Analisi e consolidamento di colonne e pilastri in muratura

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1 CORSO DI RECUPERO E CONSERVAZIONE DEGLI EDIFICI A.A Analisi e consolidamento di colonne e pilastri in muratura

2 Resistenza a compressione (1) I materiali lapidei naturali ed artificiali raggiungono la rottura a compressione per effetto delle dilatazioni trasversali. Il tipo di rottura è connesso alle modalità di deformazione. Se l elemento è compreso tra due elementi di materiale più rigido che (per attrito) ne impediscono la deformazione laterale si ha la rottura iperboloidica diretta (sinistra). Se il materiale non è influenzato dai materiali limitrofi si ha rottura prismatica (centro). Se i materiali limitrofi sono meno rigidi si ha la rottura iperboloidica inversa (destra). L effetto di contenimento degli elementi più rigidi si fa sentire solo ad una distanza dall estremità pari circa al lato della base (principio di Boussinesque), quindi elementi strutturali tipo colonna o pilastro non risentono dell effetto positivo di plinti, basi o capitelli, se non alle estremità. La rottura avrà luogo nella parte bassa del pilastro un po al di sopra della base.

3 Resistenza a compressione (2) La muratura in conci e giunti di malta Il singolo concio (mattone o pietra) può essere visto come elemento rigido compreso tra due elementi meno rigidi ovvero i giunti di malta, e viceversa. Per quanto detto in precedenza vediamo che: * Il giunto è soggetto a confinamento che ne migliora la resistenza. * Nel concio si hanno sollecitazioni orizzontali di trazione che peggiorano le prestazioni meccaniche. La resistenza della muratura è intermedia tra quella del concio e quella della malta. La rottura per compressione si sviluppa sempre nel mattone come fessura verticale (ortogonale alla direzione dello sforzo principale massimo in senso algebrico).

4 Rottura per schiacciamento dei pilastri in muratura Il pilastro si accorcia in direzione verticale e si dilata in direzione trasversale. La deformata del pilastro ricorda la forma delle colonne classiche dotate di entasi, vale a dire un diametro maggiore circa ad un terzo dell altezza. La dilatazione trasversale massima non si ha alla base, ma più in alto per effetto di contenimento delle deformazioni dovuto al contatto con la superficie d appoggio. Le prime fessure si formano nella sezione di dilatazione trasversale massima. Dopo la formazione delle fessure i prismi di muratura che si formano tra le fessure possono essere molto snelli e collassare o sbandare per carico di punta. N.B.: La formazione delle prime fessure porta alla diminuzione della capacità portante del pilastro. Se non esistono strutture adiacenti sulle quali possano migrare i carichi il pilastro collassa e tutta la struttura soprastante con esso.

5 Rottura per schiacciamento dei pilastri in muratura

6 Pilastri e colonne soggetti a carichi verticali baricentrici Calcolo degli sforzi Solidi omogenei σ = N / A Solidi disomogenei (pilastri con nucleo e paramento) Si ipotizza una deformazione congruente su tutta la sezione. Eq. di congruenza:ε 1 = ε 2 Eq. di legame: σ 1 =ε E 1 σ σ 2 = ε E 2 = σ 1 E 2 / E 1 2 Eq. di equilibrio: σ 1 A 1 + σ 2 A 2 = N A 1 A 1 A 2 Queste formule valgono al tempo 0, con il passare del tempo i fenomeni di viscosità che interessano le malte possono causare migrazione degli sforzi verso le parti di sezione con minore quantità di malta (nel caso di paramenti con giunti più sottili o nuclei con materiale irregolare e grandi quantità di malta.

7 Pilastri e colonne soggetti a carichi verticali baricentrici Nel caso che il nucleo sia poco coerente si può avere anche un effetto pressione idrostatica sui paramenti esterni, favorendone la instabilizzazione per carico di punta

8 Consolidamento di pilastri e colonne Cerchiature, staffe e tirantini «Una membratura muraria, sollecitata alla compressione assiale, subisce un accorciamento lungo l asse e una dilatazione trasversale denunciata, oltre certi limiti di carico, dalla pleiade fessurativa dello schiacciamento, immediato preludio alla distruzione della compagine costruttiva. Impedendo o quanto meno ostacolando la dilatazione trasversale, aumenta, di pari passo, la resistenza a compressione longitudinale. Su questo principio è basata l applicazione dei tirantini antiespulsivi, delle cuciture e delle cerchiature dei pilastri, delle colonne, degli alti fabbricati e specialmente delle torri, soggetti a dissesti di schiacciamento» (Sisto Mastrodicasa)

9 Consolidamento di colonne Cerchiature Per poter essere collocate su una colonna già esistente le cerchiature devono essere costituite da un unico pezzo aperto oppure da più pezzi. In ogni caso perché si abbia un consolidamento di tipo attivo è necessario che la cerchiatura sia riscaldata prima di essere chiusa o sia dotata di un sistema di regolazione del tiro (bulloni il cui serraggio imprime una trazione nella cerchiatura). Formula di Mariotte Legge che lega il tiro nella cerchiatura allo sforzo radiale imposto alla colonna. d è l interasse fra le cerchiature che in genere (anche per sezioni rettangolari) si assume non superiore alla metà della minore dimensione della sezione

10 Consolidamento di pilastri Staffe e tirantini antiespulsivi La distribuzione ottimale delle tensioni che si imposta con la cerchiatura alle colonne non si riesce a ottenere anche nei pilastri quadrati né, tanto meno, rettangolari. Infatti: La forza di trazione agente nella staffa si concentra nello spigolo, rischiando di causare rotture localizzate. La porzione intermedia di ciascun lato (b) risulta non sottoposta a confinamento e, quindi, a rischio di espulsione. Il posizionamento di cantonali ad L sugli spigoli (con il compito di ripartire la forza diagonale) e di tirantini antiespulsivi (con il compito di aumentare la porzione di sezione confinata risolve il problema solo dal punto di vista tecnico, infatti la soluzione è molto invasiva.

11 Consolidamento di pilastri e colonne Tirantini antiespulsivi

12 Consolidamento di pilastri e colonne Tirantini antiespulsivi

13 Consolidamento di Torri Tiranti di contenimento