ANALISI DEI DISSESTI STATICI NEGLI EDIFICI (in muratura e c.a.) prof. ing. R. Landolfo ing. Maurizio Manganiello

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1 CORSO DI SPERIMENTAZIONE, COLLAUDO E CONTROLLO DELLE COSTRUZIONI Facoltà di Architettura Università degli Studi di Napoli Federico II ANALISI DEI DISSESTI STATICI NEGLI EDIFICI (in muratura e c.a.) prof. ing. R. Landolfo ing. Maurizio Manganiello Anno Accademico ANALISI DEI DISSESTI In un complesso edilizio lesionato, che bisogna risanare per ricondurlo in condizioni di stabilità, è indispensabile rilevare tutte le lesioni e studiarne le caratteristiche e le dimensioni nei successivi stadi di sviluppo onde poterne definire le cause e progettare i gli interventi. Lo studio degli edifici dissestati viene condotto in modo indiretto: 1. Si prevedono le tipologie di dissesti possibili e se ne determinano i quadri fessurativi corrispondenti 2. Con un procedimento inverso si risale dal quadro fessurativo osservato nei vari elementi costruttivi, ai dissesti statici e quindi alle cause perturbatrici ed infine ai rimedi Però, mentre esiste una corrispondenza diretta tra dissesti statici e lesioni (si è in grado di definire in modo univoco le seconde quando sono assegnati i primi) non altrettanto può dirsi nella relazione tra dissesti e cause perturbatrici. Per esempio, un quadro fessurativo tipico di un dissesto di traslazione verticale, può essere dovuto a varie cause perturbatrici come: Eccessiva compressibilità del piano di posa Schiacciamento delle strutture di base Carichi che aumentano le tensioni specifiche di base Deformazioni di travi o di archi di fondazione Scorrimento eccessivo dei pali di fondazione Se ogni lesione elementare corrisponde ad un unico dissesto elementare, non e vero che ad ogni dissesto elementare corrisponde un unica causa perturbatrice. Lo STUDIO ACCURATO DI TUTTO IL QUADRO FESSURATIVO corredato dalle opportune indagini in sito necessarie per definire l evoluzione del fenomeno e le caratteristiche meccaniche dei materiali è pertanto propedeutico a qualsiasi progettazione e pianificazione delle operazioni di intervento. In questa ottica, si inseriscono le lezioni relative all analisi dei disseti relative agli edifici in cemento armato e in muratura. Sono stati tralasciate le strutture in acciaio in quanto rappresentano ancora una piccola parte del costruito nazionale e, comunque, sono interessate da dissesti di natura completamente diversi da quelli illustrati, spesso legati al degrado del materiale piuttosto che a deficienze strutturali. Dopo aver accennato brevemente ai criteri di resistenza per materiali fragili e alle forme tipiche dei quadri fessurativi prodotti da sollecitazioni note, si analizzeranno organismi strutturali lesionati cercando di risalire dalla morfologia del dissesto alla causa perturbatrice. Si considereranno sia le strutture in muratura che in cemento armato e sia le azioni statiche (carichi e/o cedimenti vincolari) che dinamiche.

2 SOMMARIO LE INDAGINI L USO DEI CERCHI DI MOHR QUADRI FESSURATIVI STRUTTURE IN MURATURA STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO GLI EFFETTI DELLE AZIONI SISMICHE CONSIDERAZIONI INDAGINI E STUDI COORDINATI SECONDO IL SEGUENTE CICLO: Esame delle strutture portanti Rilievo del quadro fessurativo nella sua interezza Rappresentazione grafica di tutte le lesioni osservate Definizione della natura del dissesto Prove in situ per: Esaminare l evolversi del fenomeno nel tempo Ricercare i coefficienti di sicurezza degli elementi piu dissestati Determinare le caratteristiche meccaniche dei materiali in opera Ricerca delle possibili cause perturbatrici Studio delle opere di rafforzamento

3 In seguito, dopo aver introdotto un criterio di resistenza valido per i materiali a comportamento fragile (calcestruzzo o muratura) saranno definite le forme geometriche dei principali quadri fessurativi elementari, caratterizzati cioè da un solo dissesto ben definito IL CERCHIO DI MOHR Consente di determinare le componenti normale e tangenziale dello stato tensionale relativo ad un generico piano appartenente al fascio di sostegno z (individuato tramite i suoi coseni direttori rispetto ad un piano di riferimento) Il piano di riferimento rispetto al quale e noto lo stato tensionale e individuato dagli assi x-y

4 Espressioni che forniscono le componenti normali delle tensioni in funzione di quelle speciali: Se si indica con φ l angolo tra x e la normale al generico piano n può scriversi: RAGGIO CENTRO LA COSTRUZIONE E L UTILIZZO DEL CERCHIO τ xy σ x R

5 Nell utilizzazione del cerchio di Mohr e necessario valutare in modo diverso le componenti tangenziali di tensione: Il cerchio di Mohr, quindi, permette di determinare lo stato tensionale su qualsiasi elemento piano del fascio di sostegno z una volta che siano noti σ n e τ nm su generico piano comunque orientato appartenente allo stesso fascio La corrispondenza tra i punti T del cerchio e gli elementi piani passanti per z e biunivoca La scelta del polo P non e esclusiva nel senso che esso può scegliersi a piacere; tale scelta, infatti, non influenza la posizione reciproca delle tracce degli elementi piani relativi ai punti del cerchio

6 Se la retta z di sostegno del fascio degli elementi piani e una direzione principale il cerchio di Mohr assume una particolare importanza poiché offre la rappresentazione completa dello stato tensionale sugli elementi che si appoggiano a z I cerchi principali di Mohr

7 LA CURVA INTRINSECA -- MOHR-CAQUOT -- Permette i determinare il coefficiente di sicurezza nei confronti della rottura e le tracce dei piani di crisi per materiali a comportamento fragile La crisi avviene quando si verificano scorrimenti irreversibili tra elementi piani all aumentare della tensione tangenziale con tensione normale costante Determinazione del coefficiente di sicurezza per una generica giacitura a i di normale n i

8 Il più piccolo dei valori determinati per le varie rette a i e il coefficiente di sicurezza in quel punto Moltiplicando le tensioni principali per s (coefficiente di sicurezza), il cerchio massimo di Mohr di esercizio si deforma in quello omotetico a a rottura (tg alla curva intrinseca) CERCHIO DI CRISI: E TANGENTE IN C 0 E D 0 ALLA CURVA INTRINSECA PIANI DI CRISI

9 CURVA INTRINSECA -- CAQUOT -- Materiali fragili: Conglomerato cementizio e la Muratura 3/ 2 aσ + b = ±τ 3/ 2 b b = c a = σ ' 03 Si presenta molto aperta verso le σ di compressione poiché per questi materiali si ha: σ '' 0 >> σ ' 0 σ ' 03 = σ ' 0 σ 0 e σ 0 sono le tensioni normali di rottura per sollecitazione monoassiale di trazione e compressione e σ 03 la tensione di rottura per sollecitazione di trazione uniforme sulle facce del provino STATO MONOASSIALE DI TRAZIONE

10 STATO MONOASSIALE DI TAGLIO STATO MONOASSIALE DI COMPRESSIONE

11 REGOLE GENERALI Anche quando lo stato tensionale e definito da tre tensioni principali diverse da zero, le tracce dei piani di crisi risultano sempre ortogonali alla direzione di una delle tensioni principali Esse si possono ritenete ortogonali alla direzione della massima tensione principale di TRAZIONE se i punti di tangenza sono nei quadranti di trazione Esse si possono ritenete ortogonali alla direzione della minima tensione principale di COMPRESSIONE se i punti di tangenza sono nei quadranti compressione I QUADRI FESSURATIVI NEGLI EDIFICI IN MURATURA

12 LO STATO TENSIONALE NELLE MURATURE σ Z = τ ZX = τ ZY = 0 essendo b<<h tale stato tensionale si presenta in tutto lo spessore (stato tensionale piano) Poiché le forze esterne sono verticali e costanti a ciascuna quota lungo l asse della muratura, le σ x e τ xy sono così piccole da potersi trascurare => LO STATO TENSIONALE DIVENTA MONOASSIALE E DEFINITO DALLA SOLA COMPONENTE NORMALE DI COMPRESSIONE CEDIMENTO VERTICALE DI UN TRATTO TERMINALE DI TERRENO

13 CEDIMENTO VERTICALE DI UN TRATTO TERMINALE DI TERRENO CEDIMENTO VERTICALE DI UN TRATTO TERMINALE DI TERRENO Quando il muro è dotato di aperture le lesioni seguono le linee di minore resistenza e si localizzano negli spigoli dei vani. IL QUADRO FESSURATIVO PRESENTA LE STESSE CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DI QUELLO CHE SI VERIFICA NELLA MURATURA IN ASSENZA DI APERTURE

14 CEDIMENTO VERTICALE DI UN TRATTO INTERMEDIO DI TERRENO CEDIMENTO VERTICALE DI UN TRATTO INTERMEDIO DI TERRENO

15 CEDIMENTO VERTICALE DI UN TRATTO INTERMEDIO DI TERRENO In presenza di aperture le lesioni si localizzano nei nuclei murari prossimi alle verticali che definiscono i limiti della zona che cede e conservano l aspetto globale identico a quello delle murature senza vani LIMITI DIMENSIONALI TAGLIO FLESSIONE

16 TRASLAZIONE ORIZZONTALE DI UN TRATTO TERMINALE DI TERRENO N x = F x N y σ y = tb σ xs = N x bh M W z z 2N = bh x σ xi = N x bh M + W z z 4N = bh x M z = N x h 2 2 bh W z = 6 TRASLAZIONE ORIZZONTALE DI UN TRATTO TERMINALE DI TERRENO In E 1 la σ x è negativa ed assume valore assoluto pari alla metà di quella che sorge in E 2 per cui la tangenza del cerchio di MOHR con la curva intrinseca non si verifica e non si ha la crisi del materiale. All aumentare del fenomeno la sezione resistente diminuisce di altezza, la zona lesionata si sposta verso l alto e l apertura alla base aumenta di ampiezza

17 ROTAZIONE INTORNO AD UN ASSE ORIZZONTALE - in assenza di cedimenti verticali - Sono dissesti generalmente dovuti alla presenza di forze orizzontali agenti sui paramenti laterali, che non essendo equilibrate, producono una presso-flessione con elevate sollecitazioni nel bordo esterno della fondazione. La τ xy è nulla in prossimità dello spigolo SCHIACCIAMENTO DELLA MURATURA Il fenomeno assume aspetti geometrici che variano all aumentare del dissesto e del grado di pericolo

18 SCHIACCIAMENTO PILASTRI IN MURATURA RITIRO E VARIAZIONI DI TEMPERATURA Due edifici contigui aventi il muro di confine in comune, impostati su quote di fondazione diverse, possono presentare le strutture orizzontali dei solai sfalsate Ritiro che si manifesta dopo l applicazione dell intonaco Le parti superiori sono le ultime ad essere costruite e le prime ad essere intonacate Dilatazioni termiche dei solai

19 ORIGINE DEI CEDIMENTI NON UNIFORMI DISTRIBUZIONI ANOMALE DELLE PRESSIONI

20 CEDIMENTI LINEARI E POSSIBILI DISTRIBUZIONI DI PRESSIONI INFLUENZA DI SCAVI E RILEVATI