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Prove di carico

Tipologie di prove di carico per il collaudo delle strutture

Tempo di lettura stimato: 8 minuti

Le prove di carico vengono eseguite sulle strutture portanti per valutarne la capacità di resistenza. Obblighi e modalità di verifica

Prima della messa in esercizio di qualunque struttura, che si tratti di un edificio, un ponte o una torre, è fondamentale verificare che questa sia in grado di sopportare i carichi previsti e garantire la sicurezza degli utenti. A tal fine, vengono eseguite le prove di carico, che rappresentano una fase determinante nel processo di collaudo delle costruzioni.

In questo articolo, esploreremo le diverse tipologie di prove di carico richieste per la verifica delle strutture in elevazione e delle fondazioni, con l’obiettivo di fornire una panoramica completa sulle modalità esecutive e sui criteri da considerare per la scelta e l’applicazione del carico.

Se ti occupi di progettazione e collaudo strutturale, scopri il vantaggio di affidarti a soluzioni specializzate per ottimizzare e semplificare il processo di calcolo, analisi e verifica dei componenti strutturali dell’edificio. Il software di calcolo strutturale ti permetterà di analizzare e valutare la capacità di carico delle strutture in modo preciso ed efficiente. Con questo software, potrai eseguire analisi statiche e dinamiche, determinare le tensioni e le deformazioni dei vari elementi, e valutare la sicurezza e l’affidabilità dei tuoi sistemi strutturali. Avrai, inoltre, la possibilità di accedere a strumenti di modellazione 3D BIM e visualizzazione grafica, che ti forniranno una comprensione completa ed immediata del comportamento delle tue strutture.

Cosa sono le prove di carico?

Le prove di carico sono verifiche sperimentali eseguite sulle strutture portanti allo scopo di determinarne la capacità di resistenza. Si tratta, in genere, di test fisici che prevedono l’applicazione controllata di carichi statici o dinamici sugli elementi strutturali, allo scopo di valutarne la risposta e le prestazioni. Le azioni indotte corrispondono ai carichi di esercizio previsti dal progetto, nel caso di nuove costruzioni, o a quelli richiesti dalla funzione assolta e dall’effettiva destinazione d’uso, nel caso di strutture esistenti.

In conformità alle disposizioni delle Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. del 17 gennaio 2018 – NTC 2018), è vietato porre in esercizio le opere prima dell’esecuzione del collaudo statico. Nell’ambito di questo processo, il collaudatore è tenuto a svolgere una serie di attività, tra cui studi, indagini, sperimentazioni e ricerche, utili ad acquisire un giudizio certo circa la sicurezza, la durabilità e la conformità dell’opera ai requisiti di collaudo. Questi adempimenti includono, in particolare, l’esecuzione delle prove di carico.

Queste prove sono finalizzate a verificare la coerenza tra il comportamento teorico previsto per la struttura e quello effettivamente riscontrato con i controlli sperimentali. Nel corso dei test, vengono misurati e registrati diversi parametri (come deformazioni, sollecitazioni, ecc.), i quali vengono sottoposti a successive analisi ed elaborazioni con l’obiettivo di determinare se la struttura è in grado di resistere ai carichi previsti, senza subire danni o deformazioni eccessive.

Tipologie di prove di carico

Le prove di carico sono utilizzate per valutare la capacità resistente delle nuove costruzioni e garantire che queste soddisfino gli standard di sicurezza e le specifiche di progetto (prove di collaudo), ma possono essere eseguite anche su strutture esistenti di cui si possiede una scarsa conoscenza e che richiedono, quindi, una precisa definizione della loro capacità portante (prove di analisi). In entrambi i casi, è importante considerare che esistono diverse modalità operative per l’esecuzione delle prove di carico, ognuna progettata per esaminare aspetti specifici delle prestazioni strutturali di un elemento o dell’intero sistema.

Una prima suddivisione può essere effettuata, ad esempio, in funzione della variabilità nel tempo delle azioni indotte sulla struttura durante il test, distinguendo tra:

  • prove statiche: prevedono l’applicazione controllata e progressiva di carichi statici sugli elementi strutturali. Sono spesso utilizzate durante le fasi di collaudo delle nuove costruzioni per verificare se la struttura risponde conformemente agli standard di sicurezza previsti. Durante la prova, i carichi vengono applicati lentamente e in modo controllato per valutare il comportamento della struttura sotto sollecitazioni gradualmente crescenti. La risposta strutturale viene monitorata misurando e registrando le deformazioni, i movimenti o le variazioni nella geometria della struttura al variare delle azioni. Queste misurazioni sono fondamentali per valutare la stabilità e la capacità portante della struttura;
  • prove dinamiche: a differenza delle prove di carico statiche, che si basano sull’applicazione graduale di carichi costanti, le prove dinamiche prevedono l’applicazione di carichi ciclici, impulsi o altre sollecitazioni variabili nel tempo, allo scopo di valutare la risposta della struttura alle forze che cambiano rapidamente o ciclicamente, come quelle provocate da terremoti o altre forze dinamiche. Durante la prova, vengono indotte sugli elementi strutturali delle azioni che cambiano nel corso del tempo, simulando situazioni dinamiche reali come vibrazioni, oscillazioni o forze sismiche. Vengono, quindi, misurate le vibrazioni, le frequenze naturali e altre caratteristiche dinamiche della struttura per analizzare la sua capacità di assorbire e dissipare energia in situazioni dinamiche.

Oltre alle tipologie appena descritte, è possibile effettuare un’ulteriore classificazione delle prove di carico in base alle modalità con cui i carichi vengono applicati sugli elementi strutturali, facendo una distinzione tra:

  • prove con carichi concentrati: implicano la simulazione della massima tensione prevista dal progetto, ottenuta mediante l’applicazione di forze concentrate in punti specifici della struttura, utilizzando martinetti idraulici o serbatoi pensili. Questo tipo di prova viene utilizzato per valutare la capacità della struttura di resistere a carichi localizzati o per verificare il comportamento di elementi strutturali specifici, come travi, pilastri o giunzioni. Permette, infatti, di analizzare la risposta e la capacità di resistenza locale della struttura, fornendo informazioni dettagliate sul suo comportamento sotto l’effetto di carichi concentrati. Durante la prova, vengono misurate le deformazioni e le reazioni strutturali generate dai carichi agenti. Questi dati vengono registrati e analizzati per valutare il comportamento strutturale, come la capacità di resistere al carico applicato, la deformazione e la distribuzione delle tensioni nella zona interessata;
  • prove con carichi distribuiti: sono test fisici eseguiti su strutture portanti, durante i quali i carichi vengono applicati in modo uniforme su una superficie più ampia, anziché essere focalizzati su un punto specifico. Questo tipo di prova è progettato per valutare la risposta e la capacità di resistenza della struttura sotto l’azione di carichi uniformemente distribuiti, come quelli causati dal peso proprio della struttura o dai carichi di esercizio. Durante la prova, i carichi vengono applicati in modo uniforme e controllato sulla superficie interessata. Possono essere utilizzati dispositivi come pesi, serbatoi, sacchi di sabbia o attrezzature speciali per distribuire il carico in modo omogeneo. Le deformazioni e le reazioni strutturali registrate durante la prova vengono utilizzate per valutare il comportamento strutturale, come la capacità di resistere al carico uniformemente distribuito, la deformazione globale della struttura e la distribuzione delle tensioni su tutta la superficie.
Tipologie di prove di carico

Tipologie di prove di carico

Quando sono obbligatorie le prove di carico?

Le Norme Tecniche per le Costruzioni definiscono le circostanze in cui le prove di carico sono obbligatorie. Nel caso di nuove costruzioni, viene specificato che nessuna struttura può entrare in esercizio senza che siano state eseguite le necessarie prove di carico durante la fase di collaudo statico. Queste prove sono finalizzate a valutare la resistenza e la stabilità degli elementi strutturali per garantire che siano in grado di sopportare i carichi previsti senza subire danni.

Per quanto riguarda le strutture esistenti, le prove di carico sono richieste in caso di eventi eccezionali come terremoti, incendi o esplosioni che potrebbero aver compromesso la capacità di resistenza dell’edificio. Inoltre, le prove di carico sono necessarie qualora siano stati effettuati interventi edilizi che potrebbero aver compromesso la funzionalità o l’integrità strutturale dell’opera.

Infine, le prove di carico sono obbligatorie anche in caso di cambio di destinazione d’uso dell’edificio, poiché è necessario verificarne la capacità di adattarsi ai nuovi carichi e requisiti funzionali.

Nell’ambito del collaudo statico, il collaudatore ha il compito di stabilire il programma delle prove, indicando le procedure di carico da eseguire e le prestazioni attese dalla struttura. Questo programma viene sottoposto al direttore dei lavori, che è la persona responsabile dell’attuazione pratica del piano. Il collaudatore è responsabile, invece, della scelta e delle modalità di esecuzione delle prove e si assume la piena responsabilità per la loro corretta conduzione.

La prassi comune prevede di condurre la maggior parte delle prove di carico principalmente sui solai. Questo approccio è motivato dal fatto che questi elementi, essendo più deformabili, possono manifestare spostamenti misurabili anche con carichi relativamente contenuti. È consigliabile, comunque, eseguire prove di carico anche su altri componenti strutturali, come travi, mensole o elementi inclinati quali coperture a falde, rampe e scale.

Prove di carico su solai

Le prove di carico sui solai sono eseguite per valutare la deformazione e la resistenza degli impalcati di un edificio. L’obiettivo principale di queste prove è confrontare le deformazioni teoriche previste dalla normativa con quelle misurate sperimentalmente. Il carico da applicare, che può essere concentrato o distribuito, viene definito sulla base delle previsioni di progetto e della destinazione d’uso della struttura.

Nel caso di prove con carichi concentrati, è possibile scegliere tra due diverse modalità operative:

  • prove di carico a contrasto (o a spinta): il carico concentrato viene applicato al solaio da testare grazie al contrasto fornito dal solaio sovrastante, tramite l’utilizzo di un sistema a spinta costituito da traverse nervate e da un martinetto oleodinamico;
  • prove di carico a trazione (o a tiro): consistono nell’applicare forze di trazione attraverso l’utilizzo di martinetti oleodinamici opportunamente ancorati alla struttura inferiore mediante catene e barre filettate;

In entrambi gli scenari, il carico viene applicato gradualmente mediante una pompa oleodinamica. Attraverso l’utilizzo di trasduttori collegati a un computer, si misurano i valori degli spostamenti verticali (frecce) e della pressione. Utilizzando appositi software per l’acquisizione dei dati, è possibile monitorare in tempo reale i diagrammi sforzi-deformazioni, in modo da verificare se le sollecitazioni rimangono nel campo elastico della struttura.

Le prove con carichi distribuiti prevedono, invece, l’utilizzo di vasche o serbatoi posizionati sull’estradosso del solaio, che vengono riempiti gradualmente d’acqua fino a raggiungere il livello di carico prestabilito. I trasduttori posizionati sull’intradosso del solaio permettono di leggere, ad ogni step di carico (e successivo scarico), le deformazioni della struttura. Al posto delle vasche d’acqua, è possibile utilizzare anche altri sistemi di carico, come sacchi di cemento, materiali inerti sfusi o blocchi in cls.

Prove di carico su pali di fondazione

Oltre all’analisi della sovrastruttura, la normativa tecnica impone anche una valutazione approfondita del comportamento strutturale degli elementi di fondazione, quali pali e micropali. Questi elementi vengono classificati come fondazioni profonde e devono essere sottoposti a prove di carico statiche per valutarne la capacità resistente sotto le azioni di progetto.

Il metodo comunemente adottato per eseguire le prove di carico su pali di fondazione, prende il nome di “mantained load”. Questo approccio prevede che il carico venga applicato sull’elemento per incrementi successivi e, una volta raggiunto un determinato livello, venga mantenuto costante per un periodo di tempo prestabilito. Ciò permette di valutare la risposta del palo di fondazione sotto l’azione di un carico costante nel tempo, e consente una comprensione dettagliata delle sue caratteristiche portanti e deformative.

Ora che abbiamo compreso l’importanza cruciale delle prove di carico nella verifica delle nuove costruzioni e delle strutture esistenti, esploriamo insieme gli strumenti che possono semplificare il processo di progettazione e collaudo strutturale. Se lavori in questo settore, ti invito a provare subito un software di calcolo strutturale, che ti offre la massima facilità di modellazione e di input dei dati grazie all’approccio BIM.

Utilizzando questo strumento, potrai condurre analisi dettagliate sulla capacità di carico delle tue strutture e svolgere analisi statiche e dinamiche per valutare le sollecitazioni e le deformazioni degli elementi. Dopo aver modellato la struttura e definito i carichi, ti basta applicare forze concentrate e lineari alla struttura definendone posizione, proprietà, direzione. Avrai a disposizione per le tue analisi:

  • una mappatura a colori delle forze;
  • filtri di visualizzazione delle forze per condizioni carico.

 

Forza concentrata

Forza concentrata | EdiLus

Forza lineare

Forza lineare | EdiLus

Forza superficiale

Forza superficiale | EdiLus

Per maggiori approfondimenti vedi il tutorial di seguito su “Come applicare le forze concentrate e lineari”.

Con EdiLus, inoltre, potrai sfruttate la modalità BIM che non solo semplifica la modellazione, ma consente anche una migliore integrazione con altri aspetti del progetto, migliorando notevolmente l’efficienza complessiva dei processi di progettazione e verifica.

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Edilus

 

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