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

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

2 Indice delle slides 1. Introduzione 2. Richiami di meccanica 3. Le strutture semplici L interazione tra i solai le strutture orizzontali) e le pareti verticali 6. L interazione col terreno p.2)

3 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 da cui sono sostenuti dalla muratura a cassetta alla facciata continua) p.3)

4 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 p.4)

5 La complessità è anche morfologica p.5)

6 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. p.6)

7 Distacco di parti: cornicioni pericolosi p.7)

8 Crolli parziali v.le Monza) p.8)

9 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 p.9)

10 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 p.10 10)

11 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. p.11 11)

12 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 p.12 12)

13 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 p.13 13)

14 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 p.14 14)

15 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. p.15 15)

16 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). Fig. 18 p. 35 Matarrazzo p.16 16)

17 Stato tensionale di compressione Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento p.17 17)

18 Quando la resistenza a trazione è modesta Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento p.18 18)

19 Perché lesioni // allo sforzo? Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento p.19 19)

20 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 Fig. 17 p. 40 Mastrodicasa p.20 20)

21 Introduzione Foto p. 41 Mastrodicasa Rottura per compressione: esempi p.21 p.21) 21)

22 Rottura per compressione: esempi In corrispondenza dell apertura si concentrano sforzi pericolosi che si manifestano con una fessura verticale p.22 22)

23 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) p.23 23)

24 Rottura per compressione: esempi Comportamento monolitico o parzialmente) e disgregazione della struttura muraria V.Manfré p.24 24)

25 Rottura per compressione carichi concentrati) Fig p. 237, Mastrodicasa. p.25 25)

26 Rottura per compressione carichi concentrati) Foto 53 p. 236, Mastrodicasa p.26 26)

27 Rottura per compressione carichi concentrati) Fig. 117 p.238, Mastrodicasa. p.27 27)

28 Rottura per compressione carichi distribuiti) Fig 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 p.28 28)

29 Stati di sforzo piano Lo stato di sforzo in una struttura piana è caratterizzata, fissato un sistema di riferimento cartesiano, da tre quantità: σ x ; σ y ; τ xy Al fine di comprendere lo stato tensionale maggiormente critico, è utile cercare le giaciture per cui le tensioni normali sono massime. σ τ x* xy* 2 2 = σ cos θ + σ sin θ + 2τ sinθ cosθ x 1 = 2 σ σ ) sin2θ + τ cos2 θ y x y xy xy σ max p.29 max 29) θ = 1 2 arctan σ x + σ y = 2 2τ x xy σ σ ± y σ x σ y τ 2 xy

30 xσ, Introduzione Il cerchio di Mohr Uno stato piano di sforzo può essere rappresentato geometricamente col cerchio di MOHR: le equazioni precedenti, infatti, possono essere riscritte: τ σ 1 σ x τ xy σ y τ xy σ x σx + σy σx * σ C) + τ = R x* xy* 2 + τ 2 xy* σx σy = τ 2 xy θ σ x, τ xy ) σ y σ 2 2θ σ 1 σ σ, ) y τ xy p.30 30)

31 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 p.31 31)

32 Fessurazione teorica per flessione pura Fig 20 p. 43 Mastrodicasa p.32 32)

33 La parzializzazione della sezione pressoinflessa Ma non si ha mai una flessione semplice, in pratica Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento p.33 33)

34 Sistemi a conci rigidi Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento p.34 34)

35 Sistemi a conci rigidi Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento p.35 35)

36 Fessurazione per torsione Fig 22 p. 45 Mastrodicasa p.36 36)

37 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 p.37 37)

38 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 p.38 38)

39 Traslazione verticale dell appoggio terminale cedimento) Fig. 71 p. 142 Mastrodicasa p.39 39)

40 Cedimento e fessurazione per flessione e taglio La direttrice fessurativa è la linea che interpola lo sviluppo delle varie fessure Fig 20, p. 31 Antonucci p.40 40)

41 Traslazione orizzontale dell appoggio Fig 20, p. 31 Antonucci. La traslazione orizzontale è frequente sopratt. nelle zone in pendenza p.41 41) Figg. 75 p. 142 Mastrodicasa

42 Casi particolari Fig 100, p. 192 Baruchello L autore parla di effetti combinati p.42 42)

43 Introduzione Cedimento e fessurazione per flessione e taglio Foto 19, p.172 Mastrodicasa p.43 p.43) 43)

44 Casi particolari di cedimento Fig. 99 p. 183 Mastrodicasa p.44 44)

45 Casi particolari di cedimento Fig. 100/1 p. 185 Mastrodicasa p.45 45)

46 Casi particolari di cedimento Fig. 102/3 p. 186 Mastrodicasa p.46 46)

47 Azioni orizzontali ortogonali al piano Modalità semplice di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica fuori piano con comportamento a mensola V.Manfré p.47 47)

48 Azioni orizzontali ortogonali al piano Modalità di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica fuori piano con comportamento a piastra V.Manfré p.48 48)

49 Azioni orizzontali parallele al piano La figura esemplifica la modalità di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica nel proprio piano V.Manfré p.49 49)

50 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 p.50 50)

51 Muratura come struttura 3D La concezione strutturale a cellule con aperture relativamente piccole è quella più vicina al meccanismo resistente scatolare. Da Tubi cit. p.236-7) p.51 51)

52 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.) p.52 52)

53 Azioni ortogonali ai piani delle murature: deformazioni e crepe p.53 53)

54 Dissesti tipici di una cellula per azioni orizzontali in corr.solaio) Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento p.54 54)

55 Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte estesa di una facciata in muratura V.Manfré p.55 55)

56 Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte interna di una facciata in muratura V.Manfré p.56 56)

57 Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte superiore di una facciata in muratura V.Manfré p.57 57)

58 Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte superiore di una facciata in muratura V.Manfré p.58 58)

59 Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte centrale di una facciata in muratura V.Manfré p.59 59)

60 Effetti di sismi e non solo Ribaltamento fuori piano di una parte superiore di una facciata in muratura a causa di spinte della copertura) V.Manfré p.60 60)

61 Effetti di sismi e non solo Edifici adiacenti con diverse quote altimetriche: azioni di martellamento V.Manfré p.61 61)

62 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 V.Manfré p.62 62)

63 Effetti di sismi e non solo Corpi addossati V.Manfré p.63 63)

64 Pareti reali: singolarità geometriche In termini strutturali, i muri di fabbrica vengono solitamente considerati solidi piani p: s << h, l In realtà, i setti portanti sono sempre caratterizzati da molte singolarità. Singolarità geometriche: Angoli Intersezioni con altre pareti Fori e aperture di grandi dimensioni Vincoli vari influenti sulle deformazioni Variazioni di spessore e aperture ne riducono portanza e resistenza al taglio e, negli elementi di connessione architravi e sottofinestra), si concentrano gli sforzi prodotti da azioni di taglio e deformazioni impedite. p.64 64)

65 Connessione tra pareti Distacco di angolata realizzata mediante conci in pietra non efficacemente connessi V.Manfré p.65 65)

66 Connessione tra pareti L ammorsamento poco efficiente non garantisce la trasmissione delle sollecitaz. e la reciproca collaborazione V.Manfré p.66 66)

67 Singolarità in facciata Finestra o porta finestra Balcone mensole, lastre ) Attacco a terra Angolo tra pareti verticali Canalizzazioni entranti o uscenti dalla parete Canalizzazioni esterne vincolate alla parete ed altri oggetti lampade, dispositivi vari, funi, insegne ) Parapetti Attacco falde di copertura bordo, impluvio ) Cornici, modanature, lesene, timpani, Nicchie, edicole Frangisole, sporti e qualsiasi altro elemento con superfici orizzontali p.67 67)

68 Pareti reali: singolarità di carichi Oltre a queste, ci sono anche le singolarità di carichi oltre al peso proprio) Carichi concentrati prodotti dagli appoggi di travi e lastre Momenti flettenti trasmessi per varie motivazioni Spinte orizzontali normali al piano) di prodotti da archi o altre strutture Cedimenti localizzati o differenziali p.68 68)

69 Aperture nelle murature ed effetti della compressione Fig. 54 p. 104 Mastrodicasa. Linee di forza dei carichi verticali nella parete di facciata con finestre. p.69 69)

70 Aperture nelle murature ed effetti della compressione Fig. 55 p. 104 Mastrodicasa. Elemento di muratura tra due finestre maschio murario) compresso ai limiti del crollo p.70 70)

71 Aperture nelle murature ed effetti del taglio Fig. 104/5 p. 191 Mastrodicasa Stati tensionali in caso di azione tagliante nel sottofinestra p.71 71)

72 Aperture nelle murature ed effetti del taglio Fig. 106 p. 192 Mastrodicasa Fessurazione dei sottofinestra per effetto di un cedimento in posizione terminale p.72 72)

73 Aperture nelle murature ed effetti del taglio Fig. 107 p. 192 Mastrodicasa Fessurazione dei sottofinestra per effetto di un cedimento in posizione centrale p.73 73)

74 Aperture nelle murature ed effetti del taglio Fig. 101 p. 192 Baruchello. Quadro fessurativo dei sottofinestra per effetto di un ampio cedimento in posizione centrale. La forma e la posizione delle fessure dipende dal rapporto tra l altezza e la larghezza della finestra p.74 74)

75 Cedimento del terreno sotto un pilastro in muratura p.75 75)

76 Cedimento del terreno in corr. di un angolo dell edificio p.76 76)

77 Connessioni muro - solaio Rotazione delle teste delle travi e dei solai nonché loro variazioni dimensionali possono generare spostamenti orizzontali e indurre stati tensionali locali in una parete in muratura V.Manfré p.77 77)

78 Dissesto tipico di una cellula per azioni orizzontali in corr.solaio) La struttura in sé è molto più complessa e il meccanismo di collasso molto vario Eva Coisson slides laboratorio di consolidamento p.78 78)

79 Appoggio di coperture spingenti V.Manfré p.79 79)

80 Dilatazione e contrazione) termica di un solaio in CA) Il caso schematizzato è quello di un solaio di copertura in calcestruzzo un solaio laterocementizio sarebbe all incirca lo stesso) non ben isolato e degli effetti sulle pareti portanti che lo sorreggono. da: Chaulet p.25 p.80 80)

81 La soletta a sbalzo del terrazzo è poco coibentata, quindi si dilata e attiva fessurazioni sulla zona più debole all estradosso delle partiture in vetrocemento Introduzione p.81 81)