221   Gennaio - Febbraio  2019
ISSN 2282-3794
LA PROGETTAZIONE PRATICA DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO
DETTAGLIO DELLE CONNESSIONI. Connessioni a cerniera per travi e controventi_ PARTE 6A
di
Sergio Foa
Ingegnere, progettista di Impianti Industriali, apparecchiature e strutture in acciaio
sergio.foa@bluewin.ch

L’articolo completa e integra il tema introdotto nei due precedenti contributi (Structural 218/2018 e 219/2018), che trattava, il primo del pre-dimensionamento delle strutture in acciaio e della verifica delle più frequenti tipologie di elementi strutturali, e il secondo dell’attenzione allo stato di deformazione, essenziale nella progettazione strutturale in acciaio.
Per l’importanza dell’argomento e l’estensione generale di questa 6^ parte dedicata al dettaglio delle connessioni, è stato deciso di suddividere il capitolo in due sezioni:
- La sezione 6a. che fa capo a questa pubblicazione tratterà i dettagli a cerniera e i controventi
- La sezione 6b. edita nella prossima pubblicazione tratterà i dettagli di continuità, incastro, di base con le fondazioni e dettagli per apparecchi in temperatura.
Come già accennato negli articoli precedenti, l’esecuzione delle strutture metalliche prevede normalmente una prima fase di prefabbricazione negli stabilimenti di produzione e una seconda effettuata in cantiere, di assmblaggio spesso a piè d’opera e di montaggio.
I vari elementi strutturali devono essere mutuamente connessi.
Le giunzioni, pensate dal progettista nella fase di elaborazione della struttura, saranno di norma cerniere (ideali e non) e incastri. Esse potranno essere eseguite con bulloni oppure mediante saldature da eseguire in opera.
I collegamenti bullonati garantiscono in genere una buona affidabilità e velocità di montaggio.
Le saldature in opera necessitano di maggiore attenzione nella esecuzione, di norma eseguita in ambiente esterno, oltre che di maggiori e più onerosi controlli non distruttivi. Il loro impiego è spesso dettato da necessità statiche, ad esempio in aree ad alta sismicità, ove duttilità e sovra-resistenza giocano un ruolo importante, ma anche per esigenze architettoniche o dimensionali o per consuetudine, caso questo riscontrato oltre oceano (Americhe) oppure in estremo oriente.
Ci si propone quindi in questo contributo di fornire le tipologie più comuni accompagnate da metodi di verifica semplici e soprattutto conservativi.
Si analizzeranno anche dettagli utilizzati in particolare in campo industriale, necessari a garantire la congruità fra progetto ed esecuzione. Casi specifici come quello degli appoggi scorrevoli uni- o bi-direzionali degli apparecchi in temperatura fra “corpo caldo” e struttura “fredda” oppure di cerniere “non ideali” ma “reali”, richieste nel caso di strutture estese in senso longitudinale (con riferimento a Structural 215 gennaio/febbraio 2018, pagine 18-24).
Si vuole ricordare soprattutto ai progettisti più giovani, l’importanza che la robustezza dei giunti gioca nel dimensionamento.
Il risparmio nel numero di bulloni, spessori di flange e piastre di nodo “risicate”, dimensioni “tirate” dei cordoni di saldatura non servono a ridurre i costi di un’opera; viceversa sono spesso causa di cedimenti strutturali che possono influire sulla stabilità complessiva dell’opera.
 

English version
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THE PRACTICAL DESIGN OF STEEL STRUCTURES
The practical design of steel structures. Structural joint details. 6th part

The article completes and integrates the theme introduced in the two previous contributions (Structural 218 and 219), which dealt with, the preliminary design of the steel structures and the verification of the most frequent types of structural elements (Structural 218) and the importance that deformation control plays in the static design of steel structures (Structural 219).
Due to the importance of the topic and the general extension of this 6th part dedicated to the details of the connections, it was decided to split the chapter into two sections:
- Section 6a. which is part of this publication will deal with hinged details and bracings.
- Section 6b. which will form part in the next publication, will deal with the details of continuity, moment resisting details, foundations details and joints dealing with equipments under temperature 
As already mentioned in the previous articles, the execution of steel structures normally involves a first prefabrication phase inside the production workshop and a second one carried out at site during the erection phase, where the structural elements must be mutually connected.
The joints, designed by the structural engineer during the construction phase of the structure, will normally be hinges (ideal and not) and fixed. They can be performed with bolts or by welding.
Bolted connections generally guarantee good reliability and assembly speed.
In-situ welding require more attention in the execution, normally performed in an external environment, as well as greater and more expensive non-destructive tests. Their use is often imposed by static needs, for example in areas with high seismicity, where ductility and over-resistance play an important role, but also for architectural or dimensional requirements or by custom, this is the case overseas (Americas) or in far East.
We will analyze therefore in this contribution the most common typologies of joints as well as simple and mainly conservative methods of verification.
We shall also propose specific cases such as mono or bi-directional sliding supports designed for equipments in temperature (between "hot body" and "cold" structure) or "not ideal" but "real" hinges, required for longitudinal extended structures (with reference to Structural 215 pages 18 ÷ 24).
We wish to sensitize the younger structural engineers to the importance that the robustness of the joints plays in the steel detailing.
The savings in the number of bolts, limited flange thicknesses or reduced dimensions of the weld do not save the costs of a structural work; vice versa they are often the cause of structural failures that can affect the overall stability of the whole designed steel structure.

 

OSSERVAZIONE DELLA RISPOSTA DELL’IMPIANTO FOGNARIO DI BAZZANO AL TERREMOTO DELL’AQUILA DEL 2009
di
Roberto Guidotti, 
Catastrophe Risk Research Analyst, Guy Carpenter & Company, LLC, New York, NY, USA
roberto.guidotti@guycarp.com
Alberto Castellani
Retired, Politecnico di Milano, Structural Engineering Department, Milano, Italy
alberto.castellani@polimi.it

L’articolo presenta i danni ad un impianto fognario di alcuni km di lunghezza, costruito seguendo le procedure correnti, osservati pochi mesi dopo il terremoto dell’Aquila del 2009. L’ispezione è stata effettuata mediante dispositivo telecomandato. La porzione di condotte di polivinilcloruro (PVC) e di polietilene ad alta densità (HPDE) mostra ovalizzazioni significative. L’ispezione mostra un limitato danneggiamento alle condotte in calcestruzzo, ad eccezione di determinate sezioni, interessate dallo scorrimento della vicina faglia di Bazzano. Un danneggiamento severo alle giunzioni tra tubo e tubo è ascrivibile allo spostamento relativo ed alla curvatura imposti dal sisma al suolo. L’articolo discute le condizioni di carico sismico per condotte sotterranee imposte dallo Eurocode 8. Quantunque l’impianto fognario non sia stato progettato secondo tali condizioni di carico, l’ispezione fornisce una validazione sperimentale delle condizioni più significative in fase progettuale: la frattura del terreno e la variazione da punto a punto del moto sismico (effetto del passaggio d’onda).

ARTICOLO SOLO IN LINGUA INGLESE
 

English version
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OBSERVED RESPONSE OF THE SEWAGE NETWORK OF BAZZANO DURING THE APRIL 2009 L’AQUILA EARTHQUAKE

The paper presents damage of buried pipelines built according to current procedures, observed few months after the 2009 L’Aquila earthquake. The paper illustrates pictures from a visual inspection through remote-controlled camera of an important buried pipeline of the sewage pipeline network of Bazzano, near L’Aquila, of some km length. Almost all the pipes made of polyvinyl chloride (PVC) and high-density polyethylene have shown significant out-of-roundness. The survey shows a limited damage of the concrete made pipes, with some sections experiencing a more considerable damage, likely due to a slip of the nearby fault of Bazzano. The most severe damage at the gasket between pipes is ascribed to curvature or elongation, imposed by the earthquake to the ground. Seismic load conditions listed in the Eurocode 8 for a buried pipeline are presented and discussed. The visual inspection of the pipeline system provides experimental validation of the calculation models based on Eurocode 8 for the most significant conditions in the design process: the ground rupture and the different ground motion from point to point (wave-passage effect).

VULNERABILITA’ STRUTTURALE DI UNA TORRE MURARIA DEL 1300
Rilievo e analisi con uso innovativo del drone
di
Francesco Micelli, 
Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Università del Salento, Lecce
francesco.micelli@unisalento.it
Sara Calò, 
Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Università del Salento, Lecce
Riccardo D'Errico, 
Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Università del Salento, Lecce
Alessio Cascardi
Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Università del Salento, Lecce

Il patrimonio edilizio in muratura abbraccia una grande varietà di tipologie strutturali, tra cui chiese, ponti, teatri, castelli e torri. Il comportamento strutturale di queste costruzioni è spesso complesso da comprendere a causa delle incertezze legate ai materiali e alla geometria. Infatti, da un lato la muratura ha un comportamento non lineare e dall’altro le dimensioni degli edifici richiedono lunghe e dispendiose attività di rilievo. Ai fini computazionali si rendono, quindi, necessarie semplificazioni che minano spesso l’accuratezza dei risultati.
Nel presente articolo è riportato lo studio di una torre muraria monumentale del 1300 situata nel Comune di Soleto, in Provincia di Lecce. L’obiettivo è valutarne la stabilità statica e la vulnerabilità sismica. In assenza di precedenti indagini, è stato pianificato ed eseguito un intensivo programma di saggi strumentali e attività di rilievo geometrico, mediante un uso innovativo del drone. Quest’ultimo è in grado di riprodurre la geometria della struttura “in volo”, riducendo in modo significativo i tempi ed i costi del rilievo e senza compromettere l'accuratezza delle misure.
L’oggetto risultante è stato poi inserito in ambiente FEM per la modellazione strutturale mediante analisi non lineare. I risultati più salienti di questo studio sono riportati e discussi nel presente lavoro. Essi sono principalmente focalizzati nell'individuare le criticità strutturali, fortemente condizionate da un difetto di verticalità della torre, a causa di pregressi cedimenti del terreno di posa ed errori di costruzione. Infine, viene proposta una soluzione per l’adeguamento strutturale nel rispetto del criterio di “minimo intervento”.

English version
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Survey and vulnerability analysis of a 1300 masonry tower with innovative use of the drone

The masonry building heritage includes a wide variety of structural types, including churches, bridges, theatres, castles and towers. The structural behaviour of these constructions is often complex to understand due to the uncertainties related to materials and geometry. In fact, masonry has a non-linear behaviour and, on the other, the dimensions of the buildings require long and expensive surveying activities. For the computational purposes, therefore, simplifications are necessary even if they often undermine the accuracy of the results.
In the present article, the study of a monumental masonry tower, dated back 1300, located in Soleto (Province of Lecce, Italy) is reported. The goal is to evaluate its static stability and seismic vulnerability. In the absence of previous investigations, an intensive program of surveying activities was planned and carried out, using an innovative use of the drone. It is able to reproduce the geometry of the structure "flying", significantly reducing the time and cost of the survey and without compromising the accuracy of the measurements.
The resulting object was then introduced into a FEM habitat for structural modelling by non-linear analysis. The results are, therefore, reported and discussed in the present work. They are mainly focused on identifying structural problems, strongly conditioned by a defect of verticality of the tower, due to previous soil settlement and construction errors. Finally, a solution is proposed for structural adjustment in compliance with the minimum intervention criterion.

La durabilità delle opere strutturali
Una metodologia di monitoraggio, in continuo e remoto, del rischio corrosione delle armature mediante sensori
di
Angelo Mulone, 
Manuela Ceraulo, 
Università di Palermo, Dipartimento di Ingegneria
manuela.ceraulo@unipa.it
Rosalinda Inguanta, 
Università di Palermo, Dipartimento di Ingegneria
rosalinda.inguanta@unipa.it
Renato Giarrusso, 
Antonio Mancino, 
Antonio Mulone, 
Chalmers University of Technology, Goteborg
mulone@chalmers.se
Francesco Paolo La Mantia
Università di Palermo, Dipartimento di Ingegneria
francescopaolo.lamantia@unipa.it

Il metodo si propone di misurare in modo non distruttivo il contenuto dei cloruri e il pH del calcestruzzo strutturale impiegato nelle costruzioni civili e nelle opere di ingegneria in generale, al fine di valutare le condizioni di degrado e di monitorare nel tempo il processo di invecchiamento ed ammaloramento.
In particolare, il metodo sperimentale proposto si basa sulla misura del potenziale di un elettrodo di diametro millimetrico inserito all'interno del calcestruzzo in fase di getto o post-getto, riferito ad un controelettrodo del tipo a giunzione liquida posto sulla superficie esterna dello stesso.
Nel caso dei cloruri, l'elettrodo di misura è costituito da un filo di argento ricoperto da un film di AgCl ottenuto per anodizzazione elettrochimica. Nel caso del pH, l'elettrodo di misura è costituito da un filo di iridio rivestito da un film di ossido di iridio ottenuto mediante ossidazione termica. Il controelettrodo è costituito da una barretta di rame immersa in una soluzione satura di solfato di rame. Un apposito sistema, gestito da un circuito elettronico, consente, ad ogni misura, il ricambio automatico della soluzione garantendo la stabilità a lungo termine delle misure. Le misure di potenziale vengono tradotte in valori di concentrazione tramite curve di calibrazione, specifiche per ogni sensore, ricavate da misure in laboratorio utilizzando gli standard di riferimento.
I dati, acquisibili con una frequenza temporale regolabile, vengono trasmessi mediante GSM ad un portale che registra le informazioni e gestisce gli alert, consentendo a distanza di avere un monitoraggio funzionale dello stato di conservazione del calcestruzzo del copriferro e dei processi di degrado in atto, nonché della loro evoluzione nel tempo.
Il sistema di monitoraggio risulta non invasivo ed economico. Inoltre consente di misurare i parametri chimico-fisici in punti della struttura difficilmente accessibili, come viadotti e piloni. Il metodo oggetto del presente articolo riguarda un sistema di rilevamento in situ brevettato (rif. ITALIA: concessione n° 1423532; EUROPA: Application n°15716866.7-1020. Patent n° 3114477, UAE: Application n° P6000163/2016).
 

English version
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The durability of constructions
A methodology for the monitoring by sensors, in continuous and in remote, of the corrosion risk of the metal armatures

The method aims to measure non-destructively the chloride content and the pH of the concrete in civil constructions and in engineering works in general, in order to evaluate the conditions of degradation and to monitor over time the process of aging and deterioration. In particular, the proposed experimental method is based on the measurement of the half-cell potential of an electrode (with a diameter of one millimiter) inserted inside the concrete during the casting or post-jet phase, and referred to a counter-electrode of the liquid junction type placed on the external surface of the construction. For the measurement of the chlorides content, the electrode is a wire of silver coated with an AgCl film obtained by electrochemical anodization. For the measurement of the pH, the electrode is an iridium wire coated with a film of iridium oxide obtained by annealing. The counter electrode consists of copper bar immersed in a saturated solution of copper sulphate. A special system, controlled from an electronic circuit, allows for each measurement the automatic replacement of solution guaranteeing a long-term stability of the measures. The potential measurements are converted into concentration values through calibration curves, specific for each sensor, obtained from measurements in the laboratory using reference standards. The data, acquirable with an adjustable time frequency, are transmitted via GSM to a portal that registers the information and manage alerts, allowing a remote monitoring of the state of preservation of the concrete cover and of the ongoing degradation processes, and of their evolution over time. The monitoring system is non-invasive and economic. It also allows to measure the chemical-physical parameters in points of the structure difficult to access, such as viaducts and pylons. The method covered by this article concerns a patented in situ detection system. (ref. ITALY: concession No. 1423532; EUROPE: application No. 15,716,866.7-1.020. Patent No. 3114477, EAU: Application No. P6000163 / 2016).

RESISTENZA AL FUOCO DI VOLTE IN MURATURA
Il caso dell’ex area mercatale di Gallipoli
di
Marianovella Leone, 
Ricercatore, Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Università del Salento
marianovella.leone@unisalento.it
Marcello Gatto, 
Ingegnere, Libero professionista
gatto.marcello89@gmail.com
Pier Silvio Marseglia
Ingegnere, Libero professionista
piersilvio.marseglia@unisalento.it

Il presente lavoro affronta la valutazione delle prestazioni meccaniche e della capacità portante delle coperture voltate in muratura di pietra leccese esposte ad incendi. È stato esaminato un edificio sito nel centro storico di Gallipoli che un tempo ospitava l’area mercatale ed attualmente ha destinazione commerciale. Per tale edificio è stato simulato uno scenario di incendio con un software che consente di riprodurre lo sviluppo dello stesso attraverso la velocità di rilascio del calore per area o tramite il calore di reazione. La caratterizzazione meccanica del materiale integro e del materiale danneggiato, adottata nella simulazione, è stata effettuata sperimentalmente. È stato, inoltre, istituito un confronto tra le distribuzioni delle temperature ottenute con l’analisi numerica e la condizione reale agli incendi avvenuti negli anni ’80 e’90 rilevata tramite alterazione cromatica della muratura. La colorazione del materiale danneggiato è stata confrontata con la mappatura termica della simulazione numerica. Infine, è stata discussa la validità ed applicabilità del modello proposto in relazione sia allo stato dell’arte sia ad eventuali sviluppi futuri.

English version
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FIRE RESISTANCE OF MASONRY VAULTS
Case study: ex market area of Gallipoli

This work addresses the evaluation of the mechanical performance and load capacity of masonry vaulted constructed with Lecce stone exposed to fire. A building in the historic centre of Gallipoli (LE), which once housed the market area and is now used for commercial purposes, was examined. For this building a fire scenario was simulated with software that allows to reproduce the development of the same through the speed of heat release per area or through the reaction heat. The mechanical characterization of both original and damaged material was carried out experimentally. A comparison between the temperature distributions obtained by numerical analysis and the real condition of fires, detected by chromatic alteration of the masonry, was also performed. The color of the damaged material was compared with the thermal mapping of the numerical simulation. Finally, the validity and applicability of the proposed model was discussed in relation to both the state of the art and any future developments.