214   Novembre - Dicembre  2017
ISSN 2282-3794
INDAGINI DINAMICHE DI TIPO TROMOGRAFICO SU UN EDIFICIO IN CALCESTRUZZO ARMATO
PROVE SPERIMENTALI E MODELLAZIONE F.E.M. A CONFRONTO
di
Federico la Torre, 
Dottore in Ingegneria dei Sistemi Edilizi
federico1.latorre@mail.polimi.it
Carlo Miotto, 
Dottore in Ingegneria dei Sistemi Edilizi
carlo.miotto@mail.polimi.it
Diego Verratti
Dottore in Ingegneria dei Sistemi Edilizi
diego.verratti@mail.polimi.it

Le prove di caratterizzazione dinamica hanno assunto una crescente importanza, sia a causa della maggiore sensibilità sociale a fronte dei fenomeni vibratori che producono danni agli edifici e all’uomo, sia come strumento di indagine sperimentale atto a conoscere il comportamento strutturale di un edificio. Lo scopo della caratterizzazione dinamica di un edificio è di individuare sperimentalmente le sue frequenze libere di vibrazione, le forme modali e gli smorzamenti in condizione libera, parametri che, oltretutto, se monitorati, permettono una verifica delle condizioni generali dell’opera a seguito di un evento sismico.
In questa trattazione viene definita e studiata nel dettaglio una tipologia di prova: l’indagine tromografica con metodo a stazione singola “HVSR” (Horizontal to Vertical Spectral Ratios). Sono pertanto state condotte delle prove sperimentali su un edificio in calcestruzzo armato, di cui sono stati realizzati dei modelli F.E.M. atti a studiare la risposta dinamica del manufatto.
Si è valutata, infine, la confrontabilità dei risultati ottenuti sperimentalmente con quelli ottenuti per via teorica e quelli ottenuti attraverso la modellazione con software dedicati, indagando, inoltre, quali siano le cause principali di una eventuale discrepanza tra i risultati.

English version
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AMBIENT VIBRATION SEISMOLOGY AND DYNAMIC TESTS CONDUCTED ON A CONCRETE BUILDING
A comparison between experimental tests and F.E.M. modeling

The dynamic characterization tests have become more important both because of greater social sensitivity for the vibratory phenomena that produce damage to buildings and man, and as an experimental survey instrument to know the structural behaviour of buildings. The purpose of the dynamic characterization of buildings is to experimentally identify the natural vibration frequencies, the mode shapes and the damping in the free condition. These parameters, if monitored, allow a verification of the general conditions of the building after a seismic event.
In this survey, one type of test has been defined and studied: the tromographic test with “HVSR” (Horizontal to Vertical Spectral Ratios) single station technique. Experimental tests have been conducted in person on a reinforced concrete building, of witch F.E.M. models have been made in order to study its dynamic response.
Finally, the comparability of experimentally obtained results and theoretical results has been evaluated with those obtained by structural modelling software. Furthermore, the main causes of a possible discrepancy between the results have been investigated.

L’INTERAZIONE UOMO-STRUTTURA E LA SUA MODELLAZIONE PER UNA PROGETTAZIONE STRUTTURALE AFFIDABILE
di
Marcello Vanali, 
Università degli Studi di Parma, Dipartimento di Ingegneria e Architettura
marcello.vanali@unipr.it
Marta Berardengo, 
Università degli Studi di Parma, Dipartimento di Ingegneria e Architettura
marta.berardengo@unipr.it
Stefano Manzoni
Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Meccanica
stefano.manzoni@polimi.it

In questi anni è in atto all’interno della comunità scientifica un dibattito finalizzato alla comprensione di come modellare l’effetto degli esseri umani che occupano una struttura leggera, quale ad esempio una passerella pedonale, sulla dinamica strutturale stessa.
L’articolo presenta un possibile approccio di modellazione che è stato validato attraverso varie prove sperimentali. Il modello proposto ha dimostrato di essere affidabile ed accurato nel predire l’entità delle vibrazioni in esercizio di strutture civili adibite a uso pedonale. La caratteristica essenziale di tale modello è quella di disaccoppiare l’effetto di ogni pedone in un contributo passivo e uno attivo. Quello passivo è rappresentato da forze generate dal movimento della struttura stessa: se una forza esterna eccita la struttura, questa vibra e eccita a sua volta la persona soprastante. Tale persona, essendo a sua volta un sistema vibrante, inizia a vibrare e col suo movimento vibratorio riscarica una forza sulla struttura ospitante. Il contributo attivo è invece dato da forze che nascono a causa del movimento attivo della persona e non dipendono dalla vibrazione della struttura.

English version
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THE PROBLEM OF HUMAN-STRUCTURE INTERACTION AND ITS MODELLING FOR A RELIABLE STRUCTURAL DESIGN

Nowadays, the scientific community is discussing about the possible approaches to model human-structure interaction. This is an important topic related to the prediction of the dynamic behaviour of civil structures designed for pedestrian use.
The paper presents a model which has been validated through an extensive experimental campaign. The proposed model showed to be reliable and accurate to predict the entity of vibrations of pedestrian structures under operational conditions. The main feature of this model is to decouple the effect of each pedestrian in a passive and an active contribution. The passive one is represented by forces generated by the motion of the structure itself: if an external force excites the structure, it vibrates and excites the person above it. Since the person is a vibrating system, he/she starts to vibrate and exerts a force on the structure. The active contribution is instead given by forces which arise because of the active movement of the person and do not depend on the vibration of the structure.

VITA RESIDUA DI STRUTTURE IN CALCESTRUZZO ARMATO CARBONATATE
Stima della velocità di corrosione delle armature mediante monitoraggio della resistività elettrica nel calcestruzzo
di
Matteo Gastaldi , 
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”
matteo.gastaldi@polimi.it, mcd.chem.polimi.it
Marco Messina
Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”
marco.messina@polimi.it, mcd.chem.polimi.it

La vita residua di una struttura in calcestruzzo armato in cui la carbonatazione ha già interessato il copriferro può essere stimata se si conosce la velocità di corrosione delle armature. La misura diretta di questo parametro non è di facile attuazione su strutture reali. È possibile, però, ottenere una stima della velocità di corrosione attraverso misure di resistività elettrica del calcestruzzo, di più semplice realizzazione. Resistività elettrica e velocità di corrosione, infatti, sono correlate tra loro. Tuttavia, per ottenere una corretta stima della velocità di corrosione è necessario conoscere la correlazione, effettuare le misure in modo opportuno e realizzare un monitoraggio.
Questa nota riporta i risultati di un lavoro sperimentale in cui si sono valutate diverse modalità di misura della resistività per ottenere una valida stima della velocità di corrosione delle armature in calcestruzzo carbonatato. Inizialmente sono state effettuate prove su provini confezionati in laboratorio ed esposti, dopo carbonatazione, in diverse condizioni di esposizione. Su di essi è stata misurata nel tempo la resistività elettrica del calcestruzzo, utilizzando diversi tipi di sonde interne ed esterne, il potenziale e la velocità di corrosione delle armature. Si è quindi analizzata la correlazione tra resistività e velocità di corrosione. La metodologia sviluppata con le prove di laboratorio è stata successivamente applicata in campo. Sonde per il monitoraggio della resistività e del potenziale di corrosione sono state installate in alcuni elementi strutturali dello stadio “G. Meazza” di Milano. I dati ottenuti sono stati utilizzati per stimare la propagazione della corrosione e ottenere indicazioni per la pianificazione delle manutenzioni.

English version
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RESIDUAL SERVICE LIFE OF CARBONATED REINFORCED CONCRETE STRUCTURES
Estimation of reinforcement corrosion rate by means of concrete electrical resistivity monitoring

The residual service life of a reinforced concrete structure in which carbonation of the concrete cover occurred can be estimated if reinforcement corrosion rate is known. The direct measurement of this parameter is not easy to achieve on real structures. However, an estimation of the corrosion rate can be obtained by means of concrete electrical resistivity measurements, easier to get. Indeed, electrical resistivity and corrosion rate are correlated. Nevertheless, for a correct estimation of reinforcement corrosion rate is necessary to know the correlation, to perform the measurements in proper way and to carry out a monitoring.
In this paper are reported the results of an experimental work aimed on the evaluation of different methods for the measurement of the concrete electrical resistivity to obtain a correct estimation of reinforcement corrosion rate in carbonated concrete. Initially, tests on concrete specimens manufactured in lab and exposed, after carbonation, in different exposure conditions were performed. On these specimens concrete electrical resistivity, measured with different internal and external probes, corrosion potential and corrosion rate were monitored. Thus, the relationship between resistivity and corrosion rate was analyzed. Afterwards, the procedure developed with the laboratory tests was applied on field. Probes for electrical resistivity and corrosion potential monitoring were installed in selected structural elements of the “G. Meazza” Milano stadium. Data obtained were used to estimate the propagation of the corrosion and thus to achieve information in order to plan maintenance works.

TRAVI M-USB IN SPESSORE DI SOLAIO
di
Nicola Morda'
Ingegnere civile strutturista, specializzato in ingegneria sismica
n.morda@domostudio.it

Frequentemente è richiesto ai progettisti strutturali di minimizzare gli spessori dei solai al fine di contenere le altezze di interpiano, requisito sempre più importante per effetto dei sensibili incrementi dei pacchetti di finitura. La richiesta diventa ancora più stringente quando le luci dei solai aumentano rispetto ai valori usuali a causa della richiesta di layout architettonici aperti. Le soluzioni per rispondere a tali esigenze possono essere di vario tipo: dall’utilizzo della post-tensione in solette a piastra, sino alla realizzazione di sistemi denominati Slim Floor Beam (SFB) Ultra Shallow Beam (USB).
La scelta finale è determinata, oltre che dai costi e dalla logistica di cantiere, anche dalla confidenza e fiducia che l’impresa ha con i vari sistemi proposti.
La presente nota espone una variante del sistema (M-USB) applicato nel caso di soletta piena; variante che consente di rispondere ad un'esigenza statica di notevole entità.
Dopo una breve descrizione dei comuni sistemi proposti dal mercato della carpenteria metallica, si espone la variante, mutuata dalla tecnologia USB e sue applicazioni in contesti di solai in getto pieno.
L’esposizione ha carattere tecnologico-costruttivo, mentre si rimanda ad una futura nota di carattere teorico per gli approfondimenti di calcolo. Saranno quindi esposti i casi studio in cui tale tecnologia è stata convenientemente utilizzata, in relazione alle “variabili” prima citate (costi, confidenza impresa, logistica di cantiere, ecc.).

English version
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M_USB. An adaptation of Ultra Shallow Beam technology

In this study an innovative use of the Ultra Shallow Beam (USB) technology is presented. Starting from the usual concept of the USB, the Author presents some case study in which a new version of that system, named M-USB (Modified USB), has been implemented to overcome the needs of getting small slab thickness and, in some cases, medium span-heavy loads requirements. The most relevant aspect that influenced the system, and all the details, is the shear transfer mechanism, as well addressed in the literature. The technical evolution of the M-USB system is discussed with reference to actual buildings in which the systems has been used and tested.

ESOSCHELETRI
Prerogative architettoniche e strutturali. PRIMA PARTE
di
Paolo Foraboschi, 
Università Iuav di Venezia, Dipartimento di Architettura Costruzione Conservazione
paofor@iuav.it
Esther Giani
Università Iuav di Venezia, Dipartimento di Architettura Costruzione Conservazione
giani@iuav.it

Questo articolo, composto di due parti, tratta il miglioramento e l’adeguamento sismico del costruito mediante strutture esterne all’edificio, collegate al contorno del sistema strutturale esistente. Tali addizioni verranno denominate esoscheletri, con parziale corrispondenza alla biologia. L’esoscheletro può avere un funzionamento reticolare (diagrid), flessionale e anche misto. Gli esoscheletri possono essere bi- o tri-dimensionali; la terza dimensione è perpendicolare all’involucro (profondità).
Gli esoscheletri permettono di ottenere una serie di benefici in forma integrata: lavorazioni che non interrompono l’uso; nuove strutture non invasive degli spazi interni; irrigidimento dei sistemi strutturali; riduzione delle accelerazioni attinte dagli impalcati durante i terremoti; incremento delle capacità di tollerare sismi severi; affidabili previsioni delle risposte sismiche e dei costi; possibilità di sostituzione degli elementi che hanno risposto inelasticamente; rimodulazione dei caratteri architettonici. Gli esoscheletri tri-dimensionali permettono anche di intervenire sul sistema distributivo, in forma di nuove addizioni esterne sia puntuali sia estese, nonché di integrarvi sistemi per la riqualificazione energetica.
La mitigazione del rischio sismico di edifici con impianti e macchinari delicati, altamente tecnologici e assai costosi, deve incrementare la rigidezza e talvolta limitare le accelerazioni. A ciò si aggiunga che in molti casi gli interventi strutturali non possono interferire col servizio erogato: l’esoscheletro rappresenta la sola tecnica utilizzabile. Il caso più rilevante è rappresentato dagli edifici ospedalieri. Al contempo questi manufatti, seppure in servizio, spesso necessitano anche di una riqualificazione architettonica che gli esoscheletri favoriscono in forma integrata. La prima parte verte sull’uso dell’esoscheletro nelle costruzioni ex-novo e sulla prevenzione del danno sismico nelle costruzioni esistenti condizionate dalla verifica allo SLO.

English version
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ADVANTAGES, LIMITATIONS, AND OPPORTUNITIES IN THE USE OF EXOSKELETONS_FIRST PART

This paper, split into two parts, tackles seismic rehabilitation of existing buildings with structures placed outside, connected to the boundaries of the existing structural system. Those retrofits shall be named exoskeletons, with partial reference to biology. An exoskeleton can exhibit a truss (diagrid), bending or hybrid behavior. Exoskeletons can be two- or three-dimensional; the third dimension is perpendicular to the envelop (depth).
Exoskeletons provide a great deal of advantages simultaneously: construction works that do not restrict the building usage; new structures that do not invade inner space; stiffening of the structural systems; reduction of the accelerations induced by earthquakes in buildings; greater ability to resist severe earthquakes; reliable predictions of seismic performance and costs; feasibility of replacing elements that have performed inelastically; architectural requalification. Three-dimensional exoskeletons also allow new spatial layouts by means of external additions, and new systems for energy efficiency.
Seismic risk reduction of buildings with highly sensitive and expensive equipment requires increasing the stiffness and sometimes reducing the accelerations too. In many cases, moreover, no constraint has to be put on building activities during the construction work. Thus, exoskeletons represent the only solution. The most apparent case is that of hospitals. Often those buildings, albeit regularly used, need architectural renewal, which exoskeletons provide comprehensively with the structural upgrading.
The first part deals with exoskeletons in new buildings, and the process and methodology to create buildings that protect functionality and the continued availability of services (operational building performance level).