il prelievo di uno spezzone di lunghezza 40 cm e la successiva prova a trazione in laboratorio. Prima del prelievo si valuta il degrado mediante analisi del potenziale di corrosione.
Per la diagnosi della muratura si prevede la prova con martinetti piatti.
Per la diagnosi della malta si prevede la prova penetrometrica.
Per la diagnosi del legno si prevede la prova resistografica.
Le Normative consentono, anzi consigliano, di sostituire alcune delle suddette prove distruttive, non più del 50%, con un più ampio numero, almeno il triplo, di prove non distruttive, singole o combinate, tarate su quelle distruttive. I controlli e le prove non distruttive limitano l’invasività nei confronti della struttura portante (stress degli elementi soggetti a prova) e minimizzano l’impatto delle indagini, riducendo il più possibile le interferenze con le attività svolte all'interno dell'edificio.
I metodi di prova indiretti (detti anche non distruttivi) impiegati per la stima delle proprietà meccaniche dei materiali da costruzione sono:
Per il calcestruzzo:
metodo combinato SonReb (Sonic = analisi sonica + Rebound = rimbalzo sclerometrico);
prova di estrazione Pull-Out.
Per la muratura:
analisi sonica per trasparenza;
prova sclerometrica su elemento lapideo;
analisi con sclerometro a pendolo su malta.
Per il legno:
analisi penetrometrica;
analisi ultrasonica.

I metodi indiretti (non-distruttivi), supportati da una vasta e consolidata letteratura, recentemente hanno trovato anche in Italia un riconoscimento ed inquadramento normativo. Poichè le espressioni numeriche che esprimono le caratteristiche meccaniche dei materiali non hanno validità generale, è necessario e obbligatorio, che le prove non distruttive siano calibrate su quelle distruttive.

3. ANALISI DEI SOLAI
Per valutare il comportamento dei solai si prevede l’esecuzione di prove di omogeneità eseguite mediante analisi dinamica, valutandone il comportamento vibrazionale a seguito di percussione con massa battente. Tale sistema è idoneo per la classificazione dei solai in base alla loro rigidezza: in base alla teoria dell’elasticità, si effettua un’analisi in frequenza dei segnali accelerometrici in trasformata di Fourier, individuando la frequenza del primo modo di vibrare.
Una volta classificati i solai in gruppi omogenei, si identificano i solai rappresentativi di tali gruppi omogenei, su cui procedere ad una prova di carico statica, estendendo poi i risultati agli altri solai del gruppo.
L’analisi del comportamento deformativo del solaio avviene mediante prova di carico statica: il solaio viene sottoposto a carichi di prova di intensità tale da indurre, simulando le azioni variabili di esercizio, le massime sollecitazioni previste dalle vigenti normative. Come indicato dalle NTC08, la prova che meglio riesce a simulare un carico uniformemente distribuito è quella ove si impiega il serbatoio che viene riempito d’acqua per generare il carico.

4. ANALISI DELLE FONDAZIONI
L'esame delle strutture di fondazione si effettua mediante indagine georadar e/o scavi fondazionali (meccanici o manuali). Le proprità del terreno di sedime si valuta attraverso prova penetrometrica e/o prova a rifrazione attiva MASW o passiva ReMi.

QUALIFICA DEGLI OPERATORI ADDETTI ALLA DIAGNOSTICA STRUTTURALE


Esecuzione, elaborazione e restituzione delle prove strumentali sono affidati a Tecnici laureati in ingegneria civile o architettura in possesso di Qualifica specifica di:

Esperto di 3° livello - settore PnD Ingegneria Civile
rilasciata da RINA o CICPND secondo le norme UNI EN 473 (Qualifica e certificazione del personale addetto alle prove non distruttive) e ISO 9712:1999 (Nondestructive Testing – Qualification and Certification of Personnel)
ovvero

Tecnico addetto alle indagini diagnostiche sugli edifici storici
conferita da almeno 10 anni da Regione Lombardia a seguito di corso specifico della durata non inferiore a 600 ore
VOCI DI CAPITOLATO DELLE PROVE DIAGNOSTICHE
Per le citate prove, nella sezione download si può scaricare la descrizione della procedura di esecuzione, la strumentazione che si intende utilizzare ed i riferimenti normativi.

FASE 2 - ANALISI E VERIFICHE STRUTTURALI


Questa fase consiste nell'elaborazione dei dati acquisiti con la diagnostica strutturale (prove, controlli, monitoraggi e indagini strumentali), fino a giungere alla valutazione di sicurezza dell'edificio esistente.
Tale elaborazione, da effettuarsi tramite le procedure dell'ingegneria strutturale, rappresenta la seconda fase dell'iter che conduce alla definizione dello stato di salute attuale dell'edificio.
Le caratteristiche geometriche, materiche e meccaniche degli elementi strutturali vengono impiegate per la modellazione numerica della struttura: si costruisce con specifico software (agli elementi finiti) un modello tridimensionale della costruzione che rappresenti il più fedelmente possibile le effettive distribuzioni di massa e di rigidezza, considerando, laddove appropriato, anche il contributo degli elementi non strutturali. Il modello della struttura è costituito da elementi resistenti piani a telaio e/o a parete connessi da diaframmi orizzontali.
Per le azioni statiche (verticali) vengono valutati i 2 stati limite:
SLU (Stato Limite Ultimo)
SLE (Stato Limite di Esercizio)
Per le azioni sismiche (orizzontali) vengono valutati i 4 stati limite:
SLD (Stato Limite di Danno)
SLO (Stato Limite di Operatività)
SLV (Stato Limite per la salvaguardia della Vita)
SLC (Stato Limite di prevenzione del Collasso)
a cui si aggiunge lo SLA (Stato Limite di danno ai beni Artistici) per gli edifici vincolati dalla Soprintendenza.
La diagnosi prosegue con l'esecuzione delle analisi in campo lineare e/o non-lineare (push-over); per i vari Stati Limite si determinano, quindi, le azioni sollecitanti che inducono il raggiungimento degli stati limite indicati dalle Norme.
Tali valori, rapportati alla capacità resistente della struttura, forniscono gli indici per la valutazione finale della sicurezza strutturale: indicatori, compresi tra 0 e 1, che rappresentano quantitativamente - in estrema sintesi - il rischio strutturale dell'edificio: valori prossimi o superiori all'unità definiscono un livello di sicurezza paragonabile a quello richiesto dalle NTC08 per le nuove costruzioni; valori bassi, prossimi a zero, caratterizzeranno un elevato rischio strutturale.