IL COLLAUDO STATICO SECONDO LE NTC 2008

“IL COLLAUDO STATICO SECONDO LE NTC 2008”
Ing. Nicola Cardascia
Studio Vitone & Associati
STUDIO
VITONE & ASSOCIATI
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A-1
NUOVE NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI
D.M. Infrastrutture 14 gennaio 2008
9
COLLAUDO STATICO
9.1 Prescrizioni generali
Il collaudo statico riguarda il giudizio sul
comportamento e le prestazioni delle parti
dell'opera che svolgono funzione portante.
Il collaudo statico, tranne casi particolari, va
eseguito in corso d'opera quando vengono posti
in opera elementi strutturali non più
ispezionabili, controllabili e collaudabili a
seguito del proseguire della costruzione.
Le opere non possono essere poste in esercizio
prima dell'effettuazione del collaudo statico.
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Le NTC 2008 hanno avuto una
doppia influenza sull’attività e
gli obblighi del Collaudatore:
una diretta (più dettagliata
disciplina
dell’attività
da
svolgere,
una
indiretta
(maggiore e più puntuale
disciplina
delle
attività
ricadenti sotto l’obbligo di
controllo del Collaudatore, ad
esempio: la progettazione)
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A-2
Il collaudo statico di tutte le opere di ingegneria
civile regolamentate dalle presenti norme
tecniche,
deve
comprendere
i
seguenti
adempimenti:
a) controllo di quanto prescritto per le opere
eseguite sia con materiali regolamentati dal
decreto del Presidente della Repubblica 6-62001, n. 380 , dalla legge 5-11-1971, n. 1086 e
dalla legge 2-2-1974, n. 64 sia con materiali
diversi;
b) ispezione dell'opera nelle varie fasi costruttive
degli elementi strutturali ove il collaudatore
sia nominato in corso d'opera, e dell'opera
nel suo complesso, con particolare riguardo
alle parti strutturali più importanti.
L'ispezione dell'opera verrà eseguita alla
presenza del direttore dei lavori e del
costruttore, confrontando in contraddittorio il
progetto depositato in cantiere con il
costruito.
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DPR n. 380/2001
Art. 67. (L-R)
Collaudo
statico. Legge 5-11-1971, n.
1086 , artt. 7 e 8
[1] (L) Tutte le costruzioni di
cui al primo comma dell'art.
53, la cui sicurezza possa
comunque interessare la
pubblica incolumità devono
essere sottoposte a collaudo
statico.
…..
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A-3
Il collaudatore controllerà altresì che
siano state messe in atto le prescrizioni
progettuali e siano stati eseguiti i
controlli sperimentali. Quando la
costruzione è eseguita in procedura di
garanzia di qualità, il collaudatore deve
prendere conoscenza dei contenuti dei
documenti di controllo qualità e del
registro delle non-conformità.
c) esame dei certificati delle prove sui
materiali, articolato:
1) nell'accertamento del numero dei
prelievi effettuati e della sua
conformità alle prescrizioni contenute
al capitolo 11 delle norme tecniche;
2) nel controllo che i risultati ottenuti
delle prove siano compatibili con i
criteri di accettazione fissati nel citato
capitolo 11;
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Controllo coppia di serraggio bulloni
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d) esame dei certificati di cui ai controlli in
stabilimento e nel ciclo produttivo,
previsti al capitolo 11;
e) controllo dei verbali e dei risultati delle
eventuali prove di carico fatte eseguire
dal direttore dei lavori.
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Il
collaudatore, nell'ambito delle sue
responsabilità, dovrà inoltre:
f) esaminare
il
progetto
dell'opera,
l'impostazione
generale
della
progettazione nei suoi aspetti strutturale
e geotecnico, gli schemi di calcolo e le
azioni considerale;
……
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10.
REDAZIONE DEI PROGETTI
STRUTTURALI
ESECUTIVI
E
DELLE RELAZIONI DI CALCOLO
10.1 Caratteristiche generali
…
Il progetto deve comprendere i
seguenti elaborati:
— Relazione di calcolo strutturale,
comprensiva di una descrizione
generale dell'opera e dei criteri
generali di analisi e verifica;
— Relazione sui materiali;
—
Elaborati
grafici,
particolari
costruttivi;
— Piano di manutenzione della parte
strutturale dell’opera;
— Relazione sui risultati sperimentali
corrispondenti
alle
indagini
specialistiche ritenute necessarie
alla realizzazione dell'opera (Rel.
Geologica,
Geotecnica,
Rel.
Sismica.
…
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A-6
Altri problemi che si possono presentare nell’esame dei progetti:
… Normative da applicare ? Caso delle torri eoliche
Tabella 2.6.I - Coefficienti parziali per le azioni o per l'effetto delle azioni nelle verifiche SLU
Coefficiente γ F
Carichi permanenti
Carichi permanenti non strutturali (1)
Carichi variabili
favorevoli
sfavorevoli
favorevoli
sfavorevoli
favorevoli
sfavorevoli
γ G1
γ G2
γ Qi
EQU
A1 STR
A2 GEO
0,9
1,0
1,0
1,1
1,3
1,0
0,0
0,0
0,0
1,5
1,5
1,3
0,0
0,0
0,0
1,5
1,5
1,3
(1) Qualora i carichi permanenti non strutturali (ad esempio carichi permanenti portati) siano compiutamente
definiti si potranno adottare per essi gli stessi coefficienti validi per le azioni permanenti.
Valore permanente del vento
durante il sisma: Ψ 2j = 0
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Altri problemi che si possono presentare nell’esame dei progetti:
… progettisti diversi per due parti dell’opera? Caso delle torri
eoliche
Due progettisti per la stessa opera: uno progettista della torre,
l’altro progettista delle opere di fondazione?
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Il collaudatore, nell'ambito delle sue
responsabilità, dovrà inoltre:
…
g) esaminare le indagini eseguite nelle
fasi di progettazione e costruzione
come prescritte nelle presenti norme;
h) esaminare la relazione a strutture
ultimate del direttore dei lavori, ove
richiesta.
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Infine, nell'ambito della propria discrezionalità,
il collaudatore potrà richiedere:
i) di effettuare tutti quegli accertamenti, studi,
indagini, sperimentazioni e ricerche utili
per formarsi il convincimento della
sicurezza,
della
durabilità
e
della
collaudabilità
dell'opera,
quali
in
particolare:
— prove di carico;
— prove sui materiali messi in opera, anche
mediante metodi non distruttivi;
— monitoraggio programmato di grandezze
significative del comportamento dell'opera
da proseguire, eventualmente, anche dopo
il collaudo della stessa.
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9.2 Prove di carico
Le prove di carico, ove ritenute necessarie dal collaudatore, dovranno
identificare la corrispondenza del comportamento teorico e quello
sperimentale. I materiali degli elementi sottoposti a collaudo devono
aver raggiunto le resistenze previste per il loro funzionamento finale in
esercizio.
Il programma delle prove, stabilito dal collaudatore, con l'indicazione
delle procedure di carico e delle prestazioni attese deve essere
sottoposto al direttore dei lavori per l'attuazione e reso noto al
progettista e al costruttore.
Le prove di carico si devono svolgere con le modalità indicate dal
collaudatore che se ne assume la piena responsabilità, mentre, per
quanto riguarda la loro materiale attuazione, è responsabile il direttore
dei lavori.
Nel collaudo statico si terrà conto di quanto indicato nel capitolo 4 per i
vari materiali, inoltre per i ponti di quanto prescritto al paragrafo 5.1 per
i ponti stradali e al paragrafo 5.2 per quelli ferroviari.
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A-11
Le prove di carico sono prove di comportamento delle opere sotto le
azioni di esercizio. Queste devono essere, in generale, tali da indurre le
sollecitazioni massime di esercizio per combinazioni caratteristiche
(rare). In relazione al tipo della struttura ed alla natura dei carichi le
prove possono essere convenientemente protratte nel tempo, ovvero
ripetute su più cicli.
Il giudizio sull'esito della prova è responsabilità del collaudatore.
L'esito della prova va valutato sulla base dei seguenti elementi:
— le deformazioni si accrescano all'incirca proporzionalmente ai
carichi;
— nel corso della prova non si siano prodotte fratture, fessurazioni,
deformazioni o dissesti che compromettono la sicurezza o la
conservazione dell'opera;
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— la deformazione residua dopo la
prima applicazione del carico
massimo non superi una quota
parte di quella totale commisurata
ai prevedibili assestamenti iniziali
di tipo anelastico della struttura
oggetto della prova. Nel caso
invece che tale limite venga
superato,
prove
di
carico
successive devono indicare che la
struttura
tenda
ad
un
comportamento elastico;
— la deformazione elastica risulti
non maggiore di quella calcolata.
Le prove statiche, a giudizio del
collaudatore
e
in
relazione
all'importanza dell'opera, possono
essere
integrate
da
prove
dinamiche e prove a rottura su
elementi strutturali.
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PROVE DI CARICO
Un caso di studio: il collaudo decennale dello STADIO S. NICOLA DI BARI
Lo stadio S. Nicola di Bari (ITALY) è stato realizzato per i campionati mondiali di calcio
del 1990. L’Ente committente era il Comune di BARI. L’Impresa realizzatrice è stata la
Società Bari ’90 S.c.r.l.
Il progetto generale è di Renzo Piano Building Workshop (RPBW); il progetto delle
strutture in c.a. è dello Studio Vitone & Associati (V&A), il progetto delle strutture
metalliche della copertura è di Ove Arup & Partners e M. Milan; il progetto degli impianti
è di Manens Intertecnica. La Direzione Lavori è stata svolta dall’ing. Amedeo Vitone Studio Vitone & Associati (V&A).
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L'impianto sportivo consta di
due tribune anulari, una
superiore e l'altra inferiore, ed
un corpo servizi, anch'esso
anulare. La tribuna superiore,
parzialmente
coperta
mediante una membrana in
“teflon”, è l'unica struttura
visibile dall'esterno, in quanto
una
collina
artificiale,
addossata al corpo servizi
anulare,
nasconde
la
gradinata inferiore.
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LE INDAGINI E LE PROVE SPERIMENTALI EFFETTUATE
Le indagini sono state commissionate dal Comune di Bari, progettate e dirette dallo
Studio Vitone & Associati - Bari ed eseguite dalle Ditte: Sidercem S.r.l., con sede in
Caltanissetta; S.G.M. S.r.l., con sede in S. Mariano (PG); B&O Hightex GmbH, con
sede in Rimsting (Germania).
Le indagini e le prove sono consistite essenzialmente in:
A. prove di carico (statiche e dinamiche);
B. indagini sulle strutture in c.a. (distruttive e non distruttive)
C. Indagini sulle strutture in acciaio (materiale base, unioni, protezione)
D. ispezioni visive (dirette o strumentali)
… Il presente intervento sarà focalizzato unicamente su uno stralcio delle prove di carico
effettuate
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A. PROVE DI CARICO
A.1 Prove di carico statiche con azione verticale:
- Prova sui gradoni della tribuna inferiore;
- Prova sui ballatoi delle scale;
- prova sulle strutture in acciaio della copertura.
A.2 Prove di carico statiche con azione orizzontale:
- Prova sulla balaustra;
- Prova sulla recinzione esterna
A.3 Prove di carico dinamica:
- Prova su un intero settore della tribuna superiore.
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A.1 Prove di carico statiche con azione verticale:
- Prova sui gradoni della tribuna inferiore (PCV4);
Il carico complessivo della prova, pari a 19.275 kg,distribuito su 32,12 m2, è stato
generato riempiendo tre serbatoi, posti sulla struttura di ripartizione appositamente
realizzata, con acqua.
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Gli spostamenti, rilevati
dai comparatori, sono
riportati nella tabella,
mentre nel diagramma
si riporta l’andamento
degli
spostamenti
rilevati dai comparatori
posti nella mezzeria
dei
tre
elementi
costituenti i gradoni e
all’intradosso delle due
travi inclinate su cui
poggiano i gradoni.
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A-21
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A.1 Prove di carico statiche con azione verticale:
- Prova sui ballatoi delle scale (PCV1);
La struttura oggetto di prova è stata collaudata, sottoponendo a carico
uniformemente distribuito, prima solo un terzo della soletta (sbalzo laterale delle
dimensioni di 3,10 m x 3,85m) e successivamente l’intera struttura (vedi PCV1bis).
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A-23
Per l’esecuzione della
prima prova, sono stati
utilizzati dieci comparatori,
(vedi schema).
Il carico di collaudo pari a
6,00 kN/m2 per entrambe
prove, è stato generato
caricando
con
due
serbatoi lo sbalzo laterale,
per una superficie totale di
11,935 m2, nel caso della
prova PCV1 e con cinque
serbatoi nel caso della
prova eseguita sull’intera
soletta (PCV1bis), con
un’impronta di carico di
33,74 m2.
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A.1 Prove di carico statiche con azione verticale:
- prova sulle strutture in acciaio della copertura.
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A-33
A.2 Prove di carico statiche con azione orizzontale:
- Prova sulla balaustra (prova a rottura PCHR1);
La prova, eseguita il
22 novembre 2003, ha
interessato
la
balaustra della 1° fila
(prefossato), tribuna
inferiore allineamento
13.2.
La prova, è stata
eseguita portando a
rottura un montante,
preventivamente
sconnesso dai correnti
longitudinali.
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La prova a rottura ha comportato
l’esecuzione di sei cicli di carico e
scarico fino alla rottura della zona di
calcestruzzo attorno al montante
oggetto di indagini.
1° ciclo 0 – 129,00 – 258.00 – 129,00
– 0 kg;
2° ciclo 0 – 129,00 – 0 kg;
3° ciclo 0 – 129,00 – 258,00 – 129,00
– 0 kg;
4° ciclo 0 – 129,00 – 258,00 – 387,00
– 258,00 – 129,00 – 0 kg;
5° ciclo 0 – 129,00 – 258,00 – 387,00
– 516,00 – 387,00 – 258,00 – 129,00 –
0 kg;
6° ciclo 0 – 129,00 – 258,00 – 387,00
– 516,00 – 645,00 – 774,00 – 903,00 –
774,00 - 516,00 – 387,00 – 258,00 –
129,00 – 0 kg;
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A-35
La rottura si è ottenuta al sesto ciclo, in corrispondenza del carico massimo 903 kg
(125 bar).
Gli spostamenti, rilevati dal comparatore, sono riportati nella tabella, mentre nel
diagramma se ne riporta l’andamento qualitativo.
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A-36
La situazione al momento
della rottura …
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A-37
DATI
Altezza del montante 1,010 m
Interasse tra i montanti 1,720 m
Quota comparatori
0,925 m
Carico massimo
903,0 kg
Pressione max
124,6 bar
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A-40
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A-41
Prendendo spunto dalla larga casistica di prove, anche poco usuali, illustrate nella
presentazione, conviene soffermarsi a riflettere sulla opportunità di prevedere
alcune di esse nell’ambito di verifiche statiche da effettuare su alcune tipologie di
edifici, quali ad esempio le scuole.
Infatti, molto spesso accade di vedere balaustre e ringhiere che delimitano spazi
frequentati da gruppi di studenti in movimento che - già alla “vista” di un occhio
attento - appaiono sottodimensionate.
L’insufficienza statica di detti sistemi può facilmente emergere anche da una rapida
verifica numerica (nella stragrande maggioranza dei casi si tratta di sistemi
isostatici). Purtroppo, però, a volte accade anche che, a fronte di un
dimensionamento rassicurante dei montanti e delle staffe esterne, i sistemi di
fissaggio (tasselli, ecc.) alla restante struttura (solai, ecc.) non siano correttamente
dimensionati. In tal caso la prova a rottura può tornare molto utile.
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A-42
A.2 Prove di carico statiche con azione orizzontale:
- Prova sulla recinzione esterna (prova PCH7);
La prova ha interessato il montante della recinzione esterna dell’allineamento 4.4.
Essa è stata condotta caricando la struttura mediante un martinetto idraulico a
trazione contrastato da un castelletto appositamente costruito per lo scopo.
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A-43
La prova è stata eseguita realizzando un unico
ciclo di carico e scarico, con entità del carico
derivante dal prodotto tra carico al metro, pari a
80 kg/m, e la media degli interassi destro e
sinistro tra i montanti, pari a 2,60 m.
1° ciclo 0 – 41,60 – 83,20 – 124,80 – 166,40 –
208,00 – 166,40 – 124,80 – 83,20 – 41,60 – 0
kg;
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A-44
A.3 Prove di carico dinamica:
- Prova su un intero settore della tribuna superiore.
Le indagini sono consistite nella misura sperimentale delle frequenze naturali
delle strutture in c.a. del settore compreso tra gli allineamenti 7.2 e 7.11 nella
curva Nord della Tribuna Superiore.
Come forzante sono stati utilizzati i movimenti della folla durante lo
svolgimento della partita BARI-COMO del 13 dicembre 2003.
La risposta della struttura è stata misurata mediante n. 6 velocimetri verticali
(G1, G3, G4, G5, G6, P1, P2) e n. 2 velocimetri triassiali (T1 e T2).
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A-49
9.2.1 Strutture prefabbricate
In presenza di strutture prefabbricate poste in opera, fermo restando
quanto sopra specificato, si devono eseguire controlli atti a verificare la
rispondenza dell'opera ai requisiti di progetto; è inoltre fondamentale il
preventivo controllo della posa degli elementi prefabbricati e del
rispetto del progetto nelle tolleranze e nelle disposizioni delle armature
e dei giunti, nonché nella verifica dei dispositivi di vincolo.
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9.2.2 Ponti stradali
Fermo restando quanto sopra specificato, in particolare si dovrà
controllare che le deformazioni sotto i carichi di prova, in termini di
abbassamenti, rotazioni, ecc. siano comparabili con quelle previste in
progetto e che le eventuali deformazioni residue dopo il primo ciclo di
carico, determinate come indicato più sopra, non risultino superiori al
15% di quelle massime misurate, ovvero successive prove di carico
dimostrino che le deformazioni residue tendano ad esaurirsi.
Per i ponti a campata multipla, la prova di carico deve essere eseguita
su almeno un quinto delle campate, seconda le modalità sopra indicate.
Per le opere di significativa rilevanza, le prove statiche andranno
completate da prove dinamiche, che misurino la rispondenza del ponte
all'eccitazione dinamica, controllando che il periodo fondamentale
sperimentale sia confrontabile con quello previsto in progetto.
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9.2.3 Ponti ferroviari
Oltre a quanto specificato al precedente paragrafo 9.2, le prove di
carico dovranno essere effettuate adottando carichi che inducano, di
norma, le sollecitazioni di progetto dovute ai carichi mobili verticali
nello stato limite di esercizio, in considerazione della disponibilità di
mezzi ferroviari ordinari e/o speciali. Le deformazioni residue dopo il
primo ciclo di carico, determinate come indicato più sopra, non devono
risultare superiori al 15% di quelle massime misurate, ovvero
successive prove di carico devono dimostrare che le deformazioni
residue tendano ad esaurirsi.
Per i ponti a campata multipla, la prova di carico deve essere eseguita
su almeno un quinto delle campate, secondo le modalità precisate nel
capoverso precedente.
Per le opere di significativa rilevanza, le prove statiche andranno
integrate da prove dinamiche, che misurino la rispondenza del ponte
all'eccitazione dinamica, controllando che il periodo fondamentale
sperimentale sia confrontabile con quello previsto in progetto.
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