219   Settembre - Ottobre  2018
ISSN 2282-3794
LA PROGETTAZIONE PRATICA DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO
CONTROLLO DELLE DEFORMAZIONI_PARTE QUINTA
di
Sergio Foa
Ingegnere, progettista di Impianti Industriali, apparecchiature e strutture in acciaio
sergio.foa@bluewin.ch

L’articolo approfondisce e integra il tema introdotto in particolare nel precedente contributo (Structural 218_luglio/agosto2018), che trattava del pre-dimensionamento delle strutture in acciaio e della verifica delle più frequenti tipologie di elementi strutturali.
E’ stata più volte accennata in esso l’importanza che il controllo delle deformazioni riveste nella progettazione statica delle strutture metalliche.
In nessun’altra tipologia di struttura tradizionale, calcestruzzo o legno, la scelta è infatti condizionata dallo stato delle deformazioni come nelle strutture in acciaio, e ovviamente, in materiali di caratteristiche e comportamenti similari, come potrebbe essere l’alluminio (materiale che meriterebbe un capitolo a sé stante e che esula da questa serie di articoli dedicati all’acciaio).
Ci si propone quindi in questo contributo di fornire, da un lato, i limiti pratici di deformazione che i vari componenti strutturali soggetti alle azioni di progetto non devono superare e dall’altro, alcune indicazioni e formulazioni semplificate da utilizzare soprattutto nella fase di dimensionamento preliminare, per giudicare a colpo d’occhio se la strada che si sta percorrendo in questa importante fase è quella che corrisponde alla corretta scelta progettuale.
Gli abachi e i coefficienti per la determinazione semplificata di spostamenti e deformazioni presentati nell’articolo non sono ricavati o ripresi da testi tecnici ma sono il frutto di un lavoro “sul campo” in oltre 45 anni di professione; sono basati su analisi dimensionali, verifiche e riscontri pratici di strutture in acciaio durante attività svolta come progettista, direttore dei lavori e collaudatore.  
I progettisti più giovani scopriranno quanto, in una vastissima casistica, dopo avere soddisfatto le verifica di resistenza e stabilità, il controllo di spostamenti e deformazioni condizioni la selezione eseguita.

English version
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THE PRACTICAL DESIGN OF STEEL STRUCTURES
Preliminary design - FOURTH PART

This article studies in deep and integrates the theme introduced in particular in the previous contribution (Structural 218_july/august2018), which dealt with the preliminary design of steel structures and the verification of the most frequent typologies of structural elements.
More and more times it has been mentioned the importance that deformation control plays in the static design of steel structures.
In no other type of traditional structure, reinforced concrete or wood, the selection is conditioned by the state of the deformations and displacements as in steel structures, and of course, in materials of similar features and behavior, as could be aluminum (material that should worth a chapter in its own right and is beyond this series of articles dedicated to the steel structures).
Therefore, this contribution is proposed to provide, on the one hand, the practical limits of deformation that the various structural components must not exceed under the acting design forces, and on the other, some simplified indications and formula to be used especially in the preliminary design phase, to judge at a glance if the road that we are following in this important phase is the one that meet to the correct design option.
The abacus and coefficients for the simplified determination of displacements and deformations, presented inside the article, are not obtained or taken from technical texts but are the result of a "fieldwork" job in over 45 years of profession; they are based on dimensional tests, verifications and practical feedbacks on steel structures, during the activity carried out as structural engineer, construction manager and third-part trial.
The younger engineers will discover how, in a vast series of cases, after having satisfied the resistance and stability checks, the control of displacements will condition the selection already made.

CAPRIATE IN CALCESTRUZZO ARMATO. UN CANTIERE SPERIMENTALE
Analisi e valutazione della sicurezza mediante rilievo e tecniche non distruttive
di
Paola Condoleo, 
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Politecnico di Milano
paola.condoleo@polimi.it
Roberto Felicetti
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Politecnico di Milano
roberto.felicetti@polimi.it

Il presente contributo illustra l’analisi delle strutture di copertura degli edifici degli anni ’20 del Politecnico di Milano. Da un'indagine dettagliata, è emerso come circa il 20% dei sottotetti sia costituito da capriate in calcestruzzo armato, che hanno la funzione di sostenere non solo la copertura, ma anche le volte a padiglione sottostanti. Gli edifici analizzati mettono in luce capriate che si differenziano tra loro per dimensione e forma in base all’impresa a cui fu commissionata la costruzione.
Un primo obiettivo dell’analisi condotta è stato quello di caratterizzare i materiali e il loro stato di conservazione, abbinando tecniche distruttive (carotaggi) e non distruttive (prove ultrasoniche, sclerometriche, di carbonatazione e di durezza dinamica). I risultati delle prove sono stati utilizzati per effettuare una valutazione sugli elementi strutturali delle capriate, al fine di quantificare il loro livello di sicurezza in base alle normative vigenti. L'analisi ha permesso di individuare due casi critici, per i quali è stato proposto un intervento di consolidamento.
Oltre alle particolarità del caso di studio, con questa campagna diagnostica è stato possibile stabilire procedure di riferimento per un piano di manutenzione finalizzato alla conservazione di uno dei primi esempi di capriate in calcestruzzo armato per edifici pubblici.

English version
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CONCRETE TRUSSWORKS - UN EXPERIMENTAL WORKSITE
Analysis and safety evaluation through survey and NDTs

This paper illustrates a study on the roof structures of the most ancient buildings at the main campus of Politecnico di Milano. From a detailed survey, about 20% of the roof substructure was found to consist of reinforced concrete trusses built in the first decades of the 20th century. These trusses have the main function of bearing the roof, but they also support the underlying vaults. The analyzed buildings are characterized by trusses that differ in shape and size, depending on the company that was in charge of construction.
A first objective was to assess the material condition and possible distress by combining destructive (cores) and non-destructive techniques (ultrasonic tests, rebound hammer, carbonation and dynamic rebar hardness). The test results were instrumental for checking of the truss members, in order to quantify their safety level according to the current regulations. The analysis made it possible to detect two critical cases, for which a strengthening intervention was proposed.
Besides the peculiarities of the case study, this diagnostic campaign could serve to establish reference procedures for a maintenance plan aimed at the preservation of one of the first examples of reinforced concrete trussworks in public buildings.

PROGETTAZIONE DI ELEMENTI STRUTTURALI IN CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO IN ACCORDO CON IL FIB MODEL CODE 2010
Il caso delle cabine elettriche prefabbricate con armatura ibrida
di
Luca Facconi, 
Ph.D., Assegnista di ricerca, DICATAM - Università degli Studi di Brescia
luca.facconi@unibs.it
Fausto Minelli, 
Professore associato, DICATAM - Università degli Studi di Brescia
fausto.minelli@unibs.it
Giovanni Plizzari
Professore ordinario, DICATAM - Università degli Studi di Brescia
giovanni.plizzari@unibs.it

L’aggiornamento delle “Norme Tecniche per le Costruzioni” (NTC2018) ha recentemente introdotto la possibilità d’impiego dei calcestruzzi fibrorinforzati (FRC) come materiali per impieghi strutturali. A livello internazionale, gli FRC sono stati inseriti nel codice modello del fib (Model Code 2010) a partire dal 2012, fornendo così ai progettisti delle linee guida che rappresentano ad oggi un punto di riferimento fondamentale per la progettazione delle strutture in calcestruzzo fibrorinforzato.
Le potenzialità offerte dall’utilizzo delle fibre sono state ampiamente dimostrate da numerose ricerche sperimentali condotte negli ultimi trent’anni in tutto il mondo. Secondo tali studi, l’impiego degli FRC permette di sostituire parzialmente o, in alcuni casi, totalmente l’armatura impiegata nel calcestruzzo armato tradizionale, migliorando il comportamento in esercizio della struttura.
Dopo una breve introduzione finalizzata a presentare i principali aspetti normativi introdotti dal fib Model Code 2010, la presente memoria si focalizza su un caso studio inerente la progettazione di cabine elettriche prefabbricate in calcestruzzo fibrorinforzato. In particolare, verranno presentati i principali risultati di una prova sperimentale finalizzata alla verifica del comportamento strutturale di una cabina in calcestruzzo progettata impiegando una opportuna combinazione di fibre d’acciaio e armatura tradizionale (armatura ibrida). I risultati di tale prova verranno messi a confronto con quelli forniti dalla prova condotta su una cabina equivalente dotata esclusivamente di armatura tradizionale.

English version
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DESIGN FIBRE REINFORCED CONCRETE STRUCTURE ACCORDING TO FIB MODEL CODE 2010
An application case study: precast electrical equipment shelters made with hybrid reinforcement

The Italian Structural Code (NTC2018) has recently introduced the possibility of using Fibre Reinforced Concrete (FRC) as structural material. Since 2012, the international fib Model Code 2010 has reported technical guidelines that provide the designers some tools for designing FRC structures.
The effectiveness of FRC has been proved by several research studies performed worldwide in the last 30 years. According to these studies, fibers may substitute partially or totally conventional reinforcement and, compared to conventional reinforced concrete, they usually allow improving the structural behavior at service conditions by performing a better crack control.
The paper aims at presenting the main features that characterize the design guidelines reported by the fib Model Code 2010 for FRC structures. Moreover, a case study concerning a precast electrical equipment shelter made of Steel Fiber Reinforced Concrete is presented and discussed. In more detail, a full-scale specimen reinforced with a combination of steel fibers and conventional reinforcement, here referred to as “hybrid reinforcement”, was tested under horizontal loads in order to assess the seismic performance of the FRC structure. The results of the test are finally compared with those obtained from the test involving the same specimen made with conventional reinforced concrete.

VALUTAZIONE DELL’ACCELERAZIONE RESISTENTE DI VOLTE IN MURATURA
rinforzate mediante intonaco armato con reti in composito
di
Natalino Gattesco, 
Professore associato, Dipartimento di Ingegneria e Architettura, Università di Trieste
gattesco@units.it
Ingrid Boem
PhD, Dipartimento di Ingegneria e Architettura, Università di Trieste
boem@dicar.units.it

La presenza di volte in muratura nel patrimonio edilizio storico è assai ricorrente; tuttavia, anche in occasione dei recenti eventi sismici che hanno interessato l’Italia, tali elementi hanno mostrato un’elevata vulnerabilità.
Nell’articolo viene presentato un innovativo studio sulla valutazione dell’efficacia di una moderna tecnica per il rinforzo di volte basata sull’applicazione, all’intradosso o all’estradosso, di uno strato di intonaco armato mediante reti in materiale composito a base di fibre di vetro. Sono riassunti, in particolare i risultati di una campagna sperimentale che ha previsto l’esecuzione di sei prove su volte rinforzate e non rinforzate in scala reale, soggette ad azioni orizzontali cicliche agenti in direzione trasversale all’asse dell’elemento e distribuite proporzionalmente alla sua massa.
Per la verifica dell’elemento voltato, nella pratica progettuale, è necessario determinare l'accelerazione resistente al suolo, in modo da poterla confrontare con la domanda sismica. A tal fine, nell’articolo viene proposta una strategia per valutare questo parametro, basata sul “Modified Capacity Spectrum Method” e che tiene conto della quota d’imposta della volta nell'edificio.
 

English version
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EVALUATION OF THE RESISTING PEAK GROUND ACCELERATION OF MASONRY VAULTS
reinforced through a mortar coating with composite meshes embedded

Masonry vaults were frequently used in the historical building heritage; however, even recent earthquakes that affected Italy showed the high seismic vulnerability of these elements.
In the paper, an innovative study concerning the evaluation of the effectiveness of a modern technique for the reinforcement of masonry vaults is presented. The technique is based on the application, at the intrados or the extrados, of a layer of mortar with composite meshes made of glass fibers embedded. In particular, the results of experimental tests performed on six full-scale vault samples of both unreinforced and reinforced masonry are summarized; the samples were subjected to transversal horizontal cyclic actions and distributed proportionally to the self-mass.
But, for the structural assessment of vaulted elements in the design practice, it is necessary to determine the resisting ground acceleration, in order to compare it with the seismic demand. Thus, in the paper, a strategy to evaluate this parameter, based on the “Modified Capacity Spectrum Method” and accounting for the level of the vault in the building, is proposed.

ANALISI TERMICA DI UNA TRAVE TRALICCIATA PREM
Confronto tra modello 3D e 2D
di
Vito Lavermicocca, 
Assegnista di Ricerca, Dipartimento ABC - Politecnico di Milano
vito.lavermicocca@polimi.it
Livio Izzo
Ingegnere LP, Membro CT Assoprem e CT Consorzio Produttori Travi REP
livio.izzo@fastwebnet.it

L'articolo illustra una ricerca numerica condotta allo scopo di simulare il comportamento termico di una Trave tralicciata PREM con piatto in acciaio. Lo studio prende in considerazione sia il modello bidimensionale (2D) che un modello di comportamento che rappresenti la reale configurazione spaziale degli elementi della trave PREM (modello 3D). L'obiettivo è quello di simulare l'andamento della temperatura nel traliccio d’anima che, nel caso dell'analisi 2D usualmente impiegata in questi casi, è semplificativa e non può che essere una approssimazione del comportamento reale. Infatti, in questo caso, il modello piano non coglie la configurazione spaziale del traliccio che, spesso, viene modellato come collegamento continuo, fra il corrente inferiore ed il corrente superiore del traliccio, su tutta la lunghezza della trave mentre, nella realtà, è inclinato e convergente sul piatto inferiore solo ad ogni passo.
Ad entrambi i modelli è stato applicato il carico termico, assegnando ai nodi inferiori della piastra d’acciaio la legge di variazione della temperatura nel tempo indicata dalla norma UNI 9503, pressoché equivalente alla ISO 834.
Dal confronto dei risultati dei due modelli è emersa una quasi perfetta corrispondenza di temperatura relativamente al nodo di attacco tra piatto e traliccio d’anima mentre, in corrispondenza delle zone nella mezzeria dell’altezza del traliccio, il modello 2D fornisce dei valori di temperatura più alti, a parità di tempo di esposizione al fuoco, rispetto a quelli ottenuti con il modello 3D. Inoltre, per entrambi i modelli, la temperatura al piede d'anima risulta pressoché pari a quella del piatto d'acciaio ad esso saldato.
Sulla base dei risultati delle analisi si sono potute formulare alcune ipotesi progettuali che, in assenza di trattamento superficiale protettivo del piatto metallico, possono garantire una adeguata resistenza al fuoco dell’elemento.

English version
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THERMAL ANALYSIS OF A PREM TRUSS BEAM
Comparison between 3D and 2D model

The article illustrates a numerical research conducted to simulate the thermal behavior of a PREM truss beam with a steel plate. The study considers both the hypothesis of operating in two dimensions (2D) and of working with reference to a behavior model that considers the real spatial configuration of the elements of the PREM beam (3D model). In particular, the objective is to simulate the trend of the steel web temperature which, in the case of the 2D approach usually used in this type of analysis, can only be a rough approximation of the real behavior. In fact, in this case, the 2D model does not grasp the spatial configuration of the truss, which is necessarily modeled as a continuous connection between the lower current and the upper current of the truss, along the entire span of the beam while, in reality, it is inclined and converging on the bottom plate only at each step.
The thermal load was applied to both models, assigning to the lower nodes of the steel plate the law of variation in temperature over time suggested by the UNI 9503 standard, almost equivalent to ISO 834.
From the comparison of the results of the two models, an almost perfect temperature correspondence has emerged relative to the connection node between the plate and the steel web while, in correspondence with the zones in the centerline of the truss height, the 2D model gives higher temperature values, at the same time of exposure to fire, compared to those obtained from the 3D model. Moreover, for both models, the steel web foot temperature is almost equal to that of the welded steel plate.