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Progettare la vita utile delle strutture (Service Life Design) Giuseppe Mancini Professor of Structural Enginering Politecnico di Torino Italy Convegno.

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Presentazione sul tema: "Progettare la vita utile delle strutture (Service Life Design) Giuseppe Mancini Professor of Structural Enginering Politecnico di Torino Italy Convegno."— Transcript della presentazione:

1 Progettare la vita utile delle strutture (Service Life Design) Giuseppe Mancini Professor of Structural Enginering Politecnico di Torino Italy Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

2 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Documento di riferimento fib – bulletin 34/2006 Model Code for Service Life Design Corrosione indotta da Gelo e disgelo Carbonatazione Attacco da cloruri Senza sali antigelo Con sali antigelo Guida alla progettazione della vita utile delle strutture con quattro livelli di affinamento

3 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Approccio completamente probabilistico Approccio semiprobabilistico Approccio deterministico idoneo al soddisfacimento dei requisiti di progetto (Deemed to satisfy method) Approccio idoneo ad evitare il meccanismo di deterioramento (Avoidance of deterioration method) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

4 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Vita utile di progetto Periodo in cui la struttura o parti di essa possono essere utilizzate per l’uso previsto con la manutenzione prevista, senza interventi manutentivi straordinari Definizione di uno stato limite Un numero di anni Livello di probabilità di non raggiungimento dello stato limite nel previsto numero di anni Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

5 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Durabilità Capacità della struttura di rimanere funzionale nelle sue condizioni ambientali per la vita utile di progetto Adozione di misure protettive o di mitigazione Uso di materiali non soggetti a deterioramento nella durata di vita (se ben mantenuti) Dimensionamento idoneo a compensare il deterioramento nella durata di vita Scelta di una durata di vita minore per gli elementi che possono essere sostituiti Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

6 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino I requisiti prestazionali devono essere associati a valori limite di affidabilità, per fissare i quali occorre tener conto di:  Classi di conseguenze CC3, CC2, CC1  Classi di affidabilità RC3, RC2, RC1  Livelli di controllo del progetto DSL3, DSL2, DSL1  Classi di esecuzione EXC1, EXC2, EXC3  Classi di robustness ROC1, ROC2, ROC3  Classi di controllo nella durata di vita CCL3, CCL2, CCL1, CCL0 Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

7 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Verifica della durata di vita di progetto a) Corrosione indotta da carbonatazione / cls non fessurato a 1 ) Metodo completamente probabilistico Stato limite  Depassivazione ricoprimento profondità di carbonatazione al tempo t Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

8 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Stato limite  Fessurazione, spalling e collasso indotti dalla corrosione massimo incremento di raggio per corrosione sopportabile del calcestruzzo senza fessurazione superficiale (  m) incremento di raggio per corrosione (  m) al tempo t Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

9 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Procedura di progetto alternativa durata di vita di progetto periodo di inizio del deterioramento periodo di propagazione del deterioramento Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

10 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino a 2 ) Metodo semiprobabilistico valore di progetto del ricoprimento (mm) valore di progetto della profondità di carbonatazione al tempo t valore caratteristico del ricoprimento tolleranza valore caratteristico del ricoprimento coefficiente di sicurezza parziale per la profondità di carbonatazione Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

11 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino a 3 ) Metodo deterministico Si stabilisce un insieme di parametri geometrici (ricoprimento), sui materiali (parametri di diffusione e di legante), esecutivi (curing) Approccio EN : Design of concrete structures Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

12 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table 4.1: Exposure classes related to environmental conditions in accordance with EN Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

13 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

14 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table 4.3N: Recommended structural classification Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

15 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table 4.4N:Values of minimum cover, c min,dur, requirements with regard to durability for reinforcement steel in accordance with EN Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 S4

16 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table 4.5N:Values of minimum cover, c min,dur, requirements with regard to durability for prestressing steel Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 S4

17 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table E.1N: Indicative strength classes Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

18 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino a 4 ) Metodo di impedimento del deterioramento Resistenza infinita (molto elevata) del materiale alla depassivazione o alla corrosione Azione ambientale nulla Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

19 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino b) Corrosione indotta da cloruri / cls non fessurato b 1 ) Metodo completamente probabilistico Stato limite  Depassivazione contenuto critico di cloruri contenuto di cloruri alla profondità “a” al tempo t Stato limite  Fessurazione, spalling e collasso indotti dalla corrosione Analogo a quello della carbonatazione Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

20 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino b 2 ) Metodo semiprobabilistico b 3 ) Metodo deterministico b 4 ) Metodo di impedimento del deterioramento Vedasi a 1 ) Vedasi a 2 ) Vedasi a 3 ) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

21 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino c) Gelo e disgelo senza sali antigelo c 1 ) Metodo completamente probabilistico grado critico di saturazione grado effettivo di saturazione al tempo t Stato limite  Danno da gelo che provochi perdita locale di proprietà meccaniche, fessurazione, spalling, perdita di sezione durata di vita di progetto Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

22 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino c 2 ) Metodo semiprobabilistico valore di progetto del grado di saturazione valore di progetto del grado effettivo di saturazione al tempo t valore caratteristico del grado critico di saturazione tolleranza valore caratteristico del grado effettivo di saturazione al tempo t tolleranza Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

23 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino c 3 ) Metodo deterministico Si stabilisce un insieme di parametri quali lo spazio per l’espansione (aria trattenuta), materiale (acqua non geliva), l’invecchiamento (carbonatazione) c 4 ) Metodo di impedimento del deterioramento Resistenza del materiale infinita (molto elevata) Azione ambientale nulla Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

24 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino d) Gelo e disgelo con sali antigelo d 1 ) Metodo completamente probabilistico temperatura del calcestruzzo temperatura critica del gelo per la delaminazione al tempo t Stato limite  Danno da gelo e sali che provochino delaminazione della superficie Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

25 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino d 2 ) Metodo semiprobabilistico d 3 ) Metodo deterministico d 4 ) Metodo di impedimento del deterioramento Vedasi c 1 ) Vedasi c 2 ) Vedasi c 3 ) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

26 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Gestione della sicurezza per il progetto della durata di vita a) Classi di conseguenze Necessarie per la differenziazione della sicurezza Conseguenze della rottura o della carenza di funzionalità Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

27 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table A2-1: Definition of consequences classes Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

28 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino b 1 ) Differenziazione della sicurezza tramite  3 classi di sicurezza RC3 / RC2 / RC1 associate a CC3 / CC2 / CC1 Table A2-2 (MCSLD) Table A2-1 (MCSLD) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

29 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table A2-2 Recommended minimum values for reliability index ß for use in SLD Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

30 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino b 2 ) Differenziazione della sicurezza tramite  F  F viene corretto tramite un moltiplicatore K FI Table A2-3: K FI factor for actions Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 <1.0 (~0.9) >1.0 (~1.1)

31 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino c) Robustness delle zone soggette a corrosione Si definisce una perdita critica di sezione delle barre per corrosione in grado di comportare la rottura (ULS) Per differenziare le diverse modalità di rottura si definiscono le classi di Robustness Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

32 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table A3-1: Robustness Classes (ROC) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

33 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino d) Differenziazione per qualità del progetto Misure di controllo di qualità del progetto Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 (Design supervision level)

34 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table A4-1: Design supervision levels (DSL) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

35 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino e) Controllo di qualità dell’esecuzione 3 classi di controllo Table A5-1: Execution Classes (EXC) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

36 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino f) Controllo durante la durata di vita Ispezione e monitoraggio Table A6-1: Conditions Control Levels (CCL) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

37 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Gestione della sicurezza: da SLS a ULS Processo di corrosione Periodo di depassivazione (incipiente corrosione)  t ini Periodo di propagazione  t prop,i Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

38 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Figure R1.1-1: Deterioration process of reinforcement corrosion and definition of limit states for basic scheme of the service life design Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

39 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Modello per il calcolo del periodo di iniziazione (Esposizione XC4) funzione ambientale (RH) parametro di curing parametro regressione - 1° definizione dello SL di depassivazione funzione climatica inverso della resistenza effettiva alla carbonatazione termine di errore concentrazione di CO 2 Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

40 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino - 2° definizione dello SL di depassivazione Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

41 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Table R3-1 (exposition XC4) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

42 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Modello per il calcolo del periodo di propagazione - Funzione di Stato Limite definito come sopra t prop,crack t prop,spall T ref = 20° C parametro regressione (4300 k) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

43 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Figure R4.2-2:Cumulative frequency of the evaluated variables t prop,i linked to the event of cracking and spalling (T = 293 K) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

44 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Figure R5.1-1:Evaluated reliability indices at the end of service life linked to the limit states of depassivation of reinforcement, cracking and spalling of concrete cover and collapse of the structure. 4 calculations have been carried out considering different boundary conditions (x crit,collapse has been considered as 2,000 μm) Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

45 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Approccio semiprobabilistico (Carbonatazione) probabilità di pioggia tempo di bagnatura Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

46 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Esempio Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

47 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Figure S4.1-1:Required nominal concrete cover with time of exposure, exposure carbonation, middle European climate, cyclic wet and dry, exposed to driving rain (vertical reinforced concrete fassade), CEM I-concrete, w/c = 0.60 Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007

48 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino Grazie per l’attenzione Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007


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