231   Settembre - Ottobre  2020
ISSN 2282-3794
MATERIALI CEMENTIZI AUTORIGENERANTI
Una risorsa durevole e sostenibile per il settore delle costruzioni
di
Luigi Coppola, 
Dipartimento di Ingegneria e Scienza Applicate – Università degli Studi di Bergamo
luigi.coppola@unibg.it
Denny Coffetti, 
Dipartimento di Ingegneria e Scienza Applicate – Università degli Studi di Bergamo
denny.coffetti@unibg.it
Elena Crotti, 
Dipartimento di Ingegneria e Scienza Applicate – Università degli Studi di Bergamo
elena.crotti@unibg.it
Gabriele Gazzaniga
Dipartimento di Ingegneria e Scienza Applicate – Università degli Studi di Bergamo
gabriele.gazzaniga@guest.unibg.it

A livello mondiale è in forte crescita la consapevolezza di un necessario cambiamento di rotta per quanto concerne la produzione di agenti inquinanti e il consumo di risorse primarie. Questa preoccupazione tocca in particolar modo il settore delle costruzioni, da sempre connotato come grande produttore di agenti inquinanti e utilizzatore di materie prime, costretto a vivere una assillante dicotomia tra “ciò che conviene” e “ciò che è prestazionale”. I materiali a comportamento self-healing, controllando e riparando la formazione di fessure nei manufatti in calcestruzzo, possono impedire la penetrazione di agenti alla base del degrado della matrice cementizia e fornire un parziale recupero delle proprietà ingegneristiche allungando la vita di servizio delle strutture in calcestruzzo armato nell’ottica di una maggiore sostenibilità.
Questo documento delinea lo state dell’arte attuale sui materiali cementizi self-healing e sui metodi sperimentali tesi a valutare la capacità di “auto-guarigione”, ponendo l’accento sull’affidabilità di questi sistemi in un’ottica di durabilità di edifici realizzati con calcestruzzi autorigeneranti.

English version
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SELF-HEALING CEMENTITIOUS MATERIALS
A durable and sustainable resource in construction

Worldwide there is a strong growth in awareness of a necessary change in production of pollutants and in consumption of primary resources. This concern particularly affects the construction sector which has always been characterized as a major producer of greenhouse gas emissions and a large consumer of raw materials, forced to live a nagging dichotomy between "what is convenient" and "what is performing". Self-healing cement-based materials, by controlling and repairing the formation of cracks in concrete structures, can prevent the penetration of aggressive agents (responsible for deterioration and corrosion) and provide a partial recovery of the engineering properties, effectively extending the service life of reinforced concrete elements affected by the appearance of cracks.
This document will outline the current state of the art on self-healing materials and on experimental methods to certify validity and effectiveness of "self-healing", emphasizing the reliability of these systems from a durability viewpoint.

LE VOLTE PIATTE
Geometria e statica dei conci autoequilibranti nel progetto di strutture voltate
di
Attilio Pizzigoni, 
Università di Bergamo
attilio.pizzigoni@unibg.it
Vittorio Paris
Università di Bergamo
vittorio.paris@unibg.it

ENGLISH VERSION / ITALIAN VERSION
Nel quarto libro del trattato sulla Stereotomia, Amedee F. Frezier descrive tre tipi di Volte-Piatte: la Piatta-banda, la Volta-Piatta propriamente detta, e la Volta Inclinata, o a Pennacchio. La loro differenza si configura nell’attacco a terra: il primo tipo di volta appoggia su due lati contrapposti, il secondo su tutti quattro i lati del perimetro di base, il terzo tipo si fonda su due lati contigui del perimetro di base mentre gli altri due sono svincolati e a sbalzo.
I suoi riferimenti vanno dal Serlio a Philibert de l’Orme, da Wallis al de la Hire, e sono stati anche i nostri riferimenti.
Queste cosiddette Volte-Piatte, per le loro caratteristiche statiche “non-spingenti” spesso vengono catalogate unitariamente nella categoria delle “piattabande”.  La loro specificità si basa sulla particolare stereometria dei conci con cui vengono realizzate, i quali generano l’equilibrio della struttura proprio interagendo reciprocamente. È tecnologicamente interessante il fatto che tale equilibrio si verifica non solo al momento del suo completamento, con il comportamento a guscio o a catenaria rovescia dell’intera struttura, ma si manifesta anche nella fase costruttiva, durante la posa progressiva dei singoli conci od anelli di conci.
Come gli studi citati sull’utilizzo della pietra anche nel caso in studio gli elementi strutturali, semplicemente accostati tra loro, vengono considerati per la loro proprietà di assorbire soltanto sollecitazioni di compressione. In questo senso riprendiamo qui i medesimi principi e le considerazioni di stabilità strutturale che già in passato abbiamo studiato e analizzato in riferimento alle piattabande della spinapesce brunelleschiana, e alle cupole rinascimentali dei Sangallo, con particolare attenzione alla possibilità che presentano queste ultime di essere realizzate senza l’uso di casseforme provvisionali.
Nel caso di studio non entriamo nel merito delle varietà e delle diversità morfologie di queste volte-piatte, ma abbiamo sviluppato l’applicazione dei conci reciproci nel caso di una tipologia specifica di volte a doppia curvatura (in questo caso sferica, ma varrebbe analogamente per le Hipar) e abbiamo definito la geometria (stereotomia) di un unico concio tridimensionale reciproco (reciprocal pannel)  che si aggrega nel pattern  strutturale secondo un ordine che è anche pattern  geometrico e formale della volta.

English version
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ON PLATE VAULTS
Geometry and statics of self-balancing ashlars designing vaulted structures

In the fourth book of his treatise on Stereotomy, Amedée F. Frezier describes three types of Plate-Vaults: the plate-bande, the proper plate-vault, and the trumpet vault. The primary difference between these types lies in the way their base course rests on the supports. The first type of vault, similar to a voussoir arch, maintains contact with the abutments at the opposite edges. The second type has all of its edges in contact with the supports, and the third is in contact with abutments on two contiguous sides with the other edges suspended free with no supports.
The current research refers to Amedée F. Frezier, who further had relied on the works of Serlio, Philibert de l'Orme, and also Wallis or de la Hire.
From a static point of view, the structural behaviour of the plate-vault structure can be considered similar to that of plate-bande, but unlike plate-bande, the plate-vault develops in a three-dimensional space, associating them to domes or vaults. The current research conducted focuses on this plate-vault construction adopting reciprocal ashlars (also called panels). The stereotomy of these ashlar units plays a key role allowing the overall structure to remain self-balanced even during the construction phases.
The plate-vaults under research are studied under the hypothesis proposed by J. Heyman, where all evaluations are executed assuming zero tensile resistance, high compressive strength and considering that siding does not occur. As established by the hypothesis, the properties of the ashlar unit can permit forces of compression and based on this; the authors refer to the statics in place. Principles also used for studying Brunelleschi's herringbone, and in the Renaissance domes of Sangallo, are parallel to the current research and focus on the unique feature that is brought to light: the possibility of construction without the use of a temporary formwork. Within the research, the stereotomy of the reciprocal three-dimensional panel was defined to be used it in composition in the structural scheme of a vaulted surface, according to a triangular order. In this way, the ashlars constitute, at the same time, to both the geometric design and the structural design. Indeed, the triangular base of such ashlars and thus the triangular interlocking of this structural model is what creates this new model.
The geometry of the reciprocal panel, defined by triangular, hexagonal and rhomboidal compound faces, can be adapted to the most diverse curved, double-curved or even flat surfaces. The geometric alteration is obtained through the manipulation of the parameters like the amplitude of curvature at the surface. Nevertheless, preserving the interlocking of the contiguous triangles and hexagons, guarantees  stability during the construction stage as well.

NORMATIVA, MODELLAZIONE, REALTA’
Studio su quattro edifici in muratura interessati dall’evento sismico del centro Italia del 2016
di
Enrico Devoto
Dottore in Ingegneria Civile Strutturale
enricodevoto94@gmail.com

Il presente articolo è la sintesi del lavoro di tesi su edifici in muratura effettuato secondo un approccio innovativo rispetto a quello usuale: anziché focalizzare l’attenzione sui difetti degli edifici collassati e ricercare in essi le cause dei crolli, si è indagato sulla ragione per cui edifici situati in luoghi fortemente colpiti dal sisma del Centro Italia del 2016 abbiano resistito con efficacia all’evento sismico. Attraverso le banche dati dell’INGV (ITACA) e della Protezione Civile (schede AeDES) sono stati individuati quattro edifici quali casi di studio significativi sia per il livello delle scosse sismiche che per la mancanza in essi di danneggiamenti. Gli stessi sono stati sottoposti ad analisi numeriche mediante due software commerciali di ampia diffusione nei quali sono implementate due tipologie di elementi finiti (EF bidimensionali e frame by macroelements), con l’obiettivo di valutare la rispondenza ai casi reali in esame delle calcolazioni effettuabili utilizzando i metodi ed i parametri della Normativa Vigente (livelli di conoscenza e parametri di resistenza prescritti nella tab C8.5.1 del DM2018). L’auspicio dello studio è quello di fornire spunti di riflessione per una sempre migliore comprensione del comportamento degli edifici in muratura sottoposti ad eventi sismici, tematica di grande rilevanza per la comunità scientifica italiana, stante la grandissima diffusione di questa tipologia nel patrimonio edilizio nazionale.  I risultati del lavoro qui esposto sono alla base di un ulteriore articolo che affronterà in maniera critica le risultanze di quanto emerso utilizzando un approccio più orientato alla pratica professionale. Nel lavoro si valuteranno le ricadute dei metodi di studio e di intervento in relazione sia alla prevenzione nei confronti degli eventi sismici, che ai costi generali per il raggiungimento di un adeguato grado di protezione della popolazione.

English version
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REGULATION, MODELLING, REALITY
Study on four masonry buildings involved by the earthquake of central Italy of 2016

This article is the synthesis of the thesis work on masonry buildings accomplished according to an innovative approach with respect to the usual one: rather than focusing on the defects of collapsed buildings and looking for the causes, it is investigated the reason why buildings located in sites strongly affected by the earthquake of Central Italy of 2016 have successfully resisted to the seismic actions. Through the databases of INGV (ITACA) and Protezione Civile (AeDES forms) they are selected four buildings as cases of study relevant both for the intensity of the seismic shock both for the absence of damage. Those have been numerically analyzed by means two commercial codes largely used in which they are implemented two types of finite elements (bidimensional FE and frame by macroelements), with the goal of evaluating the compliance to the real cases under examination of the calculations done by employing the methodologies and the parameters prescribed by the current regulations (level of knowledge and resistance parameters prescribed in tab. C8.5.1 of DM2018). The hope of the study is to provide food for thought for a better knowledge of the response of masonry buildings to seismic actions, which is a very relevant subject for Italian scientific community, since the great diffusion of this structural typology within the national building heritage. The results of the presented work are the basis for a further article which will discuss in a critical way of the evidences emerged, by adopting an approach oriented to the professional practice. It will be evaluated the relapses of the techniques of study and intervention both on prevention with respect to seismic events, both on the general costs for the achievement of an adequate protection degree for the community.

MONITORAGGIO DI UN PONTE FERROVIARIO AD ARCO A VIA INFERIORE A SAVIGNANO SUL PANARO
di
Mattia Di Fabio, 
ArchLivIng Ferrara
m.difabio@archliving.it
Gianluca Loffredo, 
ArchLivIng Ferrara, Dipartimento di Ingegneria, Università di Ferrara
g.loffredo@archliving.it
Filippo Maria Soccodato, 
IAT Ingegneria Roma
f.soccodato@iating.it
Antonio Michele Tralli
Dipartimento di Ingegneria, Università di Ferrara
tra@unife.it

Questo articolo discute il tema relativo alle nuove strategie di gestione delle opere (Asset Integrity Management) focalizzate sulla pianificazione ottimale degli interventi, impiegando in particolar modo sistemi di monitoraggio strutturale (Structural Health Monitoring). Tale metodologia viene applicata nello studio di un ponte ferroviario ad arco a spinta eliminata nell’ambito di una collaborazione tra FER (Ferrovie Emilia-Romagna), la società di ingegneria ArchLivIng e il Dipartimento di Ingegneria di Ferrara. Sono affrontati diversi temi tra i quali la caratterizzazione statica e dinamica della struttura, mediante la quale implementare un modello numerico fedele alla realtà e la progettazione di un sistema di monitoraggio strutturale, quale elemento fondamentale per la valutazione dello stato di salute di un’opera, nonché elemento di supporto per ottimizzare la pianificazione dei processi manutentivi.

English version
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STRUCTURAL MONITORING OF A RAILWAY TIED

This paper aims at investigating the state-of-the-art management strategies in civil engineering (Asset Integrity Management). These strategies are focused on effective intervention planning by using the Structural Health Monitoring system. This methodology will be applied in the study of a railway tied-arch bridge, a project designed by Archliving Engineering Company in collaboration with FER (Ferrovie Emilia-Romagna) and the Department of Engineering at University of Ferrara. The themes tackled in this study include the static and dynamic characterization of the structure, in order to implement an accurate numerical model and design a structural monitoring system. This key element is necessary to assess the conditions of the construction and to optimise maintenance procedures.

IL BAMBÙ ITALIANO E LE SUE POTENZIALITÀ COME MATERIALE STRUTTURALE
di
Marco Fabiani, 
Docente Scuola secondaria, Pesaro
marco.fabiani3@posta.istruzione.it
Lando Mentrasti, 
DICEA, Università Politecnica delle Marche, Ancona
mentrasti@univpm.it
Luisa Molari
DICAM, Alma Mater Studiorum, Università di Bologna, Bologna
luisa.molari@unibo.it

Il bambù è da sempre usato in alcune parti del mondo non solo come materiale per produrre oggetti, ma come vero e proprio materiale strutturale per case, passerelle pedonali, edifici di culto, padiglioni fieristici e numerosi tipi di costruzioni. Con la crescente necessità di ridurre le emissioni di gas serra per limitare il fenomeno del riscaldamento globale, nel settore delle costruzioni il bambù può assumere un ruolo importante nell’ambito strutturale perché è particolarmente resistente, sostenibile e altamente rinnovabile. La sua resistenza a trazione può raggiungere valori molto elevati, mentre le altre caratteristiche meccaniche sono paragonabili a quelle del legno. La pianta cresce molto velocemente senza particolari condizioni bioclimatiche e raggiunge la maturazione entro i 3 e i 6 anni, intervallo di tempo entro il quale il bambù può essere utilizzato come materiale da costruzione. L’articolo riporta i risultati che sono stati ottenuti al termine di un’ampia indagine sulle proprietà fisiche e meccaniche di alcune specie di bambù che crescono in Italia. I bambù, tutti appartenenti al genere Phyllostachys, raggiungono valori di resistenza molto significativi, simili o superiori a quelli esibiti dalla specie più nota usata nell’ambito delle costruzioni, ovvero la Guadua angustifolia. Inoltre, si conferma che il bambù italiano dal punto di vista del suo comportamento meccanico è un ottimo candidato per prodotti ingegnerizzati specializzati per applicazioni strutturali, come il bambù lamellare.

English version
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ITALIAN BAMBOO AND ITS PERSPECTIVE AS A STRUCTURAL MATERIAL

Bamboo has always been used in much of the world not only as a material to produce objects, but also as a well-established structural material for houses, churches, pedestrian walkways, exhibition halls and other types of buildings. Bamboo can play an important role in the structural context because it is particularly resistant with the benefit of sustainability, high renewability, little environmental impact giving, therefore, a significant contribution to the mitigation to the global warming by reducing the gas emissions. The plant grows very quickly without particular bioclimatic conditions and reaches the maturity for structural use within 3 to 6 years. Its mechanical characteristics are comparable to those of wood except for tensile strength which can reach considerable higher values. The results of an extensive investigation on the physical and mechanical properties of some bamboo species that grow in Italy (all belonging to the Phyllostachys genus), shows very significant values of resistance, similar to those exhibited by the best known species used in construction, namely Guadua angustifolia. Therefore, due to its excellent mechanical behavior also Italian bamboo is a good candidate for specialized engineered products suitable for structural applications, such as laminated bamboo.