Dissesti statici nel consolidamento delle opere d'arte danneggiate. Giorgio Monti Università La Sapienza di Roma

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1 Dissesti statici nel consolidamento delle opere d'arte danneggiate Giorgio Monti Università La Sapienza di Roma 1

2 Contenuti Metodologia di progettazione Valutazione della resistenza attuale (Capacità) Valutazione dell intensità delle azioni (Domanda) Criteri di progettazione Valutazione della resistenza finale. 2/37

3 La progettazione del consolidamento Il consolidamento è necessario nei casi di: Errori di progetto o difetti esecutivi Dissesti accidentali o crolli Degrado delle caratteristiche dei materiali Variazione della destinazione d uso Modifica della configurazione strutturale. 3/37

4 Azioni da intraprendere Il progettista deve: Interpretare lo stato attuale della costruzione Definire le azioni da applicare alla struttura Derivare modelli rappresentativi della realtà per definire le caratteristiche attuali Geometriche, di resistenza e di deformabilità Definire concettualmente il tipo di intervento Valutare la sicurezza post-intervento. 4/37

5 Alcune riflessioni Interpretare lo stato attuale Importanza delle indagini conoscitive Definire le azioni da applicare Condiziona il tipo di intervento, la possibilità di attuare consolidamenti leggeri o limitati, o anche l opportunità di non intervenire affatto Definire concettualmente il tipo di intervento Integrazione della resistenza, aumento della duttilità, variazione della rigidezza, variazione dello schema strutturale resistente, o riduzione delle forze applicate. 5/37

6 Intervento su una costruzione esistente - problemi Caratteristiche dei materiali esistenti Dipendono dalla qualità dell esecuzione e dalle tecnologie in uso all epoca Variate per effetto del degrado nel tempo Schema statico diverso rispetto all originario Ruolo strutturale di elementi non strutturali Precedenti interventi di manutenzione Cedimenti di fondazione Fessurazione di elementi strutturali Redistribuzione degli effetti delle azioni. 6/37

7 Requisiti da rispettare Stabilità d insieme Resistenza Stabilità geometrica Rigidezza statica Risposta alle azioni dinamiche/impulsive Resistenza al fuoco Durabilità. 7/37

8 Metodologia della progettazione Dal punto di vista concettuale, si dovrà avere: R a + R i R d R a = resistenza attuale della costruzione R i = resistenza aggiuntiva R d = resistenza necessaria. 8/37

9 Metodologia della progettazione In generale: R a = ϕ R o R o = resistenza originaria ϕ 1 Presenza di dissesti Effetti dei cedimenti delle fondazioni Degrado dovuto all invecchiamento Variazioni apportate alla struttura, ma anche agli elementi non strutturali Eventi eccezionali (es. incendio). 9/37

10 Metodologia della progettazione Si ha allora: ϕ R o + R i R d Quindi, 4 ordini di problemi: Identificazione delle cause del dissesto Valutazione del degrado (ϕ) e quindi di R a Valutazione dell eventuale integrazione R i Definizione delle azioni di progetto (e quindi della resistenza necessaria R d ). 10/37

11 Identificazione delle cause del dissesto Comporta indagini approfondite Ispezione visiva della costruzione Studio della documentazione disponibile Rilievo della geometria effettiva e dei dettagli degli elementi strutturali Determinazione delle caratteristiche meccaniche dei materiali Stima dell intensità delle azioni attuali Confronto fra il quadro fessurativo teorico e quello effettivamente rilevato. 11/37

12 Valutazione di R a Calcolo di resistenza, rigidezza e duttilità residue del sistema strutturale, dei suoi componenti e delle fondazioni Identificazione degli elementi strutturali e dei parametri progettuali (resistenza, rigidezza, duttilità) in condizioni critiche Affrontata in dettaglio più avanti. 12/37

13 Valutazione di R i Scelta delle tecniche di intervento Riparazione Rafforzamento Intervento globale sul meccanismo di funzionamento del sistema resistente Intervento diffuso di rinforzi localizzati Nella struttura rinforzata coesistono materiali nuovi e vecchi I metodi di calcolo devono tener conto della struttura composta. 13/37

14 Valutazione della resistenza attuale R a Come già osservato, riguarda: 1. Analisi dei dissesti 2. Indagini sperimentali 3. Quantificazione delle azioni che hanno causato il dissesto 4. Valutazione analitica della resistenza residua 5. Definizione dell urgenza e del tempo limite d intervento. 14/37

15 Analisi dei dissesti La casistica è molto ampia. Sono dovuti a: Forze Distorsioni Agenti aggressivi di natura meteorica o chimica Difetti di progetto, di esecuzione, di esercizio Cause esterne Stati di sollecitazione o coazione non previsti Cause interne Degrado o modifiche strutturali. 15/37

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17 Analisi dei dissesti Difetti visibili Fessurazione fine e diffusa del copriferro Presenza di ruggine sulla superficie delle barre Cause possibili Corrosione delle armature Presenza di aggregati ferrosi Carbonatazione del calcestruzzo Indagine consigliata Verifica dell adeguatezza dello spessore del copriferro Valutazione della resistenza superficiale (microcarotaggi) Prova per la carbonatazione. 17/37

18 Fessurazione 18/37

19 Analisi dei dissesti Difetti visibili Fessure verticali equispaziate su pareti in c. a. Cause possibili Effetti del ritiro e dell umidità ambientale Indagine consigliata Verifica della esistenza e della qualità dei giunti di espansione Controllo della distribuzione delle barre. 19/37

20 Analisi dei dissesti Difetti visibili Lesioni diagonali nelle pareti Cause possibili Cedimenti differenziali delle fondazioni o degli appoggi Azioni eccezionali (sisma e incendio) Indagine consigliata Controllo dell adeguatezza delle fondazioni e della rigidezza di appoggi Controllo del livello di falda e delle sue variazioni, dell erosione e delle sue cause. 20/37

21 Analisi dei dissesti Difetti visibili Cedimenti localizzati e fessure diagonali Cause possibili Scarsa compattazione del terreno di fondazione Indagine consigliata Indagini geotecniche. 21/37

22 Analisi dei dissesti Difetti visibili Fessurazione fine e diffusa sulle superfici Cause possibili Difetti costruttivi Indagine consigliata Nessuna. 22/37

23 Analisi dei dissesti Difetti visibili Espulsione del copriferro e fessurazione verticale localizzata Cause possibili Corrosione delle armature Erronea disposizione e inadeguatezza delle armature Insufficiente ancoraggio delle barre Ritiro Indagine consigliata Verifica dell adeguatezza dello spessore del copriferro in relazione alla severità dell ambiente di esposizione Esami dei disegni di progetto con attenzione ai dettagli costruttivi Prove di carico. 23/37

24 Effetti della corrosione 24/37

25 Effetti della corrosione 25/37

26 Effetti della corrosione 26/37

27 Effetti della corrosione 27/37

28 Analisi dei dissesti Difetti visibili Fessure pressoché verticali su travi e solette Cause possibili Sovraccarico Armatura insufficiente Errori di progetto Altezza insufficiente Effetti termici o di ritiro Azioni eccezionali Indagine consigliata Confronto della resistenza effettiva con quella richiesta Valutazione dell intensità del gradiente termico. 28/37

29 Fessure verticali 29/37

30 Analisi dei dissesti Difetti visibili Fessure ad andamento inclinato Cause possibili Sforzi di taglio Effetti termici Azioni eccezionali Indagine consigliata Confronto delle deformazioni teoriche con quelle effettive Valutazione della storia di carico applicata e delle caratteristiche meccaniche dei materiali Controllo dei dispositivi di connessione. 30/37

31 Fessure inclinate 31/37

32 Rottura per taglio 32/37

33 Analisi dei dissesti Difetti visibili Fessurazione delle piastre in corrispondenza degli appoggi Cause possibili Progetto di piastre continue come semplicemente appoggiate Armatura di continuità inadeguata Mancanza di una armatura minima Azioni eccezionali Indagine consigliata Valutazione dell armatura di continuità effettivamente presente. 33/37

34 Analisi dei dissesti Difetti visibili Fessurazione diagonale di parete esterna Cause possibili Inadeguati accorgimenti per ritiro o effetti termici Indagine consigliata Valutazione dell armatura esistente, dell interesse dei giunti e delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo. 34/37

35 Analisi dei dissesti Difetti visibili Rottura localizzata delle superfici delle solette e delle piastre Cause possibili Degrado eccessivo per effetto del traffico Calcestruzzo di scarsa qualità Attacco chimico o del gelo Indagine consigliata Valutazione dei carichi effettivi, delle condizioni d uso e delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo. 35/37

36 Analisi dei dissesti Difetti visibili Degrado delle finiture e presenza di zone umide Cause possibili Fessurazione per ritiro Inadeguatezza dei giunti d espansione Presenza di vuoti o di nidi di ghiaia Inefficiente compattazione Inadeguata armatura Corrosione dell armatura ordinaria Indagine consigliata Esame dell interasse e della qualità dei giunti Valutazione delle caratteristiche fisico-chimiche del calcestruzzo e delle percentuale e della disposizione delle barre. 36/37

37 Analisi dei dissesti Dopo un incendio, si evidenziano i seguenti tipi di danno: Espulsione del copriferro (spec. in corrispondenza degli spigoli) Perdita di resistenza dell acciaio delle barre d armatura Perdita di resistenza a compressione ed a trazione del calcestruzzo Deformazioni permanenti (inclinazioni sulla verticale e spost. residui) Perdita di resistenza in corrispondenza delle connessioni Scorrimenti relativi tra acciaio e calcestruzzo Fessurazione estesa del calcestruzzo Penetrazione di acqua Effetti delle operazioni di estinzione Effetti del fumo. 37/37