Obiettivi Formativi

L'obiettivo del corso di Diagnostica e Riabilitazione di Strutture in Zona Sismica è quello di fornire allo studente di Ingegneria Civile le conoscenze e le metodologie di base per la comprensione del comportamento meccanico dei materiali e dei prodotti per l'edilizia impiegati nelle costruzioni, nonché del comportamento meccanico di alcuni elementi strutturali significativi di una costruzione. Queste conoscenze sono utili per intraprendere il progetto di riabilitazione di una costruzione in maniera consapevole, sfruttando le tecniche più moderne per il rinforzo delle costruzioni esistenti, siano esse in cemento armato che in muratura. Il corso si propone di trasferire agli allievi le conoscenze sulle tecniche di indagine in laboratorio e in situ (distruttive e non distruttive) più largamente impiegate, in modo da consentire loro di comprendere e interpretare nel modo corretto i risultati di queste indagini. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite e la comprensione dei principi fondamentali della disciplina per: a) eseguire compiutamente le procedure per l'accettazione dei materiali impiegati per la realizzazione di nuove costruzioni (nel ruolo di direttore dei lavori o di collaudatore statico in corso d'opera); b) individuare l'indagine più appropriata da effettuare per conoscere le proprietà meccaniche dei materiali da costruzione in edifici esistenti (calcestruzzo, acciaio di armatura, acciaio da carpenteria metallica, muratura); c) valutare il comportamento di alcuni componenti strutturali e verificarne la rispondenza alle previsioni teoriche in termini di deformabilità (verifica delle frecce di travi, solai, inflessione di impalcati da ponte, ecc.); d) verificare la buona fattura e il comportamento di elementi di fondazione (pali), valutarne la portanza sul terreno di fondazione e i cedimenti sotto carico; e) conoscere le caratteristiche richieste ai dispositivi di protezione sismica, quali gli isolatori di tipo elastomerico e a scorrimento, i dissipatori isteretici e viscosi, nel rispetto delle norme in materia; f) intervenire sulle costruzioni esistenti sviluppando un progetto di riabilitazione strutturale che preveda tecniche di rinforzo adeguate o l'impiego di materiali compositi innovativi.

Learning Goals

The aim of the course of Diagnostics and Rehabilitation of Structures in Seismic Zone is to provide students with fundamental knowledge for understanding the mechanical behavior of materials and products employed in the building industry, as well as of the main structural elements of a building. These concepts are useful to plan a rehabilitation plan of a structure, exploiting modern techniques of retrofitting of existing structures, both in reinforced concrete and masonry. The course will provide students with knowledge of the laboratory techniques and in-situ techniques (both destructive and non-destructive) that are more widely employed, so as to allow them to understand and interpret the results of these investigations. At the end of the course the student will be able to apply the acquired concepts and the fundamental principles of the subject: a) to carry out the acceptance procedures of the materials used for the realization of structures; b) to identify the most appropriate investigation to identify the mechanical properties of materials (concrete, steel, masonry); c) to assess the behavior of some structural components to verify the suitability in terms of deformation requirements (such as the mid-span deflection in beams, in floors, in bridge decks, etc.); d) to verify the appropriateness of the foundation elements (piles) and of the foundation ground in relationship to possible settlements under load; e) to understand the required characteristics of the seismic devices, such as elastomeric isolators and friction pendulum system, hysteretic dampers and viscous dampers, in compliance with the standards; f) to retrofit existing structures by developing a rehabilitation plan that involves appropriate techniques and innovative materials.

Metodi didattici

Il corso viene erogato mediante lezioni frontali (24 ore) ed esercitazioni in laboratorio (24 ore). Le lezioni frontali sono svolte con l'ausilio di computer, proiettando su schermo gli appunti in Power Point relativi all'argomento trattato. Alla fine della lezione tali appunti vengono forniti agli studenti, essendo utili come guida per lo studio a casa. Le esercitazioni vengono svolte sotto la supervisione del docente e sono svolte prevalentemente nel Laboratorio di Strutture del Dipartimento per una descrizione delle prove standard sui materiali da costruzione, sia il laboratorio che in sito. Le esercitazioni si svolgono anche presso il laboratorio Eurolab del CERISI (Centro di Eccellenza, Ricerca e Innovazione per Strutture e Infrastrutture di grandi dimensioni) per la presentazione delle prove che si effettuano sui dispositivi antisismici. Esse rappresentano un momento fondamentale di interazione e di partecipazione nel quale è incoraggiato il lavoro di gruppo e la discussione tra i risultati ottenuti dalle prove. Nel corso delle esercitazioni gli studenti vengono chiamati a turno per illustrare i risultati ottenuti in modo da stimolare la loro capacità di formulare soluzioni elaborate in autonomia o in gruppo, da acquisire dimestichezza con la presentazione dei loro risultati e da affinare la loro capacità di espressione utilizzando un linguaggio rigoroso. Il confronto tra gli studenti è volto alla loro complessiva maturazione, che va oltre il mero apprendimento della disciplina.

Teaching Methods

The course is articulated in frontal lectures (24 hours) and laboratory activities (24 hours). The frontal lectures are carried out with a computer, with Power Point presentations. Notes are given to the students, as a useful complement for the homework. Exercises are carried out under the Professor’s supervision, and are carried out in the Structural Laboratory of the Department of Engineering, to describe the standard tests on materials. Some exercises are also carried out at the laboratory Eurolab of the CERISI (Centre of Excellence Research and Innovation of Large Dimensions Structures and Infrastructures) to qualification and acceptance tests on seismic devices.

Prerequisiti

Conoscenze di Analisi Matematica (concetti di limite, derivata, integrale, equazioni differenziali), conoscenze di Fisica (concetti di forza, attrito, resistenza), conoscenze di Meccanica Razionale (equilibrio di forze, tensioni, deformazioni), conoscenze di Scienza delle Costruzioni (equazioni di equilibrio e di congruenza per i mezzi continui, equazioni costitutive dei materiali, criteri di resistenza dei materiali duttili e fragili), conoscenze di Tecnica delle Costruzioni (proprietà meccaniche del calcestruzzo, dell'acciaio di armatura, dell'acciaio da carpenteria metallica, comportamento di elementi strutturali quali travi, solai).

Prerequisites

Principles of Mathematics (limit, derivative, integral, differential equations), of Physics (force, friction and strength concepts), Rational Mechanics principles (equilibrium of forces, stresses, strains), Structural Mechanics (equilibrium conditions, constitutive equations of materials, strength criteria of ductile and brittle materials), Structural Engineering (mechanical properties of concrete, of steel, behavior of beams and floors).

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata attraverso un esame che consiste in una prova orale. La valutazione viene formulata in trentesimi. Con la prova orale l'allievo può dimostrare il suo grado di preparazione, l'approfondimento degli argomenti e la capacità di collegare le diverse parti del programma. Durante la prova orale sono oggetto di valutazione il rigore metodologico e la proprietà di linguaggio nell'esposizione degli argomenti.

Assessment

Assessment of the understanding is made through an oral exam. The evaluation is in marks x/30. The student will demonstrate the level of understanding and preparation, and the capacity of linking different parts of the program. Appropriate language and methodological rigor are assessed during the oral exam.

Programma del Corso

I contenuti del corso sono specificatamente descritti nel seguito. I controlli di accettazione del calcestruzzo 1) Generalità 2) I controlli di qualità e di identificazione 3) Il prelievo dei campioni in cantiere 4) I controlli di accettazione 5) Le prove complementari 6) La resistenza a trazione del calcestruzzo 7) Generalità 8) La lavorabilità 9) La misura della consistenza Le prove di carico 1) Gli aspetti normativi 2) I carichi di prova 3) Prova a spinta e prova a tiro 4) Prove di carico sui solai 5) Il carico equivalente 6) Il metodo sperimentale 7) Le condizioni di vincolo I controlli distruttivi 1) I saggi 2) Il rilevamento delle armature 3) Il prelievo di spezzoni d’armatura 4) Il carotaggio 5) Stima della resistenza 6) Fattori influenzanti e coefficienti correttivi 7) Verifica della conformità del calcestruzzo in opera I controlli non distruttivi 1) Finalità e limitazioni 2) Controlli non distruttivi e moderatamente distruttivi 3) Le curve di correlazione 4) Regressione lineare e metodo dei minimi quadrati 5) Regressioni non lineari 6) Linearizzazione dei dati 7) Livello di confidenza e sensibilità 8) Taratura delle curve di correlazione 9) La determinazione dell’indice di rimbalzo 10) La velocità di propagazione degli impulsi ultrasonici 11) La prova di estrazione (pull-out) Prove su dispositivi antisismici 1) Prove su isolatori sismici in elastomero (EN 15129 e NTC) 2) Prove su isolatori a superficie curva (EN 15129 e NTC) 3) Prove su dispositivi dissipativi isteretici (EN 15129 e NTC) 4) Prove su dispositivi dissipativi viscosi (EN 15129 e NTC) Prove su pali 1) Pali battuti e pali trivellati 2) Controlli non distruttivi sui pali 3) Metodi single-hole e cross-hole 4) Tomografia sonica 5) Sonic Integrity Testing e Impact Echo Testing 6) Prove dinamiche ad alte deformazioni 7) Metodo Case e metodo Simbat 8) Prove dinamiche a basse deformazioni 9) Prove di carico su pali di fondazione: spinta verticale 10) La struttura di contrasto e i pali di ancoraggio 11) Pali strumentati 12) Prove di carico su pali di fondazione: spinta orizzontale 13) Meccanismi di rottura e interazione palo-terreno Prove sulle murature 1) Definizione dei Livelli di Conoscenza e quantificazione delle indagini in sito ed in laboratorio 2) Le prove di laboratorio 3) Diffrattometria, sezioni sottili, compressione su roccia, modulo elastico, trazione indiretta 4) Le prove in situ 5) Saggi di ispezione 6) Martinetti piatti e doppi 7) Prova a compressione e taglio, prove a compressione diagonale su pannelli murari 8) Shove test, prove a penetrazione (sclerometro su roccia, Windsor probe test, trapano di Felicetti) 9) Termografia, laser scanner 10) Prove soniche, georadar Riabilitazione di strutture in muratura e legno 1) La individuazione delle condizioni di criticità dei manufatti, quadri fessurativi, cinematismi 2) Le strutture particolari: l’arco e la volta 3) Le tecniche riabilitative classiche e le nuove tecnologie per i manufatti murari ed in legno esistenti 4) L'adeguamento, il miglioramento ed il ripristino di strutture murarie in zona sismica alla luce del quadro normativo vigente Riabilitazione di strutture in calcestruzzo armato 1) La individuazione delle condizioni di criticità dei manufatti, sia evidenti che latenti 2) Le tecniche riabilitative classiche: integrazione delle sezioni e beton plaqué e tecniche riabilitative nuove quelle nuove per strutture in calcestruzzo armato 3) L'adeguamento, il miglioramento ed il ripristino di strutture in c.a. in zona sismica alla luce del quadro normativo vigente

Course Syllabus

The contents of the course are specifically described as follows. Acceptance controls on concrete Load tests Destructive tests Non-destructive tests Tests on seismic devices according to UNI EN15129 and Italian Building Code NTC2018 Tests on piles Tests on masonry structures Rehabilitation of masonry and wood structures Rehabilitation of reinforced concrete structures