Determinare le proprietà dei membri delle strutture storiche


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Di tanto in tanto mi viene assegnato il compito di aggiungere o modificare vecchi edifici o strutture. Avrei bisogno di stabilire la struttura "come costruita" e da quell'analisi vedere come la struttura modificata / nuova si adatta ai componenti strutturali esistenti.

La sfida sta nelle ipotesi che si è costretti a fare. Nel corso degli anni le cose cambiano, così come le proprietà del materiale e le dimensioni dei membri standard. Ad esempio, mi sono imbattuto in un ponte bombardato che doveva essere riabilitato in Angola. Il ponte fu costruito dal governo portoghese qualche tempo prima della guerra angolana. Il ponte è stato costruito da grandi travi a I in acciaio come portatori principali. Non siamo riusciti a stabilire il tipo di acciaio utilizzato per le travi a I e le proprietà in sezione che abbiamo stabilito misurando le travi con un metro a nastro.

In che modo gli ingegneri determinano le proprietà materiali dei membri di strutture antiche o storiche? Non sono a conoscenza di alcun documento o database che catturi tutti i produttori di acciaio (o tondo per cemento armato) del mondo con i loro rispettivi elenchi di prodotti e proprietà dei materiali nel tempo, o quali standard di progettazione siano stati storicamente applicabili in varie occasioni in varie regioni del mondo.

Risposte:


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Non ho mai incontrato una risorsa che ha compilato un database mondiale di dati strutturali storici. Ma i singoli paesi hanno alcune risorse.

Nel lavoro limitato che ho svolto con strutture storiche (nel Regno Unito) ho utilizzato queste risorse:

Il manuale storico sulla carpenteria strutturale contiene materiali e proprietà di sezione per sezioni di ghisa, ferro battuto e acciaio europee ed europee dalla metà del XIX secolo. Include anche riferimenti a codici di edifici storici, nonché informazioni sul caricamento e altre informazioni di progettazione.

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TR70 Approcci storici alla progettazione di edifici e strutture in cemento che contengono rinforzi storici e proprietà della miscela di calcestruzzo, nonché linee guida per la progettazione storica.

Tuttavia, sono generalmente necessarie ulteriori ricerche. Le biblioteche nazionali portano spesso copie storiche delle normative edilizie e altre indicazioni di progettazione. Istituzioni come l'Institution of Structural Engineers e l'Institution of Civil engineer nel Regno Unito hanno spesso informazioni storiche sulla costruzione.

Immagino che al di fuori dell'Europa occidentale e del Nord America trovare una guida simile sarebbe molto impegnativo o impossibile.

Questo documento può essere utile per iniziare a fare ricerche storiche: Chrimes, M. Ricerche storiche: una guida per ingegneri civili, Ingegneria civile, Atti dell'Institution of Civil Engineers, Volume 159, Issue 1, February 2006, pp. 42–47 .


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La mia conoscenza del lavoro storico si estende solo fino ai confini degli Stati Uniti, sfortunatamente.

Tuttavia, per il lavoro negli Stati Uniti, l'American Institute of Steel Construction (AISC) pubblica un database di forme storiche che mostra le diverse dimensioni utilizzate negli ultimi 80 anni circa e alcuni dei produttori che hanno realizzato componenti in acciaio. Se riesci a prendere le misure delle dimensioni del raggio, è possibile che tu riesca a capire quale dimensione dovrebbe essere. Dato che, se la forma non è più realizzata, potresti essere in grado di determinare quando è stata creata e correlarla alle specifiche materiali comuni dell'epoca.

In definitiva, se non si ha accesso ai disegni di progettazione o alle specifiche utilizzate per costruire il ponte e si deve assolutamente conoscere il tipo di materiale, non vedo come si possa aggirare prendendo un campione e farlo testare in laboratorio . Per qualcosa di così critico per la sicurezza umana come un ponte, penso personalmente che sia un costo giustificabile, soprattutto considerando alcuni dei guasti del ponte che si sono verificati negli ultimi dieci anni circa.


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Quando si tratta di cemento e acciaio, c'erano pochi standard per materiali e design prima del 1920 circa, e potresti non trovarne nessuno prima del 1905, almeno questa è la mia esperienza. La tecnologia del cemento armato era in gran parte proprietaria prima del 1910 circa, in quanto tale il primo edificio a più piani in cemento armato nel Regno Unito (il magazzino del Weaver dal 1897 al 1906, credo) fu costruito su licenza.

Il Manuale dell'ingegnere civile nel Regno Unito può essere una buona guida per quello che stava succedendo nei primi giorni (Regno Unito e Commonwealth), e la biblioteca dell'Institution of Civil Engineers ne ha copie più vecchie. Ad esempio, il rapporto acqua / cemento è stato trovato per la prima volta nella versione del Manuale del 1923 nel Regno Unito (noto come Rapporto Abrams ed è stato espresso come volume di cemento su volume di acqua piuttosto che il rapporto w / cm / m di oggi ).

Il progetto del Weaver's Warehouse indicava che l'uso del rinforzo in quel momento portava a sostenere i carichi con un effetto "arcuato" piuttosto che con l'approccio progettuale "duttilità" del presente. Ciò significa che le strutture più vecchie potrebbero essere maggiormente a rischio di fragili modalità di fallimento. Sospetto che ciò sia dovuto alla scarsa conoscenza della lunghezza dell'incasso, ecc. Prima degli anni '30, e l'acciaio era spesso "fissato" alle estremità. Il processo di costruzione proprietario di quel progetto richiedeva che le lastre / le travi fossero testate al carico mentre la struttura veniva costruita.

Dalla memoria i primi codici per acciaio e cemento (ad es. BS 12) nel Regno Unito sono stati rilasciati all'inizio del 1900, intorno al 1906 circa, non ho le date esatte. A quei tempi i cemento erano macinati molto più grossolanamente e chimicamente molto diversi. C'era poco C3A e gesso aggiunto, ad esempio, prima del 1920 circa, poiché fu introdotto in un secondo momento quando i produttori scoprirono che poteva ridurre l'energia e i costi di produzione. Inoltre, poiché si sapeva poco sull'incollaggio dell'acciaio di rinforzo e della lunghezza dell'armatura, era spesso liscio, non deformato, prima del 1920.

Dall'altra parte dell'Atlantico, l'American Concrete Institute è stato fondato intorno al 1904 e le prime normative edilizie sono state adottate intorno al 1910 con una serie di standard in vigore intorno al 1912. La Portland Cement Assocation, con Duff Abrams in seguito come primo ingegnere capo , è stata fondata intorno al 1917. Abrams doveva originare il metodo di progettazione della miscela di calcestruzzo ACI, il concetto di rapporto acqua / cemento e il rafforzamento della capacità di legame dell'acciaio negli Stati Uniti.

Quello che ho trovato negli Stati Uniti e in Europa su strutture risalenti al 1910 circa (ma soprattutto durante gli anni '20) è che puoi trovare praticamente qualsiasi cosa e i test sono fortemente consigliati. Non è insolito trovare calcestruzzo progettato e prodotto in genere su base volumetrica (ovvero con paletta o pala 1: 2: 4 e nessun rapporto acqua / cemento). Un progetto che abbiamo esaminato, una fondazione e un ponte più vecchi, aveva una composizione di miscela di calcestruzzo che variava da un'estremità all'altra del ponte: gli aggregati erano una ghiaia fluviale arrotondata su un'estremità e l'altra estremità aveva un granito frantumato, e loro mescolati insieme quando raggiunsero il centro.

Un altro problema significativo è la progettazione e la costruzione della fondazione. Puoi trovare qualsiasi cosa. Ho visto strutture trasportare carichi con successo per 50 anni o più, ma con pile di legno che erano posizionate solo a metà sotto il tappo (cioè che si estendevano oltre i bordi). Quindi, di nuovo, non vi è alcun sostituto per le indagini e / o i test.

Per il calcestruzzo esiste una norma internazionale BS EN 13791 che include la valutazione della resistenza statistica per strutture in cui non è nota la storia della struttura. Questo può essere utile per confrontare il concreto con i moderni codici strutturali. Ma se deve esserci un cambiamento delle condizioni di carico, non vi è alcun sostituto per l'identificazione delle profondità di copertura e della geometria di acciaio / sezione mediante test non distruttivi. E naturalmente il rafforzamento della corrosione dell'acciaio può essere un fattore significativo.

Per l'acciaio strutturale un problema critico sono spesso i bulloni / saldature e le sezioni. La valutazione è molto di un'arte qui e può richiedere test radiografici / ultrasonici / di coppia se la situazione lo richiede. Strutture in acciaio molto vecchie sono spesso rivettate, il che introduce ulteriore complessità. Per quanto ne so, non ci sono guide storiche su bulloni e rivetti. I post precedenti hanno fornito alcuni riferimenti che potrebbero essere utili per le sezioni. In caso di dubbi su una struttura in acciaio, è possibile ottenere coupon dalle sezioni e farli testare per capacità di trazione e duttilità.

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