Alessandra Marini QUALIFICAZIONE DI MATERIALI E PRODOTTI PER USO STRUTTURALE SECONDO DM

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1 Muratura portante Alessandra Marini Università degli Studi di Brescia QUALIFICAZIONE DI MATERIALI E PRODOTTI PER USO STRUTTURALE SECONDO DM Laboratorio Prove Materiali Dipartimento di Progettazione e Tecnologie Facoltà di Ingegneria - Università di Bergamo via Galvani Dalmine (BG), 5 Giugno 2008

2 11.10 MURATURA PORTANTE La muratura è un materiale composto da elementi e malta. È un eterogeneo, anisotropo le cui caratteristiche ti meccaniche sono differenti da quelle dei materiali costituenti. Le norme tecniche si articolano nei seguenti punti: Elementi per muratura - Specifiche Criteri di conformità - Prove di accettazione in cantiere Malte per muratura - Caratteristiche meccaniche Determinazione dei parametri meccanici della muratura - Prove sperimentali - Stima delle caratteristiche meccaniche Problema degli interventi su edifici esistenti 2/39

3 ELEMENTI PER MURATURA Specifiche e conformità Specifiche e conformità degli elementi per muratura Gli elementi devono essere conformi alle norme europee armonizzate (UNI EN 771) e recare la Marcatura CE secondo il sistema di attestazione della conformità indicato nella seguente tabella: I sistemi 2+ e 4 prevedono un controllo di processo in stabilimento (F.P.C.) e test iniziali sul nuovo prodotto. Nel sistema 2+ il controllo di produzione in fabbrica è inoltre sottoposto all approvazione ed alla sorveglianza continua di un ente di certificazione notificato. 3/39

4 ELEMENTI PER MURATURA Specifiche e conformità Per le due categorie è prevista l adozione di differenti coefficienti di sicurezza γ m da applicare nella valutazione della resistenza di progetto. Gli elementi di categoria I hanno un controllo statistico che fornisce resistenza caratteristica dichiarata a compressione riferita al frattile 5%, consentendo l adozione di coefficienti di sicurezza minori. Per questo, è richiesto un sistema di attestazione della conformità più rigido. 4/39

5 ELEMENTI PER MURATURA Prove di accettazione Prove di accettazione Il Direttore dei Lavori, in fase di accettazione, deve: - accertarsi del possesso della Marcatura CE e richiedere al fornitore il Certificato ovvero la Dichiarazione di Conformità alle norme europee armonizzate della serie UNI EN fare eseguire ulteriori prove di accettazione sugli elementi pervenuti in cantiere (alcune obbligatorie) e tutte le prove che ritenga necessarie ai fini dell impiego specifico, secondo le metodologie di prova indicate nelle norme armonizzate. - curare, mediante sigle, etichettature tt t indelebili, che i campioni i inviatii per le prove ai laboratori siano quelli prelevati in cantiere con indicazioni precise sulla fornitura e sulla posizione che nella muratura occupa la forniturara medesima. 5/39

6 ELEMENTI PER MURATURA Prove di accettazione Resistenza a compressione degli elementi resistenti (Prova obbligatoria) i Il controllo di accettazione in cantiere ha lo scopo di accertare che gli elementi abbiano le caratteristiche ti dichiarate dal produttore. Il controllo viene effettuato su almeno tre campioni costituiti ognuno da tre elementi da sottoporre a prova di compressione (UNI EN 772-1:2002). Per ogni campione si ordinano le resistenze dei tre elementi in modo che sia: f1 < f2 < f3 il controllo è positivo solo nel caso risultino verificate le disuguaglianze: (f1 + f2 + f3)/3 1.2 fbk f1 0.9 fbk essendo fbk la resistenza caratteristica a compressione dichiarata dal produttore. 6/39

7 MALTE PER MURATURA Specifiche e conformità Malte a prestazione garantita La malta per muratura portante deve essere conforme alla norma armonizzata UNI EN e recare la Marcatura CE, secondo il sistema di attestazione della conformità indicato in Tabella. Le prestazioni meccaniche di una malta sono definite mediante la sua resistenza media a compressione fm, espressa in N/mmq, determinata secondo la UNI EN 1015:11:2007 Per l impiego inmuraturaportante non è ammesso l impiego Non di malte rientrano con resistenza in questa fm < 2,5 N/mmq. classificazione i le malte per il restauro (fm << 2,5 N/mmq) 7/39

8 MALTE PER MURATURA Malte a prestazione prescritta Malte a composizione prescritta. Le classi di malte a composizione È i una prescritta classificazione sono definite molto it in generica: rapporto alla composizione in volume secondo Legge la 459 tabella identifica seguente: la calce idraulica: Naturale (NHL), Pozzolanica (NHZ) Con cemento (NH) È necessario eseguire verifiche sperimentali Malte di diverse proporzioni nella composizione, sperimentate secondo UNI EN :2007, possono essere ritenute equivalenti a quelle indicate qualora la loro resistenza media a compressione non risulti inferiore a quanto previsto in tabella III. 10 8/39

9 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Le proprietà fondamentali in base alle quali si classifica una muratura sono: - la resistenza caratteristica a compressione fk, - la resistenza caratteristica a taglio in assenza di azione assiale fvk0, - l modulo di elasticità normale secante E, - il modulo di elasticità tangenziale secante G. fk efvk0 sono determinate o per via sperimentale su campioni di muro o, con alcune limitazioni, it i i in funzione delle proprietà dei componenti utilizzando apposite tabelle. In ogni caso, quando è richiesto un valore di fk maggiore o uguale a 8 MPa si deve controllare il valore di fk, mediante prove sperimentali 9/39

10 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Resistenza caratteristica a compressione fk Determinazione sperimentale Si determina su n muretti (n 6) aventi le stesse caratteristiche della muratura in esame e con le seguenti caratteristiche: - altezza (L): almeno tre corsi di elementi; - lunghezza (b) due lunghezze di blocco; L - altezza/spessore (L/t) = T=20 C; UR 70% strati di malta - finitura con due strati di malta oppure con b due piastre metalliche rettificate. - stagionatura di 28 giorni a 20 C, UR 70%. La resistenza caratteristica ti è data dalla relazione: fk = fm ks dove: fm = resistenza media; s = stima dello scarto; k funzione del numero di prove: piastre rigide t 10/39

11 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Prova di compressione assiale su muratura. 11/39

12 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Si procede inoltre alla verifica dei componenti: - MALTA: n. 3 provini iprismatici i 40x40x160 mm da sottoporre a flessione, e quindi a compressione sulle 6 metà risultanti (UNI EN 998-2). Prova a Flessione Prova a compressione È bene aggiungere prove su cilindri o su prismi i 4x4x8cm4 - ELEMENTI RESISTENTI: n. 10 elementi da sottoporre a compressione con direzione del carico normale al letto di posa. 12/39

13 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Stima della resistenza a compressione In sede di progetto, il valore di fk di murature in elementi artificiali pieni o semipieni può essere dedotto dalle caratteristiche dei materiali componenti (*): (*) () solo per murature aventi giunti orizzontali e verticali riempiti di malta, aventi spessore 5<s<15 mm. 13/39

14 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Nel caso di murature in elementi naturali si procede analogamente, avendo cura di adottare per la resistenza caratteristica a compressione dell elemento elemento fbk il valore: fbk = 0.75 fbm dove fbm rappresenta la resistenza media a compressione degli elementi in pietra squadrata. 14/39

15 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Resistenza caratteristica a taglio in assenza di tensioni normali Determinazione sperimentale della resistenza a taglio Si determina su n campioni (n 6), facendo riferimento alle UNI EN e UNI EN su triplette. La resistenza caratteristica fvk0 sarà dedotta dalla resistenza media fvm, ottenuta dai risultati delle prove, mediante la relazione: fvk0 = 07fvm /39

16 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Resistenza caratteristica a taglio in assenza di tensioni normali La resistenza caratteristica sperimentale a taglio può essere valutata con prove di compressione diagonale su n muretti (n >= 6), seguendo, sia per la confezione che per la prova, le modalità indicate in normative di comprovata validità. 16/39

17 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Stima della resistenza a taglio in assenza di tensioni normali In sede di progetto, per murature con elementi artificiali pieni o semipieni o in pietra naturale squadrata, il valore di fvk0 può essere dedotto dalla res. a compressione dei materiali costituenti (*). (*) solo per murature aventi giunti orizzontali e verticali riempiti di malta, aventi spessore 5<s<15 mm. 17/39

18 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Stima della resistenza caratteristica a taglio In presenza di tensioni di compressione, la resistenza caratteristica a taglio della muratura fvk aumenta e può essere ricavata tramite la relazione: fvk =fvk0 = +04σn+ 0,4 dove: fvk0: resistenza caratteristica a taglio in assenza di carichi verticali; σn: tensione normale media dovuta ai carichi verticali agenti nella sezione di verifica. Per elementi artificiali semipieni o forati si verifica inoltre: fvk fvk,lim = 14fbk* 1,4 dove: fvk,lim: valore limite che può essere impiegata nel calcolo; fbk* valore caratteristico della resistenza degli elementi in direzione orizzontale e nel piano del muro, dedotto dalla resistenza media f bm (ricavata da prove su almeno 6 campioni - UNI EN 771) mediante la relazione:. f bk* =07fbm 0,7 f 18/39

19 Ulteriori prove secondo UNI EN Determinazione della resistenza iniziale a taglio Valutazione sperimentale della resistenza caratteristica a taglio fvk in presenza di tensioni di compressione. fvi fvoi α i fpi 19/39

20 DETERMINAZIONE DEI PARAMETRI MECCANICI DELLA MURATURA Moduli di elasticità secanti Valutazione sperimentale Il modulo di elasticità normale secante della muratura è valutato sperimentalmente su n muretti (n 6) in conformità con le norme UNI EN :2001. Stima In sede di progetto, in mancanza di determinazione sperimentale, nei calcoli possono essere assunti i seguenti valori: - modulo di elasticità normale secante: E = 1000 fk - modulo di elasticità tangenziale secante: G = 0.4 E 20/39

21 Ulteriori prove secondo UNI EN Determinazione della resistenza a flessione -Applicazione di un precarico verticale. - Prove a flessione su 4 punti dopo 28 giorni dal confezionamento. Utile per le verifiche sismiche per la valutazione dei meccanismi di flessione fuori piano delle murature - Almeno cinque campioni per ognuno dei due principali assi di carico (piano di rottura parallelo o perpendicolare ai giunti orizzontali) 21/39

22 Ulteriori prove secondo UNI EN Determinazione della resistenza all adesione con il metodo a strappo Si calcola la resistenza all adesione adesione della superficie di intefaccia. Provino rigidamente vincolato con una morsa applicata in sommità. Si applica un momento flettente alla morsa finché non si verifica il distacco dell elemento superiore. 22/39

23 Ulteriori prove Duttilità Murature σme Utile per le verifiche sismiche per la valutazione della capacità di rotazione delle cerniere Carico [kg] Deformazioni [%] (perpendicolari al carico) 23/39

24 8 COSTRUZIONI ESISTENTI 8.6 MATERIALI materiali previsti dalle norme; materiali non tradizionali (nel rispetto di documenti di comprovata validità); materiale analogo a quello originario (purché durevole e di idonee caratteristiche meccaniche) CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI documentazione già disponibile; verifiche situ; indagini sperimentali in laboratorio. I valori delle resistenze meccaniche dei materiali vengono valutati sulla base delle prove effettuate sulla struttura e prescindono dalle classi discretizzate previste nelle norme per le nuove costruzioni. 24/39

25 8 COSTRUZIONI ESISTENTI Programmazione e progetto delle indagini diagnostiche: le indagini diagnostiche dovranno essere motivate (indicazione del tipo di prova e/o del punto di ispezionei e giustificazione i della finalità della prova) dovrà essere considerato l impatto della prova in termini di conservazione del bene (prove non distruttive - prove semi distruttive - prove distruttive) LIVELLI DI CONOSCENZA E FATTORI DI CONFIDENZA In base agli approfondimenti effettuati vengono individuati i livelli di conoscenza e definiti i fattori di confidenza, da utilizzare come ulteriori coefficienti parziali di sicurezza. 25/39

26 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE TERMOGRAFIA Si impiega una telecamera sensibile all infrarosso che legge il flusso di energia emesso da una superficie e lo elabora in immagine. Dal differente comportamento termico dei componenti è possibile identificare: -Tessitura muraria, - discontinuità nella tessitura. Utile nel progetto delle indagini diagnostiche per l identificazione dei punti di indagine 26/39

27 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE ENDOSCOPIE Ispezione delle murature con ripresa fotografica per la verifica della consistenza muraria. 27/39

28 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE MONITORAGGIO del fuori piombo, dell apertura di fessura Operazione necessaria per la verifica della presenza di cedimenti in atto. Pi Prima duranteedopo d l intervento t di recupero. s s s t t t Progressione Progressione Progressione inizialmente i i accelerata Ritardata uniforme, poi stabile Quadro fessurativo in evoluzione Quadro fessurativo in evoluzione Quadro fessurativo stabilizzato 28/39

29 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE MONITORAGGIO del fuori piombo Telecordinometro 29/39

30 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE MONITORAGGIO dell apertura di fessura 30/39

31 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE INDAGINI ULTRASONICHE Utile per determinare lo stato di aggregazione di materiali all interno della compagine muraria. Si stima il modulo elastico e resistenza a partire dalla misura della velocità di trasmissione e dell intensità di ricezione delle onde elastiche all interno della parete. (Lavelocità di trasmissione i aumenta con la densità del mezzo). Ok per murature omogenee. 31/39

32 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE INDAGINI SONICHE Utile per determinare lo stato di aggregazione di materiali all interno della compagine muraria. Si stima il modulo elastico e resistenza a partire dalla misura della velocità di propagazione di vibrazioni indotte con colpo meccanico Ok per murature omogenee. 32/39

33 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE MARTINETTI PIATTI La prova consiste it nel rilevare deformabilità e resistenza della muratura applicando uno stato di sforzo monoassiale. Per la procedura di prova si fa riferimento alla norma americana ASTM C 1197: Il carico viene applicato utilizzando 2 martinetti idraulici piatti, inseriti in tasche realizzate nella muratura; - Sulla superficie della muratura vengono fissate coppie di borchie di riferimento e viene rilevato lo spostamento relativo. Mediante comparatore millesimale. 33/39

34 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE MARTINETTI PIATTI - la pressione applicata alla muratura peff dipende dalla rigidezza del martinetto km (ricavata in laboratorio) e dal rapporto tra l area del martinetto Am e l area della tasca At: peff = pm km Am/At dove: pm è la pressione nel circuito idraulico. - Si può inoltre stimare lo stato di sforzo preesistente. 34/39

35 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE PROVE PENETROMETRICHE Si tratta di uno sclerometro pp tarato e Eopportunamente strumentato. Mediante curve di correlazione è possibile stimare la resistenza del giunto di malta dal numero di colpi necessario per infiggere di una quantità prefissata la punta nel giunto di malta. RESISTE E NZA MEDIA A D INFISSIONE [n colpi/cm ] RESISTENZA MEDIA A COMPRESSIONE [MPa] 2 R 2 = /39

36 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini in CANTIERE COMPRESSIONE DIAGONALE 36/39

37 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini di LABORATORIO PROVE CHIMICHE Utili a classificare i componenti della muratura, in particolare per la caratterizzazione della malta. PROVE BIOLOGICHE Utili a verificare lo stato di degrado della muratura. PROVE FISICHE Utili a verificare lo stato di degrado della muratura e per scegliere gli opportuni trattamenti di consolidamento superficiale (massa volumica, porosità reale, coeff. Di imbibizione, gelività, umidità). PROVE MECCANICHE Caratteristiche meccaniche dei materiali costituenti (malta ed elementi) 37/39

38 MURATURE ESISTENTI Indagini diagnostiche Indagini di laboratorio PROVE DI COMPRESSIONE SU PORZIONI DI MURATURA PRELEVATE IN CANTIERE Per la verifica della resistenza a compressione delle murature esistenti. Questa prova è in generale SCONSIGLIATA a causa: - della distruttività della prova; - della difficoltà di prelievo, conservazione e trasporto del campione; - della poca rappresentatività delle reali condizioni di confinamento e di vincolo della muratura reale. 38/39