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La valutazione della sicurezza negli edifici esistenti in carpenteria metallica

La valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti, nei confronti sia delle combinazioni di azioni gravitazionali, sia di quelle sismiche, è condotta sulla base delle indicazioni riportate nella attuale normativa, NTC 2018 (D.M.17.01.2018), la quale definisce gli aspetti da tener conto nella valutazione:
  • lo stato delle conoscenze al tempo della sua realizzazione;
  • i difetti di impostazione e di realizzazione;
  • le azioni, anche eccezionali, a cui fu ed è sottoposta;
  • il degrado e/o modifiche significative delle strutture, rispetto alla situazione originaria.
La geometria, i particolari costruttivi, le proprietà meccaniche dei terreni, i carichi permanenti e le proprietà meccaniche dei materiali sono le caratteristiche da considerare nella definizione dei modelli strutturali.
L’analisi è condizionata dal livello di approfondimento raggiunto, la norma prevede, infatti, che i metodi di analisi e di verifica dipendano dalla completezza e dall’affidabilità dell’informazione disponibile.
La valutazione della sicurezza di una struttura esistente è un procedimento quantitativo, volto a determinare l’entità delle azioni che la struttura è in grado di sostenere con il livello di sicurezza minimo sollecitato dalla attuale normativa. Le normative richiedono, perciò, a fronte di una accurata analisi conoscitiva della costruzione, l’esecuzione di verifiche di sicurezza in funzione alla tipologia costruttiva e la determinazione delle criticità e delle vulnerabilità presenti. Una volta determinate queste ultime si procederà alla successiva progettazione degli interventi di messa in sicurezza, siano questi di adeguamento, di miglioramento o del solo intervento locale.
Gli edifici esistenti, frequentemente, presentano livelli di sicurezza non adeguati a quelli previsti dalle normative vigenti, giacché la loro progettazione è stata condotta in gran parte per i soli carichi gravitazionali.
La valutazione della sicurezza, nella attuale normativa, ripropone quanto già presente nella precedente versione del 2008, introducendo delle interessanti novità. Il D.M. 2018 (NTC2018) è molto chiaro su quando eseguirla, le condizioni fondamentali sono:
  • che ci siano evidenti riduzioni della capacità resistente e/o deformativa della struttura o di alcune sue parti, provati gravi errori di progetto o di costruzione;
  • cambio della destinazione d’uso della costruzione o di parti di essa, con variazione significativa dei carichi;
  • esecuzione di interventi non dichiaratamente strutturali, qualora essi interagiscano, con elementi strutturali;
  • ogni qualvolta si eseguano gli interventi strutturali di cui al § 8.4 delle NTC 2018 e nelle opere realizzate in assenza o difformità dal titolo abitativo o in difformità alle norme tecniche per le costruzioni vigenti al momento della costruzione.
Fonderie Limone
Ex Fonderia riconvertita a teatro - vedi il progetto

Nelle costruzioni esistenti il modello per la valutazione della sicurezza viene definito e giustificato dal progettista, caso per caso, in relazione al comportamento strutturale atteso, mediante una analisi storica-critica del fabbricato; un rilievo geometrico-strutturale riferito alla geometria sia della costruzione, sia degli elementi costruttivi, individuando l’organismo resistente del fabbricato e la qualità e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costitutivi; la caratterizzazione meccanica dei materiali in modi di conseguire un’adeguata conoscenza delle loro caratteristiche ed infine la individuazione dei livelli di conoscenza e dei fattori di confidenza.
Nel modello, poi vengono individuati i valori delle azioni e le loro combinazioni da considerare nel calcolo.
Una volta realizzata l’analisi storico-critica, nel rilievo, dovrà essere identificata sia la geometria esterna sia i dettagli degli elementi costruttivi con funzione strutturale o meno.
I dati raccolti, per quanto riguarda le costruzioni in acciaio, devono includere la forma originale dei profili, le loro dimensioni geometriche e la tipologia e morfologia delle unioni. Un rilievo visivo a campione viene eseguito nei casi dove si abbia a disposizione i disegni originali verificandone la corrispondenza tra costruito e disegni di progetto essendo di particolare importanza i dati sui dettagli costruttivi per fabbricati in presenza di sisma.
 
SEde Zeppelin
Sede Zeppelin-Girolibero: ex opificio con strutture in acciaio riconvertito ad uffici - vedi il progetto
 
I rilievi in situ sono fondamentali per verificare la rispondenza alla realtà del costruito nonostante si disponga dei disegni originali. I livelli di indagine possono essere limitati, estese o esaustivi, con gradi di approfondimenti in aumento:

Indagini limitate: consentono di valutare, mediante saggi a campione, la corrispondenza tra le caratteristiche dei collegamenti riportate negli elaborati progettuali originali o ottenute attraverso il progetto simulato, e quelle effettivamente presenti.
Indagini estese: si effettuano quando non sono disponibili gli elaborati progettuali originali, o come alternativa al progetto simulato seguito da indagini limitate, oppure quando gli elaborati progettuali originali risultano incompleti.
Indagini esaustive: si effettuano quando si desidera un livello di conoscenza accurata e non sono disponibili gli elaborati progettuali originali.
Le indagini in-situ basate su saggi sono effettuate su una congrua percentuale degli elementi strutturali, privilegiando, tra le tipologie di elementi strutturali (travi e pilastri) quelle che rivestono un ruolo di primaria importanza nella struttura.


A seguito del rilievo geometrico, al fine di determinare il numero e la localizzazione delle indagini in-situ per un fabbricato in acciaio è opportuno identificare:
  • la tipologia e la localizzazione dei giunti tra le membrature;
  • i particolari di appoggio dei solai;
  • la modalità di collegamento alle fondazioni.
Per quanto riguarda le caratteristiche di resistenza e deformabilità dei materiali con i quali e realizzato un fabbricato, la norma prevede (§ 8.5.3 delle NTC ) che per le prove di cui alla Circolare 08 settembre 2010, n. 7617/STC o eventuali successive modifiche o integrazioni, il prelievo dei campioni dalla struttura e l’esecuzione delle prove stesse devono essere effettuate a cura di un laboratorio di cui all’articolo 59 del DPR 380/2001 e successivi aggiornamenti. Ciò fa riferimento, esclusivamente, al prelievo dei campioni per le prove distruttive i cui esiti sono soggetti a certificazione ai sensi dello stesso articolo 59 del DPR 380/01.
Il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici nella Circolare del 03/12/2019 n.633/STC identifica i criteri per il rilascio dell’autorizzazione, da parte del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, ai Laboratori per prove e controlli sui materiali da costruzione su strutture e costruzioni esistenti, di cui all’art. 59 del D.P.R. 380/2001 “Testo Unico per l’Edilizia”, considerando anche la realizzazione delle prove non distruttive in situ.
Con l’entrata in vigore della Legge 14 giugno 2019, n. 55, di conversione del “Decreto Sblocca Cantieri” e la pubblicazione della Circolare del 03/12/2019 n.633/STC, il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti autorizza con proprio decreto anche i laboratori per prove e controlli sui materiali da costruzione su strutture e costruzioni esistenti, di cui all’art.59 del D.P.R. n. 380/2001, lettera c-bis (Testo Unico delle disposizioni legislative e regolamentari in materia edilizia).
Questo nuovo settore di autorizzazione si affianca a quelli già precedentemente attivi, in particolare i Laboratori per l’esecuzione e certificazione di prove sui materiali da costruzione (lettera a) ed i Laboratori per l’esecuzione e certificazione di prove su terre e rocce (lettera c), di cui all’art. 59 del D.P.R. 380/2001.
Il sistema di controllo e certificazione per i materiali ed i prodotti ad uso strutturale pienamente attuato per le nuove costruzioni, viene così completato anche per gli interventi sull’esistente, di cui al cap. 8 delle Norme Tecniche per le Costruzioni del 2018.
L’autorizzazione disciplinata dalla suddetta Circolare riguarda i settori A, B e C.
Il Settore B e quello di competenza per le prove su strutture metalliche e strutture composte, in situ, ed i rispettivi laboratori autorizzati devono essere in grado di effettuare, documentare e certificare almeno le prove elencate in seguito (fra parentesi le norme di riferimento):
  • Prova magnetoscopica (UNI EN ISO 9934:2017);
  • Liquidi penetranti (UNI EN ISO 23277:2015);
  • Ultrasuoni (UNI EN ISO 11666:2018);
  • Prova di durezza Brinell in situ (UNI EN ISO 6506:2015);
  • Prova di durezza Vickers in situ (UNI EN ISO 6507:2018);
  • Prova di durezza Rockwell in situ (UNI EN ISO 6508:2016);
  • Prove di durezza di Lebb in situ (UNI EN ISO 16859:2015);
  • Spessometria in situ (UNI EN 14127:2011);
  • Misura delle coppie di serraggio (UNI EN 14831:2005);
  • Prelievo di bulloni e di campioni di carpenteria.
Il numero delle prove sui materiali sarà diverso, a seconda del livello di approfondimento e di conoscenza che si intende raggiungere. Le prove, possono essere “limitate”, “estese” o “esaustive”. Le NTC 2018 (D.M. 17.01.2018) e la circolare esplicativa al C8.5.3.2 identificano:

Prove limitate: prevedono un numero limitato di prove in-situ o su campioni, impiegate per completare le informazioni sulle proprietà dei materiali, siano esse ottenute dalle normative in vigore all’epoca della costruzione, o dalle caratteristiche nominali riportate sui disegni costruttivi o nei certificati originali di prova.
Prove estese: prevedono prove in-situ o su campioni più numerose di quelle del caso precedente e finalizzate a fornire informazioni in assenza sia dei disegni costruttivi, sia dei certificati originali di prova o quando i valori ottenuti con le prove limitate risultino inferiori a quelli riportati nei disegni o sui certificati originali.
Prove esaustive: prevedono prove in-situ o su campioni più numerose di quelle del caso precedente e finalizzate a ottenere informazioni in mancanza sia dei disegni costruttivi, sia dei certificati originali di prova, o quando i valori ottenuti dalle prove, limitate o estese, risultino inferiori a quelli riportati sui disegni o nei certificati originali, oppure nei casi in cui si desideri una conoscenza particolarmente accurata.

Per l’acciaio devono essere raccolte le seguenti caratteristiche del materiale:
  • Tensione di snervamento,
  • resistenza a rottura,
  • allungamento dell’acciaio.
Da sottolineare che è possibile, a partire della durezza ricavata del materiale con le prove richiamate in precedenza, stimare la correlazione tra durezza misurate e resistenza a trazione del materiale.
 

Le prove "in situ"


  INDAGINE SULLA DUREZZA



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Esempio di correlazione tra i valori di durezza e di resistenza a trazione del materiale - Cliccare per ingrandire

 
 MISURA DELLE COPPIE DI SERRAGGIO

Prove di serraggio in situ per unioni bullonate
 
PROVE IN SITU SULLE SALDATURE (PROVA MAGNETOSCOPICA, LIQUIDI PENETRANTI E ULTRASUONI)
SPESSOMETRIA IN SITU ( DETERMINAZIONE SPESSORI ZINCATURA E VERNICIATURA)
 

Le prove sui campioni in laboratorio

 

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Prove
Prova a trazione

Per quanto riguarda i campioni di carpenteria, sottoposto a prova, dopo il prelievo si dovrà provvedere al ripristino dell’elemento, mediante saldatura in opera.
Prove a trazione viti e bulloni
Prova a trazione viti e bulloni

Sulla base degli approfondimenti effettuati nelle fasi conoscitive, citate in precedenza, si devono individuare i livelli di conoscenza ed i fattori di confidenza. Si distinguono tre livelli di conoscenza, ordinati per informazione crescente LC1, LC2 e LC3; i fattori di confidenza sono utilizzati per la riduzione dei valori dei parametri meccanici dei materiali e devono essere intesi come indicatori del livello di approfondimento raggiunto.
Con riferimento alle specifiche contenute al § 8.5 delle NTC, la circolare applicativa (GU 11.02.2019) riporta una guida alla stima dei Fattori di Confidenza (FC) definiti con riferimento ai tre Livelli di Conoscenza (LC).
LC1:
si intende raggiunto quando siano stati effettuati, come minimo, l’analisi storico-critica commisurata al livello considerato, con riferimento al § C8.5.1, il rilievo geometrico completo e indagini limitate sui dettagli costruttivi, con riferimento al § C8.5.2, prove limitate sulle caratteristiche meccaniche dei materiali, con riferimento al § C8.5.3; il corrispondente fattore di confidenza e FC=1,35 (nel caso di costruzioni di acciaio, se il livello di conoscenza non e LC2 solo a causa di una non estesa conoscenza sulle proprietà dei materiali, il fattore di confidenza può essere ridotto, giustificandolo con opportune considerazioni anche sulla base dell’epoca di costruzione);
LC2:
si intende raggiunto quando siano stati effettuati, come minimo, l’analisi storico-critica commisurata al livello considerato, con riferimento al § C8.5.1, il rilievo geometrico completo e indagini estese sui dettagli costruttivi, con riferimento al § C8.5.2, prove estese sulle caratteristiche meccaniche dei materiali, con riferimento al § C8.5.3; il corrispondente fattore di confidenza e
FC=1,2 (nel caso di costruzioni di acciaio, se il livello di conoscenza non e LC3 solo a causa di una non esaustiva conoscenza sulle proprietà dei materiali, il fattore di confidenza può essere ridotto, giustificandolo con opportune considerazioni anche sulla base dell’epoca di costruzione);
LC3:
si intende raggiunto quando siano stati effettuati l’analisi storico-critica commisurata al livello considerato , come descritta al § C8.5.1, il rilievo geometrico, completo ed accurato in ogni sua parte, e indagini esaustive sui dettagli costruttivi, come descritto al § C8.5.2,prove esaustive sulle caratteristiche meccaniche dei materiali, come indicato al § C8.5.3; il corrispondente
fattore di confidenza e FC=1 (da applicarsi limitatamente ai valori di quei parametri per i quali sono state eseguite le prove e le indagini su citate, mentre per gli altri parametri meccanici il valore di FC e definito coerentemente con le corrispondenti prove limitate o estese eseguite).
Per raggiungere il livello di conoscenza LC3, la disponibilità di un rilievo geometrico completo e l’acquisizione di una conoscenza esaustiva dei dettagli costruttivi sono da considerarsi equivalenti alla disponibilità di documenti progettuali originali, comunque da verificare opportunamente nella loro completezza e rispondenza alla situazione reale. Per la caratterizzazione meccanica dei
materiali si possono adottare, motivatamente, i valori caratteristici assunti nel progetto originario o quelli ridotti risultanti dalla documentazione disponibile sui materiali in opera. In questo caso i fattori di confidenza si assumono unitari


Una definizione orientativa dei livelli di rilievo e delle prove da eseguire, per edifici in acciaio, adeguate ad ottenere le informazioni necessarie ad identificare il fabbricato esistente in uno dei tre livelli di conoscenza previsti, sono presenti nella circolare alla tabella C8.5.VI di seguito riportata:
 

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La circolare sottolinea che le percentuali di elementi da indagare ed il numero di provini da estrarre e sottoporre a prove hanno valore indicativo e vanno adattati ai singoli casi, in funzione delle eventuali situazioni ripetitive sia per geometria sia per ruoli nello schema strutturale.
Le prove sugli acciai sono finalizzate all’identificazione della classe dell’acciaio utilizzata con riferimento alla normativa vigente all’epoca di costruzione.
Ai fini delle prove sui materiali, è consentito sostituire alcune prove distruttive, non più del 50%, con almeno il triplo di prove non distruttive, singole o combinate, tarate su quelle distruttive.
Infine, il numero di provini riportato nella tabella precedente può esser variato, in aumento o in diminuzione, in relazione alle caratteristiche di omogeneità del materiale stesso.
Saranno poi i laboratori autorizzati ad eseguire, le prove in situ e le prove necessarie sui campioni prelevati: tensione di snervamento, resistenza a rottura ed allungamento dell’acciaio od altre eventuali come quella della composizione chimica. Sarà il progettista ad identificare il numero e le tipologie di prove. I certificati di prova, l’identificazione e la conservazione dei campioni di materiali sottoposti alle prove, a cura del laboratorio, devono rispettare le indicazioni delle normative e delle circolare citate.
La circolare applicativa (GU 11.02.2019), al solo titolo orientativo, fornisce anche delle indicazione, nella tabella C8.5.IV, sulla informazione minima da reperire per conseguire i diversi livelli di conoscenza. Da sottolineare che la tabella è la stessa sia per edifici esistenti in calcestruzzo armato sia in acciaio:
 
Ed Esistenti
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Si evince da quanto soprariportato che è fondamentale, per individuare il livello (limitato, esteso, esaustivo) delle indagini, fare riferimento alla quantità di rilievi e delle prove per la valutazione delle caratteristiche meccaniche dei materiali.
Nella progettazione di interventi sulle costruzioni esistenti, specie se soggette ad azioni sismiche, particolare attenzione sarà posta agli aspetti che riguardano la duttilità. Si dovranno quindi assumere le informazioni necessarie a valutare se i dettagli costruttivi, i materiali utilizzati ed i meccanismi resistenti siano in grado di sostenere cicli di sollecitazione o deformazione anche in campo anelastico.
Per il calcolo della capacità di elementi/meccanismi duttili si impiegano le proprietà dei materiali esistenti, determinate secondo le modalità indicate al § 8.5.3 della attuale normativa (NTC 2018) divise per i fattori di confidenza corrispondenti al livello di conoscenza raggiunto.
Si desume, perciò, che è di fondamentale importanza individuare le prove da realizzare sugli elementi in acciaio in un edificio esistente per valutare correttamente la sicurezza dello stesso.


Fotografie: 1 - Ex fabbrica di cioccolato riconvertita a polo ricreativo courtesy of CEPEZED; 2 - courtesy of Marina Gariboldi; 3 - courtesy of Umberto Marin

Le immagini delle prove sono tratte per gentile concessione dall’intervento: “La verifica in situ delle strutture in acciaio” – Ing. Virginio Brocajoli, PQRS srl / LabTecMan srl – all’interno del convegno “Acciaio strutturale: la normativa in evoluzione”, Istituto Giordano – Torino, 24/05/2013

Contenuti a cura di Fondazione Promozione Acciaio. Riproduzione riservata – Ultimo aggiornamento: Aprile 2020

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