226   Novembre - Dicembre  2019
ISSN 2282-3794
NUOVA GENERAZIONE DI EDIFICI INTEGRATI A BASSO DANNEGGIAMENTO: ALZARE L’ASTICELLA NELLA RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO
di
Stefano Pampanin
Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni, Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica, Università di Roma “La Sapienza” - Adjunct Professor, Department of Civil and Natural Resources Engineering, University of Canterbury, Christchurc
stefano.pampanin@uniroma1.it, stefano.pampanin@canterbury.ac.nz

ENGLISH VERSION
Il grave impatto socioeconomico dei recenti eventi sismici ha ulteriormente evidenziato, da un lato, la netta discrepanza tra le aspettative della società e la realtà delle prestazioni sismiche degli edifici moderni, confermando, dall'altro, l’urgente necessità di un piano coordinato per la  riduzione del rischio sismico a scala nazionale.
In generale, seppure con alcune eccezioni, gli edifici moderni multipiano progettati secondo recenti normative antisismiche hanno “funzionato” da un punto di vista tecnico come atteso. Secondo i principi di gerarchia delle resistenze – o progettazione in capacità - le cerniere plastiche si sono formate in discrete e predeterminate regioni dell’edificio, ad esempio all’interfaccia trave-colonna, alle connessioni tra colonna-fondazione e parete-fondazione, permettendo agli edifici di oscillare e rimanere in piedi e alle persone di evacuare. Tuttavia, in tali condizioni, la riparazione di questi edifici si è dimostrata particolarmente (se non troppo) costosa comportando spesso la demolizione controllata.
Evidentemente, nel Terzo Millennio, l’obiettivo primario della Salvaguardia della Vita Umana non è più sufficiente per una società moderna, almeno quando si fa riferimento alle nuove costruzioni.
Si rende urgentemente necessario un cambio di paradigma nei criteri e obiettivi di progettazione prestazionale, puntando al controllo del danno sia in termini di metodi e filosofie progettuali che in termini di tecnologie a basso-danneggiamento. La maggiore consapevolezza, da parte della popolazione in generale, e più in particolare degli inquilini, dei proprietari di immobili, delle autorità territoriali e dei (ri-)assicuratori, dei gravi impatti socio-economici di terremoti moderatamente forti in termini di vittime/danni/costi/tempi (perdita di operabilità), ha effettivamente stimolato (per esempio in Nuova Zelanda a seguito della sequenza di eventi sismici nella regione di Canterbury nel 2010-2011) e facilitato una più ampia accettazione e implementazione di tecnologie a basso-danneggiamento, peraltro molto efficienti sotto il profilo dei costi.
Rendere le comunità più sicure e più resilienti è oggi finalmente riconosciuto obiettivo primario delle politiche e pratiche di riduzione del rischio. Rendere il nostro sistema di strutture e infrastrutture resistente ai danni e resiliente agli impatti rappresenterebbe un passo fondamentale verso tale obiettivo. L’”asticella” è stata quindi alzata in modo significativo con la richiesta di accelerare lo sviluppo di ciò che la popolazione spererebbe o meglio già si aspetterebbe di avere, cioè costruzioni effettivamente "anti-sismiche", in grado di sostenere lo scuotimento di un forte terremoto senza praticamente alcun danno.
Oltre alle più "tradizionali" tecnologie ad alte prestazioni quali l’isolamento alla base e, per certi aspetti, i controventi dissipativi, che stanno vivendo una rinascita in Nuova Zelanda, particolare interesse viene attribuito a sistemi "a basso danneggiamento" alternativi e più recentemente sviluppati, basati su sistemi di post-tensione non-aderente e meccanismi di rocking dissipativo, che uniscono capacità autocentranti e dissipative, con soluzioni in calcestruzzo, legno lamellare e acciaio.
Questo articolo fornisce una panoramica sui recenti progressi, ottenuti tramite una ingente attività di ricerca negli ultimi vent’anni, con particolare riferimento agli ultimi quindici anni di Ricerca e Sviluppo presso l'Università di Canterbury a Christchurch in Nuova Zelanda, per lo sviluppo di un “sistema edificio” a basso-danneggiamento, nell’ambito di un approccio integrato che tenga conto dello scheletro della sovrastruttura, delle componenti non strutturali (facciate, partizioni/tamponature, controsoffitti, impianti, contenuto) e dell'interazione con il sistema suolo / fondazione.
Si presenteranno esempi di applicazioni in situ di tale tecnologia in Nuova Zelanda, realizzati in calcestruzzo armato, legno lamellare, acciaio o una combinazione di questi materiali, quali esempi positivi di un avvenuto trasferimento dalla teoria alla pratica di una progettazione sismica prestazionale avanzata, in linea con l'obiettivo più ampio di “Building Resilience”.

English version
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NEXT GENERATION OF INTEGRATED LOW-DAMAGE BUILDING SYSTEMS: RAISING THE BAR IN EARTHQUAKE RISK REDUCTION

The severe socio-economic impact of recent earthquake events has further highlighted, on one hand, the severe mismatch between societal expectations over the reality of seismic performance of modern buildings, while confirming, on the other hand, the crucial need for a coordinated seismic risk reduction plan at a national level.
In general, albeit with some unfortunate exceptions, modern multi-storey buildings performed as expected from a technical point of view. As per capacity design principles, plastic hinges formed in discrete predetermined regions, e.g. beam-to-column interface, column-to-foundation and wall-to foundation connections, allowing the buildings to sway and stand and people to evacuate. Nevertheless, in such conditions, these buildings are very expensive to be repaired, and often deemed too expensive and are consequently demolished.
Arguably, in the third Millennium, targeting life-safety is not enough for our modern society, at least when dealing with new building construction.
A paradigm shift in performance-based design criteria and objectives towards damage-control or low-damage design philosophy and technologies is urgently required. The increased awareness by the general public, tenants, building owners, territorial authorities as well as (re)insurers, of the severe socio-economic impacts of moderate-strong earthquakes in terms of deaths/damage/dollars/downtime, has indeed stimulated and facilitated (in New Zealand, in the aftermath of the Canterbury Earthquake Sequence in 2010-2011) the wider acceptance and implementation of cost-efficient damage-control (or low-damage) technologies.
Building safer and more resilient communities is in fact being recognized as the overarching goal of risk reduction policies and practices. A damage-resistant or impact-resilient built environment, including structures and infrastructures, would represent a key step towards this goal. The ‘bar’ has thus been raised significantly with the request to fast-track the development of what the wider general public would hope, and somehow expect, to live in, i.e. an “earthquake-proof” building system, capable of sustaining the shaking of a severe earthquake basically unscathed.
In additional to more “traditional” damage-control technology as base isolation and supplemental dissipative braces, which are experiencing a resurgence in New Zealand, particular interest is being received by alternative and more recently developed “low-damage” systems, based on post-tensioned rocking mechanisms, combining self-centering and dissipating capabilities, for either concrete, timber and steel.
The paper provides an overview of recent advances through extensive research, carried out in the past twenty years – with focs on the pat fifteen years of R&D at the University of Canterbury in New Zealand, towards the development of a low-damage building system as a whole, within an integrated performance-based framework, including the skeleton of the superstructure, the non-structural components (facades, partitions/infills, ceilings, services, contents) and the interaction with the soil/foundation system.
Examples of on site-applications of such technology in New Zealand, using concrete, timber (laminated timber), steel or a combination of these materials, and featuring some of the latest innovative technical solutions developed in the laboratory, will be presented as comforting example of successful transfer of performance-based seismic design approach and advanced technology from theory to practice, in line with the broader objective of Building Resilience.

STRUTTURE IN CALCESTRUZZO ARMATO NEGLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE DELLE ACQUE REFLUE URBANE
di
Luca Bonomo, 
Professor of Environmental Engineering (ret.), Politecnico di Milano
luca_bonomo@fastwebnet.it
Pietro G. Gambarova, 
Professor of Structural Engineering (ret.), Politecnico di Milano - Department of Civil and Environmental Engineering - DICA
pietro.gambarova@polimi.it
Roberto Mazzini
MS Chemical Engineer, President, Milano Depur Co., Milan, Italy
roberto.mazzini@veolia.com

Gli impianti per la depurazione delle acque sono oggigiorno un aspetto familiare dell’ambiente costruito, in quanto il trattamento delle acque reflue è stato, è tuttora e sempre sarà fondamentale per il benessere dell’Uomo. Contemporaneamente, però, aumenta l’esigenza di migliorare l’efficienza operativa e la durabilità degli impianti, limitandone nel contempo l’impatto ambientale. Queste sfide sono ben colte dal calcestruzzo strutturale, purché le mescole cementizie siano ottimizzate a fronte dell’esposizione ai liquami ed alle condizioni ambientali difficili tipiche delle località in cui sono spesso posti gli impianti. Oltre all’alta qualità del calcestruzzo strutturale, è necessaria alta qualità nella progettazione strutturale, nelle tecnologie di costruzione e nel controllo del comportamento strutturale effettivo. Dopo una concisa presentazione degli impianti di depurazione tradizionali ed innovativi (dove il costo delle opere civili è compreso fra il 30 ed il 50% del costo totale), vengono discusse le proprietà meccaniche e fisiche richieste ad un calcestruzzo durevole, e vengono presentate alcune strutture in c.a. tipiche degli impianti di depurazione, a dimostrazione (se mai sia necessario) di come la messa a punto accurata della miscela ed il controllo delle modalità di maturazione possano rendere il materiale molto efficace strutturalmente, anche in condizioni ambientali aggressive.

English version
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Reinforced Concrete Structures in the Treatment Plants of Urban Wastewater

Waste-water treatment plants are nowadays a commonly-found part of the built environment, since the treatment of sewage has been, is and always will be a major issue for the well-being of human communities. At the same time, improving the in-service efficiency, increasing the durability and limiting the environmental impact of the plants is becoming a must. These challenges are efficiently met by structural concrete, provided that cementitious mixes are optimized to resist the exposure to sewage and to the harsh conditions typically found in the locations of the plants, where high/low temperatures, air pollution, humidity and/or salt spray are a daily occurrence. Beside structural-concrete quality, the quality of structural design and construction technologies, as well as of the checks to be performed on the built structures should be pursued. After a concise presentation of traditional and innovative waste-water treatment plants (where the construction cost ranges from 30 to 50% of the total cost), the mechanical and physical properties necessary for a durable concrete are discussed and various RC structures commonly found in water purification plants are presented, to underline (once more) that concrete can be a very efficient material in terms of structural performance, face to extreme environments, provided that the mix design be optimized and curing be appropriate.

IL MODELLO PER LA PROGETTAZIONE E LA COSTRUZIONE: le aviorimesse di Pier Luigi Nervi
di
Giulio Barazzetta, 
Dipartimento ABC, Politecnico di Milano
giulio.barazzetta@polimi.it
Emilio Mossa, 
Dipartimento ABC, Politecnico di Milano
Carlo Poggi, 
Dipartimento ABC, Politecnico di Milano
carlo.poggi@polimi.it
Marco Simoncelli
Dipartimento ABC, Politecnico di Milano
marco.simoncelli@polimi.it

ENGLISH VERSION / ITALIAN VERSION (REDUCED)
Le aviorimesse in cemento armato progettate e realizzate da Pier Luigi Nervi tra il 1935 e il 1942 sono state opere molto importanti dal punto di vista architettonico e ingegneristico e sono divenute famose in tutto il mondo. In quegli anni Pier Luigi Nervi ha realizzato 8 aviorimesse divise sostanzialmente in due differenti tipologie. La ricerca presentata nell’articolo fa parte di un progetto di ampio respiro scaturito in una mostra, tenutasi al Politecnico di Milano nel 2017, intitolata "Pier Luigi Nervi, il modello come strumento di progetto e costruzione "che raccoglie le ricerche dell'Università degli Studi di Bologna, dell'Università di Roma Tor Vergata e del Politecnico di Milano.
Nell’articolo si intende confrontare le esperienze di progettazione strutturale e architettonica sul "modello" come problema di rappresentazione della progettazione. La mostra stessa è stata utilizzata come punto di partenza per una discussione generale sul significato del passaggio logico che porta ingegneri e architetti da modelli in scala fisica a modelli strutturali di tipo numerico. Il contributo fondamentale del Politecnico di Milano è stato quello di riscoprire e riscrivere le prime esperienze di collaborazione tra Nervi e Danusso nella creazione di modelli in scala ridotta, utilizzati come supporto alla progettazione strutturale. Infatti, per la comprensione del comportamento strutturale di opere complesse, i modelli in scala erano ampiamente utilizzati in passato. Sfortunatamente, molti di questi capolavori sono stati distrutti nel corso degli anni (come è accaduto ai due modelli originali che furono utilizzati nello studio delle aviorimesse e che sono stati riprodotti fedelmente con la stessa scala nell’ambito della mostra).
Nella parte finale dell’articolo, partendo da risultati numerici ottenuti da analisi con elementi finiti, viene discusso il comportamento strutturale delle due tipologie di aviorimesse, sottolineando i principali punti di forza e di debolezza di queste strutture alquanto complesse.

English version
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MODEL TO DESIGN AND BUILD: the Airplanes hangars of Pier Luigi Nervi

Between 1935 and 1942 Pier Luigi Nervi designed and built different hangars made by reinforced concrete that were very important structures from both architectural and engineering point of view. In detail, 8 different structures were created divided into two different typologies. The research presented in the paper is enclosed in the framework of the exhibition entitled "Pier Luigi Nervi, il modello come strumento di progetto e costruzione" that gathers researches from Università degli Studi di Bologna, Università di Roma Tor Vergata e Politecnico di Milano.
In the paper the principal aim is comparing experiences in structural and architectural design about the “model” as representation issue in the architectural design process. Furthermore, the exhibition itself was used as a starting point for a general discussion about the meaning of the logical passage that leads engineers and architects from physical scaled to numerical structural models. The Politecnico di Milano contributed to re-writing the first experiences of collaboration between Nervi and Danusso in the creation of scaled models, used as a support for structural design. Indeed, scale models were widely used in the past for the understanding of the structural behaviour of complex structures. Unfortunately, many of these masterpieces have been destroyed over the years (as happened to the two original models that were used in the past in the study of hangars and that have been faithfully reproduced in the exhibition). In the final part of the paper the structural behaviour of the two types of hangars is discussed, underlining all the principal strengths and weaknesses of these complex structures.

MATERIALI E UMIDITÀ DI RISALITA NELLA BASILICA DI S. MARIA MAGGIORE A BOLOGNA
Uno studio sperimentale ai fini del restauro
di
Valentina Gori, 
Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali (DICAM), Università di Bologna
valentina.gori5@gmail.com
Roberto Terra, 
Studio di progettazione Cavina Terra Architetti, Bologna
r.terra@cavinaterraarchitetti.it
Elisa Franzoni, 
Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali (DICAM), Università di Bologna
elisa.franzoni@unibo.it
Laura Tonni
Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali (DICAM), Università di Bologna
laura.tonni@unibo.it

La chiesa di Santa Maria Maggiore è uno degli edifici religiosi più antichi di Bologna. Dal 2012 lo Studio di progettazione “Cavina Terra Architetti” si è occupato dell’intervento di restauro, volto a mitigare i problemi di natura strutturale, occorsi a seguito degli eventi sismici del gennaio e del maggio 2012. La chiesa è però anche interessata da umidità di risalita, la quale ha indotto numerosi fenomeni di degrado non solo sulle superfici delle strutture in elevazione intonacate, ma anche sui basamenti in Rosso di Verona e sull’estesa pavimentazione alla veneziana. Allo scopo di gettare le basi per una strategia di risanamento efficace e duratura, l’umidità di risalita nella chiesa è stata studiata seguendo un approccio olistico, cioè indagando il sistema delle acque sotterranee mediante indagini storico-archivistiche e indagini geognostiche in situ, monitorando il microclima interno della chiesa ed effettuando prove ed analisi sui materiali delle murature (laterizi e intonaci), allo scopo di determinare il contenuto di umidità e sali, nonché le caratteristiche più rilevanti per lo scambio igrometrico con l’ambiente. Queste indagini hanno permesso di individuare l’origine dell’umidità e le sue dinamiche in relazione ai materiali e all’ambiente, consentendo quindi di delineare alcune linee guida per l’intervento, ai fini della mitigazione dell’umidità di risalita.

English version
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MATERIALS AND RISING DAMP IN THE S. MARIA MAGGIORE BASILIC IN BOLOGNA
An experimental study for conservation

Santa Maria Maggiore is one of the most ancient churches in Bologna. Since 2012, the Architecture Studio “Cavina e Terra Architetti” has been in charge of the conservation works, aimed at mitigating the structural problems due to the May 2012 earthquake. However, the church is also affected by rising damp, which caused many deterioration processes in the plastered masonry walls, in the internal Rosso di Verona stone cladding at the basis of the internal walls and in the wide terrazzo floor. In this paper, aiming at contributing to an effective and durable repair strategy, the rising damp phenomenon was investigated according to a holistic approach. This was done studying the presence of underground water and the pipeline network by historical survey and on-site tests, monitoring the indoor church climate, and performing analyses on the masonry materials (bricks and plasters), to determine the amount of moisture and salts and the most important materials’ characteristics for water transport. The tests and analyses allowed to detect the sources and mechanism of rising damp and to identify some guidelines for conservation, expected to reduce rising damp.

DA LEONARDO DA VINCI ALLE RECENTI PRESCRIZIONI NORMATIVE
Concetti di ottimizzazione strutturale e centralità dell’ingegnere strutturista
di
Giuseppe Rossi, 
Planning Workshop s.r.l., Roma
g.rossi@mailpw.it
Felisiano Propato

Per celebrare i cinquecento anni dalla morte del genio di Leonardo Da Vinci, è interessante cogliere il filo conduttore che, seguendo il modus cogitandi di Leonardo e passando per il pensiero e le opere di alcuni dei personaggi di spicco, ha segnato la ricerca nel campo dell’ingegneria civile finalizzata all’ottimizzazione strutturale; tale contributo non è casuale ma vuole essere oggi un monito per i giovani ingegneri a comprendere l’importanza e la centralità dell’ingegneria strutturale, in un‘epoca dove appare sempre più affermandosi l’idea che la “tecnica” stia perdendo visibilità a vantaggio di altre figure quali quelle imprenditoriali o dirigenziali. Sono quest’ultime stimate ed ambite nelle grosse aziende, mentre la conformazione del tecnico specializzato va via via sbiadendo, alla mercé degli obiettivi a termine dei dirigenti o “capi” imprenditori. In questo contesto di appannamento, si vuole ricordare il ruolo primario che, nell’ambito della progettazione delle opere civili, l’ingegnere strutturista ha avuto nel passato e riveste tutt’ora, mettendo in evidenza come la realizzazione di un progetto “sapiente”, che possieda caratteristiche di affidabilità, robustezza e durabilità, porti oltre ad un beneficio finanziario, ad un benessere socio-economico per l’intera collettività.
Oggi l’ottimizzazione strutturale si applica in un contesto differente, dove la tecnologia a disposizione è sensibilmente migliorata favorendo un avanzamento della ricerca e la richiesta riguarda principalmente gli interventi sull’esistente più che la cura del nuovo; ciò si riflette sull’evoluzione normativa, che con l’avvento delle NTC2008 obbliga all’utilizzo di metodologie di calcolo più raffinate rispetto al classico metodo delle tensioni ammissibili, mentre per le aree in zona sismica vede l’introduzione di concetti nuovi quali duttilità, fattore di struttura, sistemi di protezione innovativi come l’isolamento e/o la dissipazione. È in questo ambito che l’ingegnere strutturista, ripercorrendo il pensiero dei più illustri predecessori, deve essere consapevole dell’importanza del proprio ruolo e proporre soluzioni di ottimizzazione finalizzate alla qualità del prodotto finale.

English version
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PASSING FROM LEONARDO DA VINCI TO THE RECENT CODE REQUIREMENTS
On Structural optimization concepts and the importance of the structural engineer role

To celebrate the five hundred years since the death of the genius of Leonardo Da Vinci, it is interesting to grasp the common thread that, following the modus cogitandi of Leonardo and passing through the thought and works of some of the leading figures, marked the research in the field of 'civil engineering aimed at structural optimization;  this tribute wants to be a warning to young engineers to understand the importance and centrality of structural engineering, in an age where the idea that the "technique" is losing visibility to advantage of other figures such as business or management. They are the latter figures esteemed and sought after in large companies, while the conformation of the specialized technician is gradually fading, at the mercy of the goals at the end of the managers or "bosses" entrepreneurs. In this context, we want to recall the primary role that, in the field of civil works planning, the structural engineer has had in the past and still plays, highlighting how the realization of a "wise" project, that possesses characteristics of reliability, robustness and durability, leads besides a financial benefit, to a socio-economic well-being for the entire community. Today the structural optimization is applied in a different context, where the available technology is significantly improved by favoring a progress in research, while the request mainly concerns the interventions on the existing rather than the care of the new. This is reflected in the evolution of legislation, which since the advent of the NTC2008 obliges the use of more sophisticated calculation methods than the classic method of admissible stresses, while for constructions in seismic areas it sees the introduction of new concepts such as ductility, behavior factor, innovative protection systems such as isolation and / or dissipation. It is in this context that the structural engineer, retracing the thinking of the most illustrious predecessors, must be aware of the importance of his role and propose optimization solutions aimed at the quality of the final product.