FAST FIND : CM1250

Analisi del degrado delle strutture con FaTA Next

Il problema della durabilità delle strutture in c.a. è quanto mai attuale e spesso correlato al degrado da corrosione. In genere, il fenomeno è provocato da carbonatazione o attacco cloridrico. Particolarmente significativo nel caso di strutture ubicate vicino al mare, è associato il fenomeno di corrosione localizzata per pitting delle armature
STACEC

1 Introduzione
Il problema della durabilità delle strutture in c.a. è quanto mai attuale e spesso correlato al degrado da corrosione. In genere, il fenomeno è provocato da carbonatazione o attacco cloridrico. Particolarmente significativo nel caso di strutture ubicate vicino al mare, è associato il fenomeno di corrosione localizzata per pitting delle armature. Per tale di corrosione, studi scientifici di letteratura hanno definito riduzioni di resistenza e duttilità sezionale fino al 25% a fronte di una esposizione di 70 anni. Scopo del presente lavoro è stato l’implementazione auto-matica di modelli di degrado per corrosione in un elemento finito di trave a fibre non lineare con formulazione Force-Based in grandi spo-stamenti, disponibile nel codice di calcolo FaTa Next della STACEC Srl. Inoltre l’automazione nella sezione a fibre della seconda legge di Fick per diffusione dei cloruri ha permesso di determinare lo stato di degrado dell’acciaio e del calcestruzzo fessurato in ogni istante tempo-rale definendone la sezione degradata. Tali implementazioni ci hanno permesso con tempi ragionevolmente ridotti, di analizzare diversi scenari di degrado per corrosione relativi a distribuzioni spazio-temporali qualsiasi. Lo scopo finale è stato di valutare la capacità o vita residua della struttura. L’applicazione della metodologia, ad un edificio in calcestruzzo armato esistente caratterizzato da un comportamento a telai piani, tipologicamente appartenente all’edilizia pre-anni ’70 e progettato per soli carichi gravitazionali ha permesso di determinare gli indica-tori di sicurezza sismici per differenti scenari e gradi di corrosione.


2 Degrado per Corrosione – Analisi evolutiva
Il calcestruzzo armato, nel tempo, può essere sottoposto a vari tipi di attacco:
a. per carbonatazione, che consiste nella neutralizzazione dell’alcalinità del calcestruzzo da parte dell’anidride carbonica proveniente dall’ambiente esterno con distruzione del film di ossidi a protezione delle barre;
b. per penetrazione di cloruri, quando sulla superficie delle armature viene raggiunto e superato un determinato tenore critico, tale da distruggere il film protettivo;

Al venir meno delle condizioni di passività, il processo corrosivo delle armature – di natura elettrochimica - può aver luogo se e solo se il calcestruzzo viene a contatto con acqua e ossigeno. La fase di innesco e propagazione prevede le seguenti sottofasi (vedi fig.1-2):
1. t=t1: fase iniziale senza corrosione. Persiste fino a quando la concentrazione di agenti aggressivi non supera determinati limiti per la depassivazione dell’acciaio di armatura;
2. Successivamente si ha la fase di propagazione a tratti: il primo fino a t2=tcr1, tempo in cui si verifica la prima fessura nella superficie del calcestruzzo per corrosione dell’armatura;
3. Il secondo, con velocità di propagazione maggiore per presenza di fessure, si protrae fino a t3=tcr2, tempo in cui non è più soddi-sfatto lo stato limite di esercizio registrandosi lo spalling del calcestruzzo;
4. Infine, il tempo per il quale la riduzione della resistenza è tale da non soddisfare più le richieste imposte dallo stato limite ultimo, denotato con t4=tu.




Fig. 1
a) Rappresentazione schematica del degrado in funzione del danno, Cervenka Consulting
b) Espulsione del copriferro, splitting e spalling failure, Lo Bue
 

3 Modellazione dei meccanismi di degrado per corrosione
Il fenomeno della corrosione ha notevole influenza sul comportamento meccanico di elementi strutturali in cemento armato, in relazione a:
a. Riduzione della sezione trasversale delle barre di armatura;
b. Riduzione delle proprietà meccaniche dell’acciaio (resistenza e duttilità);
c. Fessurazione del calcestruzzo con riduzione resistenza a compressione;
d. Deterioramento del meccanismo di aderenza.

La corrosione comporta una riduzione della sezione della barra e della capacità di allungamento sotto carico della parte di armatura che rimane integra, con tutte le conseguenze sulla duttilità strutturale. L’ossido di ferro (ruggine), che è il prodotto del processo di corrosione, genera un volume maggiore del metallo da cui ha avuto origine. Ciò produce tensioni radiali di compressione (Sc) nel calcestruzzo che circonda la barra e, per l’equilibrio, la nascita di trazioni circonferenziali (Sr). Quando, quest’ultime, raggiungono la resistenza a trazione del conglomerato, si verifica la formazione di fessure, ortogonali alle isostatiche di trazione, ovvero radiali, che possono portare alla completa disgregazione ed espulsione del copriferro (Spalling Failure-figura 1.b). Il legame di aderenza è una delle proprietà fondamentali sulla quali si basa il comportamento del calcestruzzo armato, è anch’esso influenzato dalla corrosione, attraverso i seguenti meccanismi:
 La fessurazione del calcestruzzo;
 Cambiamento delle proprietà all’interfaccia acciaio/calcestruzzo;
 Minor confinamento del calcestruzzo a causa della corrosione delle staffe;
 Instabilità delle armature longitudinali dovuto allo spalling del calcestruzzo;
 Riduzione della risposta ciclica sotto azioni orizzontali con diminuzione dell’energia dissipata e riduzione della capacità rotazionale dell’elemento;



4 Caso di studio
Per meglio comprendere l’effetto che hanno gli indici di degrado per corrosione delle barre di armatura sulla vulnerabilità sismica delle strutture, si riportano alcuni risultati di un caso studio (Fig.2).

Figura.2: Modello geometrico della struttura oggetto di studio


Tabella 1: Caso di studio: Carichi gravitazionali, azioni sismiche, materiali, sezioni e distribuzioni armature


Tabella 2: Caso di studio: Scenari di corrosione


4.1 Analisi pushover – struttura integra

Tabella 3: Caso di studio: Risultati analisi e verifiche struttura integra


4.2 Analisi pushover – struttura con degrado

Tabella 4: Caso di studio: Risultati analisi e verifiche struttura con degrado

5 Confronti e conclusioni

Figura.5: Confronto in termini di resistenza e duttilità struttura integra e con degrado – Risposta Pushover dir X

Dalle analisi e verifiche effettuate, con riferimento ai due scenari di degrado, struttura integra e degradata alla base dei pilastri perimetrali del piano terra, con riferimento all’ azione di Pitting da cloruri su tutte le barre con penetrazione x=1.00 mm per i ferri longitudinali e x=0.50 mm per le staffe e relativo fattore R=3, possiamo dedurre le seguenti considerazioni finali:
1. L’edificio appartenente all’edilizia popolare (inizio anni 70) con travi forti e pilastri deboli, telai unidirezionali, collassa per piano soffice in condizioni integre e degradate;
2. La struttura degradata presenta riduzione a livello sezionale in termini di resistenza e duttilità locale che supera il 30 %;
3. Tale effetto è ancora più evidente a livello globale dove si registra una diminuzione di resistenza e duttilità misurato dalla perdita dell’indicatore di sicurezza sismica pari a 
.
4. I meccanismi di collasso per soft-story o piano debole avvengono per cedimento dell’armatura in trazione per rottura e a com-pressione per instabilità.

Le analisi per tali tipologie di strutture hanno confermato le ipotesi iniziali, per cui risulta necessario incorporare, nei modelli di calcolo e verifica, il degrado per corrosione delle armature affinché non si sovrastimi eccessivamente la sicurezza statica e sismica delle strutture nonché la sua robustezza.
 

 


STACEC
Corso Umberto I, 358 - 89034 BOVALINO (RC)
Telefono : 0964.67211 - Fax 0964.61708
 stacec@stacec.com | www.stacec.com

 

Dalla redazione

Rinforzo e consolidamento su edifici esistenti in muratura: risarcitura delle lesioni

In questo articolo si riportano alcune indicazioni tecniche tratte dal documento “Linee guida per riparazione e rafforzamento di elementi strutturali, tamponature e partizioni” - a cura di Dipartimento della Protezione Civile, Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica (ReLUIS) - concernenti interventi volti ad incrementare la resistenza dei maschi murari mediante la tecnica della risarcitura delle lesioni ovvero ristilatura dei giunti, identificando e indicando le voci di capitolato con cui è possibile realizzare tali interventi ed i relativi costi medi.
A cura di:
  • Osservatorio Prezzi Edilizia
  • Professioni

I profili di responsabilità amministrativa nell'esercizio delle funzioni tecniche: considerazioni sul nuovo Codice appalti

Il presente contributo si propone di analizzare l’evoluzione dei profili di responsabilità amministrativa a carico delle figure tecniche coinvolte nelle procedure di programmazione, progettazione, affidamento, esecuzione e collaudo di lavori pubblici, in seguito alle novelle introdotte dal Nuovo Codice Appalti, Decreto Legislativo 31 marzo 2023, n. 36.
A cura di:
  • Andrea Notaro

I sistemi desolidarizzanti sono anche sistemi impermeabili?

È necessario che gli applicatori utilizzino specifici sistemi conoscendone le reali caratteristiche tecniche e i relativi campi di applicazione. Allo stesso modo è indispensabile che i tecnici/progettisti richiedano l’impiego di sistemi avendo piena cognizione delle reali caratteristiche tecniche di ciò che prescrivono nei loro elaborati.
A cura di:
  • Arcangelo Guastafierro
  • Mario Monardo

L’ausilio del BIM alle frontiere "mobili" dell'ingegneria economica e del project construction management. Parte terza: il quadro di riferimento normativo nazionale

È stata volutamente effettuata una trattazione “a scomparti”, seguendo prima le indicazioni di merito e metodo a livello di normazione, in modo tale che fosse poi più agevole la loro integrazione narrativa nell’ambito del processo di produzione legislativa che attualmente è approdata, come testo unico, al Nuovo Codice degli Appalti Pubblici, approvato con Decreto legislativo 31 marzo 2023, n. 23 per la digitalizzazione della Pubblica Amministrazione con riferimento alla individuazione e formalizzazione del processo di offerta ed aggiudicazione di forniture, opere e servizi.
A cura di:
  • Francesco Guzzo
  • Giuseppe Funaro
  • Massimo Micieli

Il risparmio garantito: tra mito e realtà

La pubblicazione della UNI-CEI EN 17669:2023 “Contratti di Prestazione Energetica - Requisiti Minimi” mette un punto fermo nella definizione di uno strumento fondamentale per lo sviluppo dell’efficienza energetica nel pubblico e nel privato. Partendo dal concetto di servizio energetico. l’articolo analizza punti di forza e di debolezza dello strumento contrattuale, contestualizzandolo a livello europeo e nazionale
A cura di:
  • Sandro Picchiolutto

Dalle Aziende

  • Edilizia residenziale
  • Norme tecniche
  • Edilizia e immobili
  • Materiali e prodotti da costruzione

Le prestazioni acustiche di pareti: il confronto in Europa Parte 2

Possibili varianti alle classiche modalità realizzative di pareti in laterizio per il raggiungimento di prestazioni acustiche più elevate.
  • Costruzioni in zone sismiche
  • Informatica
  • Norme tecniche

CDS Win 2024 – Sistema costruttivo Platform Frame

CDS Win 2024 ulteriormente potenziato con il calcolo e la verifica di strutture Platform Frame
  • Edilizia e immobili

Come progettare un impianto fotovoltaico in modo facile e veloce con il software Blumatica

Come si progetta un impianto fotovoltaico? Quali sono le fasi principali che permettono il corretto dimensionamento di tutte le parti dell’impianto? Sfruttare le funzionalità dei software dedicati, come quelli messi a disposizione da Blumatica, ti aiuta a scegliere le soluzioni ottimali per la progettazione tecnica
  • Edilizia e immobili

Unimetal-Pods: l’innovazione delle Cellule Bagno Prefabbricate

Dalle moderne strutture alberghiere agli istituti sanitari, passando per soluzioni per studentati e strutture correttive, le nostre cellule bagno sono ideali per un’ampia gamma di applicazioni.

Il processo Design-to-Build per la collaborazione e la condivisione BIM

In questo seminario tecnico gratuito scopriamo come una piattaforma cloud per la collaborazione e la condivisione dei dati progettuali provenienti da diverse soluzioni sia una risposa efficace per accelerare i processi di progettazione interdisciplinare.
  • Informatica

Ottimizza la stima dei costi di costruzione con la tecnologia BIM 5D

Scopri come velocizzare e migliorare la stima dei costi di costruzione grazie al BIM 5D e all'Intelligenza Artificiale. Riduci gli errori e ottieni risultati precisi in tempi più rapidi.
  • Informatica

Verifica a fuoco della muratura con Thermocad 6

Thermocad è un software che consente di determinare la resistenza a fuoco di una sezione strutturale sottoposta ad incendio, per cemento armato anche precompresso, acciaio, legno e ora anche in muratura con verifiche secondo i codici italiano ed europeo.
  • Edilizia e immobili

Il cambio di destinazione d’uso con o senza opere

Per effettuare il conteggio degli oneri edilizi è necessaria una verifica su almeno tre livelli normativi. Analisi delle norme nazionali e regionali e relativa casistica.