PED06 - Murature - Dissesti 1 PDF [PDF]

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Lesioni, dissesti e crolli di murature Patologia Edilizia e Diagnostica – Enrico de Angelis

Introduzione Richiami di mecc. delle strutture Strutture semplici Le pareti reali Interazione strutt. orizzontali-parete Altre modalità di Interaz. terreno Altri problemi … Le pareti portate Bibliografia

Indice delle slides 1. Introduzione 2. Richiami di meccanica delle strutture 3. Le strutture semplici 4. Le pareti reali 5. L’interazione tra i solai (le strutture orizzontali) e le pareti verticali 6. L’interazione col terreno 7. Altri problemi … 8. Le pareti portate 9. Bibliografia

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Considerazione generale: facciate In questo corso ci occuperemo quasi sempre delle facciate degli edifici. Sono le più complesse: – Svolgono le principali funzioni di isolamento (termico, acustico) e protezione finalizzata alla garanzia delle condizioni di comfort. – Hanno sempre a che fare con importanti funzioni strutturali: • Possono essere portanti • Sono soggette ad importanti azioni orizzontali (vento, spinte persone, urti vari anche oggetti) • Interagiscono con gli elementi delle strutture da cui sono sostenuti (dalla “muratura a cassetta” alla facciata continua)

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Considerazione generale: facciate Sono le più problematiche anche in termini dei meccanismi di alterazione cui sono sottoposte: – Le loro superfici esterne (ma anche interne) sono esposte a tutti i principali agenti del degrado – Tra queste c’è l’acqua in tutte le sue forme: ghiaccio, vapore, liquido. – Molti materiali con cui sono realizzate sono porosi e quelli non porosi hanno comunque dei giunti

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La complessità è anche morfologica Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.5 p.5) prof. Enrico De Angelis

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I modi di guasto: tipologie I principali problemi di una facciata sono legati al degrado del suo aspetto. Seguono, non come frequenza ma come importanza, i guasti di tipo strutturale legati a stati limite di esercizio. Tra questi, sono particolarmente dannosi quelli che minano la sicurezza delle persone e delle cose e che si esprimono in dissesti e attraverso lesioni “localizzati” (distacchi di parti che cadono su beni o persone) Deperiscono un po’, talvolta, (ma non sono particolarmente critiche) le prestazioni termiche di isolamento, mentre quelle di isolamento acustico difficilmente degradano (obsolescenza tecnologica/normativa). Il crollo parziale o globale di un edificio è raro (perché legato ad eventi speciali o perché si esprime prima della messa in servizio della costruzione): è raro ma succede, purtroppo. Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.6 p.6) prof. Enrico De Angelis

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Distacco di parti: cornicioni pericolosi

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Crolli parziali (v.le Monza)

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I modi di guasto delle murature portanti I modi di guasto più importanti di una parete perimetrale sono connessi al loro dissesto e, conseguentemente, per una parete portante, al dissesto dell’intero edificio. Normalmente le murature sono compresse. Quando il carico che supportano, supera il limite di resistenza...: – Raggiungimento dello stato tensionale limite per compressione (e conseguente quadro fessurativo da schiacciamento) per: • Carichi concentrati • Carichi distribuiti

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I modi di guasto delle murature portanti I carichi verticali non sempre generano compressioni semplici: – Quando vengono “deviati”, per esempio, in corrispondenza di un’apertura. – Oppure quando non sono “centrati” nella sezione – Oppure ancora quando la muratura non trova (o perde) un appoggio e ancora una volta le linee verticali devono “deviare” In questi casi è possibile che venga raggiunto lo stato tensionale limite di trazione : – – – –

Cedimenti fondazionali e assestamenti del terreno Vibrazioni (traffico, per es.) Crescita di grosse radici Rigonfiamento del terreno (anche per congelamento, ma non alle nostre latitudini!!) – Deformazioni reversibili (variaz.igrotermiche) e irreversibili impedite dei materiali Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.10 p.10) 10) prof. Enrico De Angelis

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I modi di guasto delle murature portanti I precedenti MdG erano relativi ad una condizione di carico e spostamenti imposti nel piano di giacitura della muratura. Seguono i MdG relativi a stati tensionali indotti da azioni e deformazioni imposte ortogonalmente alla muratura: – Raggiungimento dello stato tensionale limite ultimo per azioni sismiche o vento – Perdita della connessione con altri paramenti murari, per azioni sismiche Ogni caso diverso su diverse murature (forometrie etc) ha conseguenze (quadro fessurativo) diverse.

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Il problema diagnostico A partire dall’analisi di un quadro fessurativo, risalire allo stato tensionale che lo ha generato e alle azioni (carichi o deformazioni imposte) che sono alla sua base. In caso di dissesti, la scelta del tipo di consolidamento deve basarsi sulla conoscenza del modo di guasto (eliminazione della “debolezza”) che lo ha permesso. Se l’opera in questione è “datata”, anche semplici interventi di manutenzione devono essere preceduti da un’attenta analisi della consistenza dell’edificio, della sua reale capacità portante e dei rischi connessi all’uso. – – – – –

rilievo sistematico delle lesioni (quadro fessurativo) identificazione del quadro tensionale originale valutazione della resistenza dei materiali identificazione dei punti “deboli” scelta degli interventi di “rinforzo” e “consolidamento”

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Studio delle lesioni La meccanica del solido elastico è utile per una modellazione semplificata del comportamento di un solido omogeneo: – Se conosco le azioni e la geometria dell’elemento considerato sono in grado, con studi analitici o agli elementi finiti, di determinare lo stato tensionale di un solido “elastico” equivalente – Una volta disegnate le curve isostatiche di massimo e di minimo (direzioni ortogonali) è ragionevole associare queste al quadro fessurativo: – Le fessure si manifesteranno in maniera simile a tali linee

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Studio delle lesioni L’analisi delle lesioni, comunque, è complessa: – Non necessariamente la “direttrice fessurativa” coincide con la direzione di lesionamento locale, ortogonale alla direzione degli sforzi e parallela alle isostatiche. Infine, è diverso studiare le lesioni di un solido omogeneo, di un elemento in CA e quelle di una muratura: – L’armatura, nel primo caso, permette la definizione di un quadro fessurativo diffuso, più vicino al disegno delle isostatiche, senza che intervengano grandi deformazioni – Nel secondo caso, alla crisi locale del materiale segue, in tempi non dilazionati, la rottura ed il crollo

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Studio delle lesioni Oggi è possibile fare una modellazione complessa: – Se conosco il comportamento dei materiali e, soprattutto, so descrivere accuratamente le modalità di rottura, con complessi metodi di calcolo passo-passo, sono in grado di simulare l’evoluzione dei dissesti, anche tenendo conto della disomogeneità del materiale utilizzato e del comportamento non isotropo … e anelastico – La meccanica del continuo permette di modellare casi tipo, da usare come riferimento per motivare un caso specifico Nel seguito della lezione affrontiamo alcuni casi semplici di setti murari (pareti semplici) e alcuni casi più complessi, sempre in termini qualitativi.

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Fig. 18 p. 35 Matarrazzo

Trazione e compressione In figura sono rappresentati i tipi di rottura per trazione (b) per compressione e trazione (c), che si verifica anche quando T=0, e per compressione “doppia” (d).

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Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento

Stato tensionale di compressione

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Quando la resistenza a trazione è modesta

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Perché lesioni // allo sforzo?

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Fig. 17 p. 40 Mastrodicasa

Rottura per compressione Frattura iperboloidica diretta del cubetto. È lo stesso meccanismo di collasso del pilastro e dell’angolo tra due pareti, dove si le parti più alta e più bassa sono “confinate” per attrito e si distacca un pezzo che provoca la riduzione della sezione resistente in mezzeria

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Foto p. 41 Mastrodicasa

Rottura per compressione: esempi

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Rottura per compressione: esempi

In corrispondenza dell’apertura si concentrano sforzi “pericolosi” che si manifestano con una fessura verticale

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Rottura per compressione I tre stadi dello schiacciamento 1. Raggiungimento della tensione limite nei giunti di malta (debole) ed espulsione delle sigillature o fessurazione fino a distacco per espulsione degli intonaci e delle finiture 2. Fessurazione verticale dei corpi murari, con possibili ampie deformazioni ove le azioni siano di pressoflessione (NB se la malta utilizzata è “forte”, si parte direttamente dal secondo stadio) 3. Approfondimento delle fessure e separazione in prismi caricati di punta, con fessure anche su piani paralleli alla parete (sempre se muro a sacco)

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V.Manfré

Rottura per compressione: esempi Comportamento monolitico (o parzialmente) e disgregazione della struttura muraria

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Rottura per compressione (carichi concentrati)

Fig. 115-6 p. 237, Mastrodicasa.

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Rottura per compressione (carichi concentrati)

Foto 53 p. 236, Mastrodicasa

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Fig. 117 p.238, Mastrodicasa.

Rottura per compressione (carichi concentrati)

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Rottura per compressione (carichi distribuiti)

Fig. 121-2 p.257, Mastrodicasa. La figura evidenzia il rischio di fessuraz. verticale occulta per schiacciamento. Il rischio interessa soprattutto le murature in pietra naturale (meno squadrata) e le murature a sacco Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.28 p.28) 28) prof. Enrico De Angelis

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Stati di sforzo piano Lo stato di sforzo in una struttura piana è caratterizzata, fissato un sistema di riferimento cartesiano, da tre quantità: σx; σy; τxy Al fine di comprendere lo stato tensionale maggiormente critico, è utile cercare le giaciture per cui le tensioni normali sono massime.

σx* =σx cos2 θ +σ y sin2 θ + 2τ xy sinθ cosθ 1 τ xy* = (σ y −σx )sin2θ +τ xy cos2θ 2

θ max σ

2τ xy 1 = arctan σ x −σ y 2 =

max Patologia edilizia e diagnostica ( (p. p.29 29) p. 29) prof. Enrico De Angelis

σ x +σ y 2

 σ x −σ y   + τ xy2 ±   2  2

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Il cerchio di Mohr Uno stato piano di sforzo può essere rappresentato geometricamente col cerchio di MOHR: le equazioni precedenti, infatti, possono essere riscritte:

σy

τ

σ +σ   σ −σ  σx* − x y  +τ xy2 * =  x y  +τ xy2 2    2  2

σx

σ1

2

(σ

(σx* −C)2 +τxy2 * = R2

x

,τ xy

)

σx

τ xy

σy

(σ, x

θ σ2

(σ

y

,τ xy

2θ

)

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σ1

τ xy

σ

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Stati tensionali e lesioni Trazione semplice – Il piano di fessurazione è ortogonale alla direzione degli sforzi

Taglio puro – Il piano di fessurazione è a 45°

Compressione semplice – Il piano di fessurazione è // alla direzione degli sforzi

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Fig 20 p. 43 Mastrodicasa

Fessurazione teorica per flessione pura

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Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento

La parzializzazione della sezione pressoinflessa Ma non si ha mai una flessione semplice, in pratica

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Sistemi a conci rigidi

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Sistemi a conci rigidi

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Fig 22 p. 45 Mastrodicasa

Fessurazione per torsione

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Tipologie base di fessure da cedimento centrale

Effetto arco

Comportamento a trave I cedimenti del sostegno (terreno) si manifestano con quadri fessurativi che dipendono dalla geometria del cedimento rispetto a quella degli elementi in causa

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Dissesto per cedimento centrale

Foto 27 p. 177 Mastrodicasa Possibili cause del dissesto: Carico eccessivo, anche in epoche successive alla costruzione e conseguente cedimento differenziale del terreno Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.38 p.38) 38) prof. Enrico De Angelis

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Fig. 71 p. 142 Mastrodicasa

Traslazione verticale dell’appoggio terminale

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(cedimento)

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Cedimento e fessurazione per flessione e taglio

Fig 20°, p. 31 Antonucci

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La “direttrice fessurativa” è la linea che interpola lo sviluppo delle varie fessure

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Fig 20°, p. 31 Antonucci. La traslazione orizzontale è frequente sopratt. nelle zone in pendenza

Traslazione orizzontale dell’appoggio

Figg. 75 p. 142 Mastrodicasa Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.41 p.41) 41) prof. Enrico De Angelis

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Fig 100, p. 192 Baruchello L’autore parla di effetti combinati

Casi particolari

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Cedimento e fessurazione per flessione e taglio

Foto 19, p.172 Mastrodicasa

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Fig. 99 p. 183 Mastrodicasa

Casi particolari di cedimento

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Fig. 100/1 p. 185 Mastrodicasa

Casi particolari di cedimento

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Fig. 102/3 p. 186 Mastrodicasa

Casi particolari di cedimento

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V.Manfré

Azioni orizzontali ortogonali al piano Modalità semplice di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica fuori piano con comportamento a mensola

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V.Manfré

Azioni orizzontali ortogonali al piano Modalità di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica fuori piano con comportamento a piastra

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V.Manfré

Azioni orizzontali parallele al piano La figura esemplifica la modalità di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica nel proprio piano

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Azioni ortogonali ai piani delle murature: deformazioni e crepe Quando trattiamo le azioni orizzontali su una muratura abbiamo a che fare raramente con sistemi in 2D

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Da Tubi (cit. p.236-7)

Muratura come struttura 3D La concezione strutturale a cellule con aperture relativamente piccole è quella più vicina al meccanismo resistente “scatolare”.

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Effetti di azioni orizzontali … La muratura portante costituisce una struttura tridimensionale che comprende: – Fondazioni – Pareti verticali (tutte hanno una funzione reciproca di controvento, generalmente ortogonali tra loro) – Orizzontamenti (solai, ma anche volte a semplice o doppia curvatura, capaci di trasmettere e ripartire le azioni orizzontali tra le pareti) Per garantire un funzionamento SCATOLARE le pareti devono essere opportunamente connesse e collegate.

Danneggiamento da sisma di muratura in pietra, foto di Latina (cit.)

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Azioni ortogonali ai piani delle murature: deformazioni e crepe

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Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento

Dissesti tipici di una cellula per azioni orizzontali (in corr.solaio)

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V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte estesa di una facciata in muratura

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V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte interna di una facciata in muratura

Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.56 p.56) 56) prof. Enrico De Angelis

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V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte superiore di una facciata in muratura

Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.57 p.57) 57) prof. Enrico De Angelis

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V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte superiore di una facciata in muratura

Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.58 p.58) 58) prof. Enrico De Angelis

Introduzione Richiami di mecc. delle strutture Strutture semplici Le pareti reali Interazione strutt. orizzontali-parete Altre modalità di Interaz. terreno Altri problemi … Le pareti portate Bibliografia

V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte centrale di una facciata in muratura

Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.59 p.59) 59) prof. Enrico De Angelis

Introduzione Richiami di mecc. delle strutture Strutture semplici Le pareti reali Interazione strutt. orizzontali-parete Altre modalità di Interaz. terreno Altri problemi … Le pareti portate Bibliografia

V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte superiore di una facciata in muratura (a causa di spinte della copertura)

Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.60 p.60) 60) prof. Enrico De Angelis

Introduzione Richiami di mecc. delle strutture Strutture semplici Le pareti reali Interazione strutt. orizzontali-parete Altre modalità di Interaz. terreno Altri problemi … Le pareti portate Bibliografia

V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Edifici adiacenti con diverse quote altimetriche: azioni di martellamento

Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.61 p.61) 61) prof. Enrico De Angelis

Introduzione Richiami di mecc. delle strutture Strutture semplici Le pareti reali Interazione strutt. orizzontali-parete Altre modalità di Interaz. terreno Altri problemi … Le pareti portate Bibliografia

V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Ribaltamento di una parte superiore di una facciata in muratura a seguito degli effetti del martellamento indotto dalla differenza di quota degli edifici adiacenti

Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.62 p.62) 62) prof. Enrico De Angelis

Introduzione Richiami di mecc. delle strutture Strutture semplici Le pareti reali Interazione strutt. orizzontali-parete Altre modalità di Interaz. terreno Altri problemi … Le pareti portate Bibliografia

V.Manfré

Effetti di sismi e non solo Corpi addossati …

Patologia edilizia e diagnostica (p. (p.63 p.63) 63) prof. Enrico De Angelis

Introduzione Richiami di mecc. delle strutture Strutture semplici Le pareti reali Interazione strutt. orizzontali-parete Altre modalità di Interaz. terreno Altri problemi … Le pareti portate Bibliografia

Pareti reali: singolarità geometriche In termini strutturali, i “muri di fabbrica” vengono solitamente considerati “solidi piani” p: s