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Tesi etd-12012012-094758


Thesis type
Tesi di dottorato di ricerca
Author
CIPOLLI, DARIO
URN
etd-12012012-094758
Title
COSTRUZIONI IN CONTESTI CARATTERIZZATI DA DISASTRI NATURALI, GUERRE E ARRETRATEZZA TECNICA
Settore scientifico disciplinare
ICAR/08
Corso di studi
SCIENZE E TECNICHE DELL'INGEGNERIA CIVILE
Commissione
tutor Prof. Bennati, Stefano
tutor Ing. Barsotti, Riccardo
tutor Ing. Jackson, J. Derek
Parole chiave
  • laterizio
  • DPP
  • caratterizzazione
  • calcestruzzo
  • acciaio
  • macchinario
  • materiali
Data inizio appello
07/12/2012;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
Il grande progresso che è stato fatto negli ultimi decenni, la necessità di espansione dei mercati dei paesi più sviluppati e quella di migliorare le condizioni socio–economiche di quelli meno sviluppati portano ad un aumento della richiesta di personale tecnico specializzato in tutti i settori produttivi dei paesi in via di sviluppo. I tecnici, e fra questi anche gli ingegneri, vedono ampliarsi i loro orizzonti lavorativi verso confini che travalicano i confini delle proprie patrie. Di per contro, se si registra un aumento delle possibilità lavorative, si registra anche un aumento di situazioni di crisi correlate, se non in qualche caso indotte, da questa forte spinta verso lo sviluppo dei paesi emergenti: guerre, disastri naturali, sono tutti elementi che inducono crisi nei paesi in cui si manifestano e creano una regressione nello sviluppo di un paese. <br>La crisi che un paese vive si riflette anche nel processo produttivo che porta alla realizzazione di un manufatto. È del tutto logico, infatti, che l’industria delle costruzioni risenta dello stato di crisi in cui si trova il paese, è quindi consequenziale che in questi paesi il sistema di controlli, che usualmente regola il settore, sia incompleto o completamente assente. Indipendentemente dai motivi che lo hanno causato, una defezione del sistema dei controlli sulle costruzioni porta il tecnico ad agire in una condizione di estremo disagio in quanto gli vengono tolti in tutto o in parte alcune delle “leve” su cui normalmente basa la sua attività. <br>Questo è lo scenario in cui si sviluppa il presente lavoro, il cui obbiettivo è quello di agevolare l’opera del tecnico fornendo indicazioni su come colmare alcune delle lacune presenti nel sistema produttivo del paese in cui opera. Ovviamente questo scritto non abbraccia tutto il processo produttivo ma si concentra solo su alcuni aspetti inerenti alle strutture e, conseguentemente, alla valutazione della sicurezza di alcune tipologie di strutture. Per fare questo ho scelto di suddividere il tema della valutazione della sicurezza delle strutture in tre grandi aree tematiche che riguardano: l’analisi di alcune particolari tipologie costruttive, a cui è deputato il compito di stabilire quali sono le caratteristiche da prendere in considerazione nel calcolo delle strutture, una parte sperimentale a cui è deputato il compito di stabilire quali sono i metodi e le procedure da utilizzare per valutare le caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati nella costruzione, ed, infine, l’analisi e la scelta di alcune normative, cui è deputato il compito di stabilire quali siano i “criteri” da utilizzare per valutare la sicurezza,. È importante sottolineare fin d’ora che in tutto il lavoro che viene presentato c’è la ricerca di utilizzare approcci il più possibile semplici e che non necessitino di supporti tecnologicamente avanzati, come software di calcolo strutturale, estensimetri a variazione di resistenza elettrica, centraline di acquisizioni dati, macchine universali di prova etc etc, questo perché si ritiene che, dato lo scenario in cui si ambienta questo lavoro, sia difficile avere a disposizione tali supporti. Nel secondo capitolo viene affrontato lo studio di una tipologia costruttiva molto presente in Kosovo e in Afghanistan, si tratta di strutture in cemento armato in cui i tamponamenti in muratura vengono realizzati prima del getto di calcestruzzo, di cui costituiscono parte della casseratura. <br>Questo particolare modo di costruire fa si che i tamponamenti si trovino a sostenere il peso del getto di calcestruzzo non ancora indurito e quindi si sviluppino delle tensioni di compressione all’interno dei pannelli. Il motivo per cui si è scelto di analizzare questa particolare tecnica, oltre alla elevata frequenza con cui è possibile imbattersi in una costruzione di questo tipo, è che nonostante esistano in letteratura molti esempi di studi dell’interazioni tra pannelli di tamponamento e strutture in cemento armato e anche studi sulle murature confinate, si è ritenuto che i modelli proposti non sono immediatamente applicabili al caso di studio in quanto ogni modello presenta delle peculiari diversità rispetto al caso reale. Ragion per cui si è ritenuto corretto sviluppare un proprio modello semplificato, che tenga conto delle peculiarità del caso in esame, e confrontarlo con i modelli esistenti. Le conclusioni a cui si arriva portano a sostenere che questo tipo di strutture possono essere studiate nella maggior parte dei casi come dei telaio deformabili a taglio e flessione, in cui l’elemento pannello è visto come una trave tozza collegata al telaio in calcestruzzo da un vincolo che blocca la rotazione in sommità e ,solo nel caso in cui non siano verificati determinati rapporti geometrici tra i vari elementi strutturali, è necessario ricorrere all’utilizzo di modelli agli elementi finiti, utilizzando elementi bidimensionali (shell).<br>Nel terzo capitolo viene presentato anche il prototipo di un dispositivo portatile di prova che è una macchina, progettata e costruita in seno a questo progetto di tesi, il cui scopo è quello di riuscire a dare indicazioni, tramite apposite prove da fare in cantiere, circa la qualità dei materiali impiegati. Volendo dare una descrizione sintetica delle capacità della macchina, si può dire che questa è una macchina in grado di eseguire prove di resistenza a flessione su provini, con le stesse forme e dimensioni di quelli previsti dalla normativa UNI (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9), e prove di compressione, su provini non standard, tipicamente cubetti di materiale di dimensioni ridotte rispetto a quelle previste dalle norme citate. Queste limitazioni scaturiscono da problemi legati alla necessità di contenere i pesi e gli ingombri della macchina ed hanno portato all’utilizzo di un martinetto di carico con una forza massima applicabile di 4 tonnellate che, quindi, ha limitato fortemente la capacità di effettuare prove di compressione. La strumentazione della macchina è costituita da due manometri, con pressione massima rilevabile di 25 e 400 bar, per la rilevazione del carico applicato ed un calibro comparatore digitale per la misurazione delle frecce dei provini durante le prove. La macchina è costituita da un telaio, in acciaio Fe360, a geometria variabile. Quest’ultima caratteristica è dovuta alla necessità di poter ricreare schemi di carico diversi in modo da poter ricreare, quanto più possibile, i diversi schemi di carico proposti nella normativa UNI (8) - (9) a seconda dei vari materiali. Completano la macchina alcuni accessori costituiti da due teste di carico, ad uno e due coltelli, ed una piastra di contrasto di dimensioni 12x20x2 centimetri. Le funzioni di questi accessori, tutti riconducibili alla necessità di effettuare il maggior numero di tipi di prova possibile, saranno oggetto di analisi nel quarto capitolo.<br>Nel quarto capitolo si descrive la campagna di prove che è stata effettuata per verificare l’attendibilità dei risultati ottenibili con la macchina. La campagna può essere sinteticamente descritta dicendo che sono stati costruiti alcuni gruppi di provini in calcestruzzo, acciaio, malta e laterizio, ogni gruppo è stato poi suddiviso in due sottogruppi omogenei. Uno dei due sottogruppi è stato sottoposto alle prove di laboratorio effettuate con strumentazione ufficiale, mentre l’altro è stato provato con il dispositivo portatile di prova. La finalità di questa suddivisione era quella di verificare l’effettiva precisione del macchinario nei confronti di un macchinario di laboratorio. <br>Nel quinto capitolo si sviluppa riguarda l’utilizzo della macchina, ed in particolare l’interpretazione dei risultati che questa può fornire; come ho già detto, questa macchina è in grado di effettuare prove di flessione su provini standard e prove di compressione su micro provini, i risultati che si ottengono sono quindi legati a queste tipologie di prova. Purtroppo questo tipo di risultati non sono direttamente utilizzabili per caratterizzare il materiale, con l’unica eccezione della malta, in quanto le grandezze a cui si fa riferimento in sede di progetto e verifica delle strutture sono altre, tipicamente sono i risultati che scaturiscono da prove di trazione o compressione assiale su provini di grandezza definita (8) - (9). Per far si che i risultati ottenibili dalle prove effettuate con la macchina siano utilizzabili è necessario capire come questi si leghino ai risultati ottenibili con prove standard; è necessario, quindi, fornire dei metodi per interpretare i dati di uscita dalla macchina portatile. La descrizione di questi metodi di interpretazione costituiscono l’oggetto dell’ultima parte del terzo capitolo dove vengono analizzati, rispettivamente, i seguenti materiali: calcestruzzo, acciaio da cemento armato e laterizio. A livello di indicazioni generali posso dire che i metodi che si utilizzano per interpretare i dati in uscita sono due: un primo metodo che è adatto ai materiali fragili, calcestruzzo e laterizio, un secondo metodo che invece è adatto ai materiali duttili. Entrambi i metodi considerano che le resistenze siano variabili aleatorie con una distribuzione di probabilità di Gauss (o normale), in virtù di ciò si può dire che la distribuzione di probabilità è completamente conosciuta quando se ne conoscano la media e la deviazione standard. Nelle prove di laboratorio queste due grandezze emergono direttamente dal campione di prova, nel caso, invece del macchinario portatile questo non è possibile perché esso non è in grado di effettuare le prove che vengono effettuate in laboratorio. Per quanto riguarda i materiali fragili l’idea su come poter ricavare la curva di distribuzione di resistenze scaturisce da alcuni articoli (10) (11), presenti in letteratura, i quali affermano che il valore della resistenza media a compressione di un campione di provini può essere individuato, con una discreta approssimazione, anche utilizzando provini di dimensione molto piccola rispetto a quelli previsti dalla normativa. Questa considerazione, che deriva da una serie di prove effettuate in laboratorio, vale solo per quel che riguarda la media della resistenza a compressione, i valori di deviazione standard che si ottengono, utilizzando micro provini, non sono altrettanto affidabili. D’altro canto (12) e (13)sottolineano come non sia possibile individuare una relazione universale che lega i valori di resistenza a trazione per flessione con i valori di resistenza a compressione per un dato campione di materiale, tuttavia è possibile, una volta individuati separatamente i valori delle due resistenze sopra citate e i loro rapporti, utilizzare le variazioni di una delle due per descrivere le variazioni dell’altra. L’insieme delle considerazioni sopra espresse mi ha suggerito di ricostruire la curva di distribuzione della resistenza a compressione utilizzando due prove distinte: una prova, quella su micro provini, deputata a individuare la media della resistenza a compressione, un’altra prova, quella di flessione, deputata a descrivere la deviazione standard della distribuzione di resistenze. Tramite questo utilizzo combinato delle due prove è possibile approssimare la curva di distribuzione delle resistenze a compressione e quindi individuarne i valori caratteristici. <br>Per quanto riguarda l’acciaio da cemento armato, che è un materiale duttile, si è scelto, invece, un tipo di approccio più statistico che individua la tensione di snervamento dell’acciaio basato con considerazioni di tipo statistico. Da una analisi effettuata su certificati, emessi dal Laboratorio per le Esperienze sui Materiali dell’Università di Pisa, emerge che esiste una buona correlazione tra la tensione massima sopportabile dalla barra e la sua tensione di snervamento, per cui è possibile determinare il valore atteso di una tensione noto il valore dell’altra attraverso una retta di regressione costruita sulla base dei dati raccolti nei certificati.<br><br>
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