Progettare la vita utile delle strutture (Service Life Design)

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

2 Documento di riferimento
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 Documento di riferimento fib – bulletin 34/2006 Model Code for Service Life Design Carbonatazione Attacco da cloruri Corrosione indotta da Gelo e disgelo Senza sali antigelo Con sali antigelo Guida alla progettazione della vita utile delle strutture con quattro livelli di affinamento Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

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

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

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

7 Verifica della durata di vita di progetto
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 Verifica della durata di vita di progetto a) Corrosione indotta da carbonatazione / cls non fessurato a1) Metodo completamente probabilistico Stato limite  Depassivazione profondità di carbonatazione al tempo t ricoprimento Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

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

10 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 a2) 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 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

11 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 a3) 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 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

12 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 Table 4.1: Exposure classes related to environmental conditions in accordance with EN 206-1 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

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

15 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 Table 4.4N: Values of minimum cover, cmin,dur , requirements with regard to durability for reinforcement steel in accordance with EN 10080 S4 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

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

18 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 a4) Metodo di impedimento del deterioramento Resistenza infinita (molto elevata) del materiale alla depassivazione o alla corrosione Azione ambientale nulla Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

19 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 b) Corrosione indotta da cloruri / cls non fessurato b1) Metodo completamente probabilistico Stato limite  Depassivazione contenuto di cloruri alla profondità “a” al tempo t contenuto critico di cloruri Stato limite  Fessurazione, spalling e collasso indotti dalla corrosione Analogo a quello della carbonatazione Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

20 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 b2) Metodo semiprobabilistico b3) Metodo deterministico b4) Metodo di impedimento del deterioramento Vedasi a1) Vedasi a2) Vedasi a3) Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

21 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 c) Gelo e disgelo senza sali antigelo c1) Metodo completamente probabilistico Stato limite  Danno da gelo che provochi perdita locale di proprietà meccaniche, fessurazione, spalling, perdita di sezione grado critico di saturazione grado effettivo di saturazione al tempo t durata di vita di progetto Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

22 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 c2) 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 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

23 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 c3) Metodo deterministico Si stabilisce un insieme di parametri quali lo spazio per l’espansione (aria trattenuta), materiale (acqua non geliva), l’invecchiamento (carbonatazione) c4) Metodo di impedimento del deterioramento Resistenza del materiale infinita (molto elevata) Azione ambientale nulla Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

24 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 d) Gelo e disgelo con sali antigelo d1) Metodo completamente probabilistico Stato limite  Danno da gelo e sali che provochino delaminazione della superficie temperatura del calcestruzzo temperatura critica del gelo per la delaminazione al tempo t Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

25 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 d2) Metodo semiprobabilistico d3) Metodo deterministico d4) Metodo di impedimento del deterioramento Vedasi c1) Vedasi c2) Vedasi c3) Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

26 Gestione della sicurezza per il progetto della durata di vita
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 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 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

28 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 b1) Differenziazione della sicurezza tramite  3 classi di sicurezza RC3 / RC2 / RC1 associate a CC3 / CC2 / CC1 Table A2-2 (MCSLD) Table A2-1 (MCSLD) Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

30 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 b2) Differenziazione della sicurezza tramite F F viene corretto tramite un moltiplicatore KFI Table A2-3: K FI factor for actions <1.0 (~0.9) >1.0 (~1.1) Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

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

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

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

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

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

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

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

39 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 Modello per il calcolo del periodo di iniziazione (Esposizione XC4) - 1° definizione dello SL di depassivazione funzione ambientale (RH) funzione climatica parametro di curing concentrazione di CO2 parametro regressione inverso della resistenza effettiva alla carbonatazione termine di errore Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

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

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

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

44 Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino
Convegno AICAP La durabilità delle strutture in calcestruzzo Ancona 27 febbraio 2007 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 (xcrit,collapse has been considered as 2,000 μm) Giuseppe Mancini – Politecnico di Torino

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

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

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

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