Quadri fessurativi in situazioni particolari

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1 Seminario di Aggiornamento Professionale DIAGNOSI E MONITORAGGIO DEI DISSESTI DEGLI EDIFICI Matera 3 ottobre 2009 Quadri fessurativi in situazioni particolari Prof. Ing. Geol. Vincenzo Simeone Professore Ordinario di Geologia Applicata nel Politecnico di Bari Facoltà di Ingegneria di Taranto

2 Quadri fessurativi e situazioni particolari Argomenti della chiacchierata a) Generalità b) Che dice la normativa c) Cedimenti e funzionalità delle opere di ingegneria d) Cause particolari e) Terreni rigonfianti f) La vegetazione e gli interventi di drenaggio g) Scavi

3 Generalità I problemi dell ingegneria civile sono problemi di resistenza e di deformabilità Spesso siamo soliti considerare solo i problemi di resistenza e non quelli di deformabilità Eppure raramente abbiamo che il fallimento delle opere di ingegneria è legato al collasso delle opere stesse Di norma è legato ad una perdita di funzionalità dovuta ad eccessive deformazioni

4 Generalità Perdita di funzionalità implica che l opera non può essere più usata per gli scopi per cui è stata pensata Anche se non sempre la perdita di funzionalità comporta problemi per la sicurezza e/o l incolumità E impensabile abitare in una casa con le lesioni sulle murature portate, anche se non ci sono problemi per la sicurezza Perché si considerano poco le deformazioni??

5 Generalità E molto più facile modellare l equilibrio che modellare i problemi di deformazione Valutare la capacità portante è più facile che stimare un cedimento Quale è il modello giusto per i cedimenti L ingegneria (ed in un certo senso anche la geologia, specialmente quella applicata) è l arte di schematizzare la complessità dei fenomeni fisici con modelli semplici che possiamo utilizzare per i nostri calcoli.

6 Generalità E difficile scegliere il modello, perché ogni modello contiene delle semplificazioni e delle incertezze C è poi da individuare i parametri giusti per il modello ed assegnare a questi un valore E un arte in cui l esperienza conta molto Decisivo il contributo della geologia per capire l interazione fra terreno ed opere di ingegneria: Occorre però pazienza ed attenzione: Osservare criticamente i luoghi, guardarsi intorno con attenzione riflettere sui perché (Mente et malleo)

7 DM Che dice la normativa sui questi problemi? Le scelte progettuali devono tener conto delle prestazioni attese delle opere, dei caratteri geologici del sito è delle condizioni ambientali. E necessaria la verifica delle prestazioni di esercizio Le scelte progettuali dipendono dal sito, ma dipendono anche dalle prestazioni attese per le opere. Indagini e scelte non sono indipendenti dalle prestazioni

8 DM Che dice la normativa sui questi problemi? ARTICOLAZIONE DEL PROGETTO 1) Caratterizzazione e modellazione geologica del sito; 2) Scelta del tipo di opera e pianificazione delle indagini geotecniche 3) Caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo 4) Descrizione delle fasi e modalità costruttive 5) Verifica della sicurezza (SLU) e delle prestazioni (SLE) 6) Piani di monitoraggio e controllo (spostamenti assoluti e relativi dell opera interagente con il terreno e della struttura in elevato, carichi piezometrici, ecc).

9 DM Che dice la normativa sui questi problemi? Verifiche nei confronti degli stati limiti di esercizio (SLE) Occorre esplicitare le prescrizioni relative agli spostamenti compatibili e le prestazioni attese per l opera Ed Cd Dove Ed è il valore di progetto dell effetto delle azioni e Cd è il prescritto valore limite dell effetto da stabilire in funzione del comportamento dell opera Come si valutano Ed e Cd???

10 DM Che dice la normativa sui questi problemi? FONDAZIONI Scelte progettuali contestuali e congruenti con le strutture in elevazione Devono essere rispettate verifiche degli SLU e SLE Come? : Si devono calcolare i valori egli spostamenti e delle distorsioni per verificarne la compatibilità con i requisiti prestazionali della struttura in elevazione nel rispetto delle verifiche di esercizio. Facile a dirsi non facile a farsi

11 DM Che dice la normativa sui questi problemi? FONDAZIONI Per terreni a grana fine i parametri di deformabilità li posso determinare in laboratorio ma??? Per i terreni a grana grossolana in sito Forma dimensioni e rigidezza della struttura di fondazione dipendono dai requisiti prestazionali e le verifiche degli SLE possono essere più gravose di quelle degli SLU Per i pali occorre tener conto dei differenti meccanismi di mobilitazione della resistenza laterale e punta.

12 DM Che dice la normativa sui questi problemi? OPERE di SOSTEGNO Devono essere valutati gli spostamenti dell opera e del terreno circostante per verificare la compatibilità con la funzionalità, sicurezza dei manufatti adiacenti. Per niente facile a farsi

13 Limiti del modello di Winkler Da Viggiani, 1999

14 La rigidezza delle fondazioni J = 1/12 bh 3 Ciò che conta è l altezza non la base E il valore di J che controlla la deformabilità della fondazione

15 Quali sono i cedimenti o le distorsioni ammissibili?? Tipo di danno potenziale Pericolo in telai controventati Prime fessure negli edifici Fessure nei muri interni Difficoltà di funzionamento dei carri ponte Inclinazioni degli edifici alti sono percepibili Fessure significative in pannelli o tamponamenti Danno strutturale ad edifici Distorsione δ/l 1/600 1/500 1/600 1/300 1/300 1/2500 1/150 1/150

16 Quali sono i cedimenti o le distorsioni ammissibili?? Colombo Coleselli, 2003

17 Alcune immagini

18 Deformazioni

19 Le situazioni

20 Cause Ordinarie Variazioni eteropiche dei sedimenti Lenti di terreni diversi Diverso spessore dei terreni Disomogeneità locali diversi tipi di struttura poggiati su terreni diversi

21 Cause Particolari Edifici con zone ad altezza diversa Piani di posa a differente profondità Terreni rigonfianti Terreni collassabili Terreni rigidi su terreni plastici Drenaggio Effetto della vegetazione Costruzione su riporto

22 Terreni rigonfianti

23 Terreni rigonfianti

24 Terreni rigonfianti

25 Terreni rigonfianti

26 Terreni rigonfianti

27 Terreni rigonfianti

28 Terreni rigonfianti

29 Drenaggio E sempre utile il drenaggio?? Il drenaggio può indurre cedimenti σ = σ -u

30 Drenaggio Drenare fa sempre bene? Un drenaggio implica un aumento delle pressioni efficaci La diminuzione può essere significativa se considero il campo delle pressioni interstiziali negative dovute alle fasi di essiccamento che possono comportare grandi cedimenti Attenzione il drenaggio può indurre cedimenti che non ci aspettiamo Interventi che alterano, anche involontariamente il regime delle acque nel sottosuolo possono indurre cedimenti E particolarmente pericoloso avere fondazioni che trasmettano

31 Drenaggio Opere interrate possono alterare il regime di deflusso di acque sotterranee inducendo cedimenti

32 Drenaggio ed acque sotterranee Quale è la situazione più problematica Il drenaggio è utile, può indurre qualche problema

33 Vegetazione

34 L influenza degli scavi Da Viggiani, 1999

35 L influenza degli scavi Da Finno et al, 2002

36 L influenza degli scavi Da Finno et al, 2002

37 L influenza degli scavi Profilo del terreno prima e dopo dello scavo e potenziale superficie di rottura m Sup. sciv. Terr post Terr. pre fabbricato Strada m

38 Ciglio di frana

39 Grafico e - log s 0.1 log s Costruzione su riporto e Grafico e - log s 0.1 log s e 0.750

40 Costruzione su riporto Δh = s / M x H = 2,5 cm Dove Δh è il cedimento stimato e s = 100 kpa (carico trasmesso al terreno) M = 2 MPa (20 kg/cm2) (modulo edometrico, pari alla compressibilità del materiale) H = 50 cm spessore dello strato compressibile. Si tratta di un cedimento no compatibile con la funzionalità della struttura. Se si considera un interasse fra pilastri di 4 m si ha una distorsione b pari a β= 2,5 /400 = 1/160 Si tratta di una soglia superiore al valore di 1/300 1/500 come limite di fessurazione delle murature portate ed addirittura pari al limite di fessurazione delle strutture portanti in calcestruzzo armato: 1/150-1/200.