213   Settembre - Ottobre  2017
ISSN 2282-3794
VELOCITA’ DELLA CORROSIONE DELLE ARMATURE NEL CALCESTRUZZO CARBONATATO
Test innovativo e primi risultati
di
Bernhard Elsener
ETH Zurich, Institute for Building Materials (IfB), Zurich, Switzerland - University of Cagliari, Department of Chemical and Geological Science, Cagliari, Italy
elsener@ethz.ch

La principale preoccupazione dell'industria delle costruzioni è la sostenibilità delle strutture in calcestruzzo mediante l’impiego di cementi che consentono di ridurre le emissioni di CO2 e realizzare strutture durevoli. Mentre la sostituzione del clinker fino al 65% è permesso dagli standard europei, l'utilizzo di questi nuovi cementi di miscela è ancora limitato a causa della maggiore velocità di carbonatazione e della conseguente incertezza sulla corrosione delle armature. In letteratura sono disponibili pochi dati sulla velocità di corrosione dell'acciaio in calcestruzzo carbonatato, la maggioranza dei quali derivanti da studi condotti in calcestruzzo cemento Portland. Al fine di raggiungere la sostenibilità delle strutture realizzate con nuovi cementi di miscela, sono necessari dati riguardanti la velocità di corrosione, perché la fase di propagazione della corrosione potrebbe rappresentare una parte rilevante della vita utile delle strutture. E’ stato sviluppato un test innovativo che si basa su campioni di malta sottili e di piccole dimensioni (80 x 80 x 6 mm); ciò consente sia una carbonatazione veloce sia il raggiungimento di condizioni di equilibrio in diverse condizioni ambientali. Cinque fili d'acciaio, un contro elettrodo e un elettrodo di riferimento sono stati incorporati in tali campioni e la velocità di corrosione dell'acciaio in campioni carbonatati è stata misurata con tecniche elettrochimiche per diverse condizioni di umidità relativa in breve tempo. I primi risultati mostrano che i nuovi leganti potrebbero essere più suscettibili alla corrosione in determinate condizioni di esposizione. Sono state misurate velocità di corrosione pari a 20 μm/anno in condizioni bagnate mentre al di sotto dell’ 80% umidità relativa la velocità di corrosione è risultata trascurabile.

ARTICOLO SOLO IN LINGUA INGLESE

English version
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CORROSION RATE OF STEEL IN CARBONATED CONCRETE
New test setup and first results

The major concern of building industry is sustainability of reinforced concrete structures – thus using cements with low CO2 emissions that allow producing structures with long-term durability. Clinker substitution of up to 65% is nowadays allowed according to European and Swiss standards, but the use of these new blended cements is limited due to the higher carbonation rate and the resulting uncertainty regarding carbonation-induced corrosion of the reinforcement. In literature only few data on the corrosion rate of steel in carbonated concrete are available, originating mainly from studies with ordinary Portland cement. In order to reach sustainability of concrete structures made with new blended cements, corrosion rate data are needed, because the so called “corrosion propagation stage” might be a significant part of the total service life. An innovative test setup consisting in small and thin mortar samples with a size of 80 x 80 x 6 mm is presented that allows fast carbonation and equilibration to changing environmental conditions. Five steel wires, counter electrode and reference electrode are embedded in the samples and corrosion rate of steel in carbonated samples can be studied by electrochemical methods at any relative humidity in a short time. The first results show that new binders could be more susceptible to corrosion in certain exposure conditions. Up to 20 µm/year were measured in wet conditions whereas below 80% the corrosion rate has been found negligible.

CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI CEMENTIZI DECORATIVI DELLA CHIESA DI SAN FEDELE A MILANO
di
Maddalena Carsana, 
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”
maddalena.carsana@polimi.it - mcd.chem.polimi.it
Federica Lollini
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”
federica.lollini@polimi.it - mcd.chem.polimi.it

I materiali cementizi decorativi sono stati impiegati dal secolo scorso per diversi scopi, tra i quali anche il restauro di finiture in pietra; ne sono un esempio, quelle presenti sulle facciate della chiesa di San Fedele a Milano.
La chiesa di San Fedele, costruita a partire dal sedicesimo secolo e caratterizzata dalla presenza della pietra d’Angera di colore giallo o rosa, ha subito, specialmente nel ventesimo secolo, diversi interventi di restauro. Sia gli elementi decorativi delle facciate sia parte di quelli strutturali sono stati sostituiti o ricoperti con pietre artificiali realizzate con materiali cementizi che imitano l’originale pietra d’Angera. In questo studio alcuni campioni di materiali cementizi, prelevati dalle facciate della chiesa di San Fedele, sono stati caratterizzati mediante varie tecniche analitiche al fine di fornire utili informazioni da utilizzare nella possibile riproduzione di materiali con analogo aspetto per un futuro progetto di restauro. Le analisi hanno mostrato che i materiali cementizi e le decorazioni della chiesa di San Fedele derivano dell’applicazione di differenti strati di intonaco; in particolare, il colore e la tessitura dello strato di finitura sono stati ottenuti miscelando il legante con fini particelle di dolomite, probabilmente ottenute dalla macinazione della pietra d’Angera. Questa tecnica consente non solo una sorprendente riproduzione della pietra originale ma conferisce anche una migliore durabilità.

English version
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CHARACTERIZATION OF CEMENT-BASED DECORATIVE MATERIALS IN THE SAN FEDELE CHURCH IN MILAN

Cement-based materials have been used since the last century for different decorative purposes, such as in restoring even quite elaborated stoneworks. An important example is the application of cement-based decorative materials on the façades of the San Fedele Church in Milan. The Church, built in the 16th century and characterized by the presence of pinkish-yellowish Angera stone on the façades, was subjected, especially in the 20th century, to several restoration works. Damaged decorative elements of the façades as well as portions of its structural elements were replaced or covered by “stone imitating render”, made with cementitious materials which imitate the original Angera stone. In this study, several samples of cement-based decorative materials, collected from the external façades of the Church, were characterized by several analytic techniques in order to provide useful information for the possible reproduction of materials with comparable appearance to be used in a further restoration project. Analyses showed that the cement-based materials and decorations were obtained by the application of different layers of renders. In particular, the colour and texture of finishing layer were achieved by blending the binder with fine dolomite particles, probably obtained by grinding the Angera stone. This technique not only allowed an amazing reproduction of the original stone, but also resulted in a durable protection.

PROTEZIONE CATODICA DEL CALCESTRUZZO ARMATO
Il caso degli elementi di sostegno nell’area archeologica di Nora a Pula (CA)
di
Elena Redaelli
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”
elena.redaelli@polimi.it - mcd.chem.polimi.it

Questa nota presenta l’intervento di protezione catodica applicato agli elementi in calcestruzzo armato costruiti negli anni ’60 nell’area archeologica di Nora, a Pula, per il sostegno di un antico pavimento a mosaico nella zona delle Terme Centrali. Questi elementi, in avanzato stato di degrado, sono stati oggetto di una campagna di ispezione per valutare l’effettivo stato di conservazione, diagnosticare il degrado in atto e proporre interventi di riparazione durevoli, che evitassero di danneggiare il pavimento sovrastante. Tra i metodi disponibili è stata scelta la protezione catodica, grazie alla sua efficacia nell’interrompere il fenomeno corrosivo in atto, consentendo al tempo stesso il mantenimento del calcestruzzo non fessurato, anche se contaminato da cloruri, e quindi soddisfacendo le esigenze di conservazione. La protezione catodica è stata applicata con la configurazione a corrente impressa e anodo distribuito. Le misure condotte durante i primi mesi di funzionamento hanno confermato la sua efficacia nel proteggere l’armatura.

English version
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CATHODIC PROTECTION OF REINFORCED CONCRETE
THE CASE OF THE SUPPORTING ELEMENTS IN THE ARCHAELOGICAL SITE OF NORA IN PULA

This note describes an intervention of cathodic protection that was applied to reinforced concrete elements that were built in the 1960s in the archaeological site of Nora, in Pula, to support an ancient mosaic pavement in the Central Thermae. The elements were highly deteriorated and were subjected to inspection, with the aim of determining their conservation state, diagnosing deterioration phenomena and defining durable interventions, avoiding any damage to the pavement. Cathodic protection was selected as the most suitable repair technique thanks to its ability to stop ongoing corrosion, allowing at the same time the preservation of chloride-contaminated concrete, and thus fulfilling the requirements for conservation. Cathodic protection was applied by means of impressed current and distributed anode. Monitoring during the initial months confirmed its effectiveness in protecting the reinforcement.

CROLLI CAUSATI DAGLI EVENTI SISMICI IN ITALIA
Analisi di due casi recenti in Valnerina
di
Antonio Borri, 
Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di Ingegneria, Perugia
antonio.borri@unipg.it
Romina Sisti, 
Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di Ingegneria, Perugia
rominasisti@hotmail.it
Giulio Castori, 
Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di Ingegneria, Perugia
giulio.castori@unipg.it
Marco Corradi, 
Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di Ingegneria, Perugia
marco.corradi@unipg.it
Alessandro De Maria
Regione Umbria – Servizio rischio sismico
ademaria@regione.umbria.it

In un precedente articolo [Borri e Sisti 2017] sono stati esaminati tre casi di crolli di edifici di culto della Valnerina: le chiese di Santa Maria di Piazza e Sant’Andrea a Campi Alto e la chiesa di San Salvatore a Campi Basso. In particolare, è stato evidenziato come, alla base dei crolli, ci sia stata una macroscopica sottovalutazione dei problemi strutturali di questi edifici. In alcuni dei casi analizzati erano state condotte approfondite ricerche [Marchetti 2001] che avevano denunciato la criticità di tali situazioni; ciononostante, nessun provvedimento era stato adottato.
In questo articolo vengono presentate, per le chiese di Santa Maria di Piazza e di San Salvatore, alcune analisi strutturali condotte con il fine di valutare, almeno a livello ipotetico, la riduzione della vulnerabilità che poteva essere ottenuta attraverso semplici dispositivi come incatenamenti e collegamenti tra gli elementi.

English version
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ANALYSIS OF THE FAILURE MODES OF TWO CHURCHES DURING THE 2016 ITALIAN EARTHQUAKES

In a previous paper [Borri and Sisti 2017] the collapses of threechurches located in Campi, a small village near Norcia (Central Italy), were investigated: Santa Maria di Piazza, Sant'Andrea and San Salvatore. It was shown that the main cause of these collapses was the underestimation of the structural problems of these historic masonry constructions. According to this, although extensive researches have been carried out [Marchetti 2001] in at least two of these case studies to highlight their criticality structural state, no interventions aimed to reduce the seismically vulnerability were adopted at that time.
This paper presents a nonlinear static analysis and a simplified approach based on the kinematic theorems of limit analysisperformed on two of these churches to evaluate how their collapse could have been prevented by applying simple and non-intrusive retrofitting works (e.g. steel ties).

VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITA’, CLASSIFICAZIONE SISMICA, STRATEGIE DI RINFORZO E RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO DI EDIFICI ESISTENTI IN CALCESTRUZZO ARMATO
Strategie e tecniche di rinforzo_PARTE TERZA
di
Stefano Pampanin
Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni, Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica, Università di Roma “La Sapienza”
stefano.pampanin@uniroma1.it

A chiusura di una breve “trilogia” sulla vulnerabilità sismica, strategie e tecniche di riduzione del rischio sismico di edifici esistenti in calcestruzzo armato, in questa terzo ed ultimo contributo si darà una panoramica su strategie e associate tecniche di rinforzo sismico – con l’obiettivo di raggiungere, tramite interventi di miglioramento o adeguamento, predefiniti livelli di sicurezza relativa e prestazionali sia a livello di singolo edificio che di classi di edifici a scala territoriale.
I primi due contributi si sono soffermati sulla fase di ‘diagnosi’ e ‘prognosi’, con l’individuazione delle criticità strutturali, la valutazione della vulnerabilità, la stima delle prestazioni attese e la classificazione del rischio sismico di edifici esistenti.
Con riferimento ai recenti sviluppi procedurali e normativi a livello internazionale, particolare attenzione è stata rivolta alle nuove linee guida neozalendesi (NZSEE2017 – The Seismic Assessment of Existing Buildings) e allo sviluppo di una metodologia all’avanguardia, affidabile ma semplificata, denominata SLaMa (Simple Lateral Mechanism Analysis), basata su un approccio meccanico-analitico, i.e. fondamentalmente “a mano” o con l’ausilio di fogli di calcolo, prima ancora che numerico, i.e. basato sull’utilizzo di modelli ad elementi finiti.
Tale approccio, divenuto lo strumento chiave per l’implementazione di un piano di prevenzione nazionale obbligatorio introdotto in Nuova Zelanda a seguito della recente e devastante sequenza sismica del 2010-2011, si sviluppa a partire dalla identificazione delle vulnerabilità critiche attese ed attraverso la valutazione delle capacità (sia in termini di forze che di spostamenti) degli elementi strutturali, per definire la gerarchia delle resistenze delle connessioni o sottosistemi trave-colonna e quindi i meccanismi di collasso locali e globali dei principali sistemi sismo-resistenti nelle due direzioni ortogonali.
Da un confronto tra curva di capacità della struttura (curva forza-spostamento analitica e non lineare) e domanda (spettro/i in accelerazione-spostamento, secondo metodo capacity-spectrum o similari) si possono derivare in modo relativamente speditivo e con sufficiente approssimazione le prestazioni ‘attese’ della struttura oggetto delle analisi a vari livelli di intensità del terremoto, i.e. periodi di ritorno, sia prima che dopo un intervento di miglioramento/adeguamento sismico.
I costi-benefici di differenti strategie e tecniche di rinforzo – o ‘terapie’ - a medio-lungo termine possono quindi essere confrontati, seguendo tale approccio analitico-meccanico, valutando per ogni soluzione l’indice di sicurezza o rapporto capacità/domanda %NBS (New Building Standard) o IS-V, stimando le prestazioni attese a vari livelli di intensità sismica, perdita annua media (PAM) o Expected Annual Loss, EAL, ed associando la classe di rischio corrispondente (da A-E, con valori indicativi delle probabilità di collasso relative ad una struttura di nuova progettazione) prima e dopo varie soluzioni di miglioramento/rinforzo sismico.

English version
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VULNERABILITY ASSESSMENT, SEISMIC RATING, RETROFIT AND RISK REDUCTION STRATEGIES FOR EXISTING REINFORCED CONCRETE BUILDINGS
Retrofit Strategies and Techniques_PART III

At the end of a brief "trilogy" on seismic vulnerability, retrofit strategies and techniques for seismic risk reduction of existing reinforced concrete buildings, this third and final contribution will provide an overview of seismic retrofit strategies and associated techniques - with the objective to achieve predefined levels of relative safety and performance  both at a single building level and for classes for buildings at territorial scale.
The first two contributions focused on the 'diagnosis' and 'prognosis' phases, including the identification of critical structural vulnerabilities, the assessment of seismic vulnerability, the estimation of the expected performance and the classification of the seismic risk of existing buildings.
With reference to recent international developments in terms of technical and regulatory procedures, particular attention has been paid to the new New Zealand guidelines on Seismic Assessment of Existing Buildings, NZSEE2017, and to the development of a state-of-art, reliable but simplified methodology, called SLaMa (Simple Lateral Mechanism Analysis), based on a mechanical-analytical approach, i.e basically by "hand" or with the support of a spreadsheet, rather than, or prior to any numerical approach, i.e. based on the use of finite element models.
This approach, which has become the key tool-procedure for the implementation of a compulsory national prevention plan introduced in New Zealand following the recent and devastating earthquake sequence in 2010-2011, is developed starting from the identification of the expected critical structural vulnerabilities and via the evaluation of the capacity (both in terms of forces and displacements) of the structural elements, to define the hierarchy of strength of the connections, or beam-column subassemblies, and thus the local and global collapse mechanisms of the main seismic-resisting systems in the two orthogonal directions.
By comparing the structure’s capacity curve (analytical force-displacement non-linear curve) and the demand (acceleration-displacement response spectrum, ADRS, according to the capacity-spectrum method or similar approaches) the "expected" performance of the structure at various levels of shaking intensity, i.e. return periods can be derived relatively quickly and with sufficient approximation, both before and after any seismic retrofit interventions.
The cost-benefit in the medium to long term of different retrofit strategies and techniques - or 'therapies' - can therefore be compared, following this analytical-mechanical approach, by evaluating for each solution the safety index or capacity/demand ratio %NBS (%New Building Standard) or IS-V, estimating the expected performance at various levels of seismic intensity, the expected annual loss EAL - or Perdita Annua Media (PAM) according to the Italian Guidelines ITA2017 - and associating the corresponding seismic risk class (from A to E, with indicative values of collapse probabilities when compared to a newly designed structure) before and after various seismic retrofit solutions.