Studio sperimentale di tecniche per il ripristino e il rinforzo di strutture storiche in cemento armato

Early RC structures were built in Italy at the beginning of the 20th century and, now, after more than one century from their construction, they show a widespread decay also connected to material deterioration. Moreover, they present additional problems of static nature and about the seismic risk which, in Italy, is becoming more and more relevant. Seismic topic must be considered also in case of existing structures, in particular, if they belong to historical heritage and have a public use. Indeed, a lot of these RC buildings were become part of historical Italian heritage thanks to their typological and structural characteristics. However, only a little part of buildings located in seismic zones was designed using capacity design rules. In case of intervention on historical buildings, often engineering needs are opposed to needs of preserving cultural, historical, artistic and architectonic features of heritage. Current Italian rules on structures, the D.M.14/01/2008, define possible types of interventions on existing buildings. In particular, for cultural heritage located in seismic areas, rules give the opportunity to reduce interventions in order to pursue only an improvement of the global seismic behavior of the structure. Preliminary investigations carried out on twelve historical RC buildings allowed to define the main problems of these structures. From the results of this activity, the research was planned with the aim to analyze and study emerged critical aspects. The work was performed from different points of view: experimental, analytical and numerical. Experimental phase deals with the study of techniques for structural repair and strengthening of RC columns and beams. Then, experimental results were used for calibrating numerical non-linear finite element models of the tested elements. Analytical phase was applied to a case study, among those investigated during the preliminary part, for evaluating safety level of buildings designed according to one of the early design method for RC structures. The topic of the structural safety was also studied from a seismic protection point of view. The selected structure is composed by a RC frame designed in 1949 for only dead loads. Non-linear static analyses were performed on FE models with and without masonry enclosure walls modeled. The aim was to evaluate the effect of infills on the global seismic behavior of the framed structure.

Le prime strutture in cemento armato in Italia sono apparse nei primi decenni del Novecento e oggi, dopo più di un secolo dalla loro realizzazione, versano molto spesso in uno stato di degrado diffuso legato anche al deterioramento dei materiali. A questi problemi si sommano quelli di natura puramente statica e il problema del rischio sismico, che, in Italia, sta assumendo dimensioni sempre più rilevanti e di cui è necessario tener conto anche nel caso di edifici esistenti, specialmente se vincolati e con funzione pubblica. Molti di questi edifici in cemento armato, infatti, sono entrati a far parte del patrimonio storico-artistico italiano per le loro particolari caratteristiche tipologiche e strutturali. Solo una minoranza degli edifici ubicati in territori a rischio sismico è stata, però, progettata utilizzando criteri antisismici e, nel caso in cui ci si trovi ad operare su edifici vincolati, molto spesso le esigenze ingegneristiche per l’esecuzione di un adeguato intervento entrano in contrasto con la necessità di preservare le caratteristiche culturali, storiche, artistiche ad architettoniche del bene. La normativa in materia di costruzioni attualmente in vigore, il D.M. 14/01/2008, individua le possibili categorie di intervento su edifici esistenti e, in riferimento a beni di interesse culturale in zone dichiarate a rischio sismico, propone la possibilità di limitare gli interventi ad azioni di semplice miglioramento del comportamento globale della struttura ai carichi orizzontali. A partire dalle problematiche emerse da indagini preliminari effettuate su dodici strutture storiche in cemento armato è stato pianificato un lavoro di ricerca volto ad esaminare ed affrontare tali criticità. L’attività è stata condotta da un punto di vista sperimentale, analitico e numerico. La fase sperimentale ha riguardato lo studio di tecniche per il ripristino e il rinforzo strutturale di colonne e travi in cemento armato. I risultati sperimentali sono stati utilizzati per calibrare modelli numerici non-lineari ad elementi finiti degli elementi sottoposti a prova. La procedura analitica è stata applicata ad un caso studio, tra quelli indagati in fase preliminare, per valutare il livello di sicurezza offerto da un edificio progettato secondo uno dei primi metodi di calcolo per strutture in cemento armato. La tematica della sicurezza strutturale è stata affrontata anche da un punto di vista della protezione sismica. La struttura selezionata è costituita da un telaio in cemento armato realizzato nel 1949 e progettato per sole azioni gravitazionali. Su di essa sono state condotte analisi statiche non-lineari, in assenza e in presenza di tamponamenti modellati, per valutare l’influenza dei tamponamenti stessi sulla risposta sismica globale della struttura.