Il processo di danneggiamento
causa perturbatrice
dissesto
circostanza o fenomeno che
induce alterazioni nel regime
di equilibrio della costruzione
movimenti della
massa muraria
manifestazione di fatiscenza
soluzioni di continuità
della massa muraria,
deformazioni 1
Esempio:
causa perturbatrice
cedimento del terreno
dissesto
rotazione
manifestazione di fatiscenza
quadro fessurativo
2
Il processo diagnostico
esame delle manifestazioni
deformative e fessurative
definizione della natura del
dissesto statico
individuazione delle cause
perturbatrici
RIMEDI
3
Formazione delle lesioni
La muratura e il calcestruzzo sono materiali fragili: per
piccole deformazioni, sostanzialmente seguono la legge di
Hooke; la rottura si verifica subito dopo il superamento della
fase elastica, essendo la fase plastica di entità trascurabile.
Materiali fragili soggetti a trazione monoassiale
Allorquando la dilatazione maggiore (in senso algebrico)
raggiunge il valore per cui si ha decoesione del materiale, si
verifica la frattura
La frattura si stabilisce normalmente alla
direzione della dilatazione maggiore
Attraverso una prova monoassiale si può
determinare il limite di rottura di un
materiale
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Criterio di rottura per materiali fragili (De Saint Venant)
In un solido fragile soggetto ad uno stato di tensione
complesso, la rottura si verifica quando la dilatazione
principale massima raggiunge il valore limite.
Tale criterio è più adatto a descrivere il comportamento dei
materiali fragili che non il criterio della tensione principale
massima (di Rankine), in quanto tiene conto dell'effetto Poisson.
Infatti, l'esperienza insegna che la resistenza di un corpo soggetto
ad una tensione sz aumenta se si fanno agire anche due tensioni sx
e sy dello stesso segno di sz, mentre diminuisce se hanno segno
contrario.
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In ogni punto di un solido si possono individuare tre direzioni
ortogonali fra loro - direzioni principali - secondo le quali
agiscono solo tensioni normali - tensioni principali - fra cui la
maggiore e la minore sono rispettivamente in grado di massimo
e di minimo:
s1
(massima) >
s2 (media)
>
s3 (minima)
Le direzioni principali di tensione sono anche direzioni
principali della dilatazione
dilatazioni principali:
e1 (massima)
>
e2 (media)
>
e3 (minima)
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Le tensioni e le dilatazioni sono legate dalle equazioni costitutive
sulle direzioni principali le
equazioni costitutive
assumono la forma ridotta:
(in presenza di sole
tensioni normali)
Il criterio di De Saint Venant afferma che quando la dilatazione
massima, in questo caso la e1, raggiunge il valore limite, si verifica
la rottura e questa avviene secondo la superficie piana elementare
normale alla direzione della dilatazione massima, ovverosia della
tensione principale massima.
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Esempio:
una colonna compressa secondo l'asse 3
arriva a rottura quando s3=fc
(fc resistenza alla compressione monoassiale
del materiale)
le dilatazioni valgono:
perciò la dilatazione limite del materiale vale:
Se si cerchia la colonna con anelli metallici che, opponendosi al
rigonfiamento, esercitano delle compressioni laterali, la colonna
resiste a sforzi di compressione maggiori di fc:
EFFETTO CERCHIANTE
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Infatti, dalle equazioni costitutive si vede che quando le s laterali
hanno lo stesso segno di s3, le dilatazioni e sono minori.
Es: s1(-)= s2(-)
E' ragionevole pertanto attribuire l'aumento di resistenza alla
diminuita dilatazione e viceversa; ossia è logico ritenere che la
rottura avvenga quando la dilatazione (e non la tensione) superi un
certo valore, come afferma il criterio di De Saint Venant.
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Le equazioni costitutive possono essere scritte anche nella forma:
le sid sono le tensioni ideali, rispettivamente massima, media e
minima; hanno la stessa direzione e verso delle corrispondenti
tensioni principali e deformazioni principali.
Si può quindi affermare che la frattura si verifica quando la
tensione ideale massima raggiunge il valore limite, che
rappresenta la resistenza del materiale, e la rottura avviene
secondo la superficie piana elementare normale alla direzione
della tensione massima.
linee isostatiche, di trazione o di compressione:
in ogni punto sono tangenti alla direzione principale in quel
punto, massima o minima
sono due famiglie di curve ortogonali fra loro
linee isodinamiche,
di massimo o di
minimo:
uniscono i punti in
cui la tensione ideale,
massima o minima,
assume lo stesso
valore.
se in un punto del solido la tensione ideale massima supera
la resistenza del materiale, lì si verifica una frattura
elementare, nella direzione ortogonale alla isostatica di
trazione, quindi sovrapposta alla isostatica di compressione
in quel punto (punto di originaria rottura)
Una volta che si è formata la prima frattura elementare, nel suo
intorno immediato la tensione è nulla (bordo libero del materiale);
mentre nell'intorno il livello tensionale aumenta.
Ci sarà quindi un punto abbastanza vicino in cui la tensione ideale
raggiunge il valore critico: lì si forma una nuova frattura elementare
con direzione ortogonale alla isostatica di trazione.
Le due fratture elementari avranno direzione circa parallela, ma non
è detto che giacciano sulla stessa linea.
La linea fessurativa risulta determinata dall'unione delle fratture
elementari.
in generale, la linea fessurativa non è
normale alla isostatica di trazione; lo
sono invece le fratture elementari
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è importante individuare, oltre all'andamento della linea
fessurativa, la direzione dello spostamento relativo fra i cigli
di frattura (direzione della congiungente dei punti
corrispondenti dei due cigli di frattura)
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la linea fessurativa ci dà indicazione del luogo dei punti dove si
è verificata la tensione massima, la direzione dello spostamento
relativo dei cigli indica la direzione delle isostatiche di
compressione in quei punti
tali osservazioni sono utili per individuare il moto relativo delle
due parti del solido murario separate dalla lesione (dissesto
statico)
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In un dissesto ancora in atto, il monitoraggio dell'ampiezza
delle lesioni può fornire indicazioni utili sulla direzione del
movimento
20
cm
A
A'
20 cm
20 cm
A
A'
A''
d
17
Modalità di applicazione: lesioni d’angolo
18
Lesioni nell'intonaco
e nelle masse murarie
Negli edifici vetusti, può darsi che l'intonaco sia stato sostituito
o riparato successivamente al presentarsi delle lesioni; pertanto
l'ampiezza e la lunghezza delle lesioni nella massa muraria è
maggiore che non quella che appare sull'intonaco.
E' opportuno verificare asportando parte dell'intonaco in
corrispondenza del ventre e delle cuspidi della lesione
Fessurazioni reticolari dell'intonaco: dovute a ritiro
dell'intonaco stesso in fase di asciugamento; non sono
collegabili a dissesti statici
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Fessurazioni recenti e non recenti
Fessure nuove:
frattura fresca, chiara, priva di polvere, cigli taglienti e
ben contornati
Fessure vecchie:
fratture annerite, polverose, cigli arrotondati, talvolta
frammenti di ragnatele
Nelle lesioni capillari l'accertamento è più difficile; si possono
asportare dei frammenti di materiale dalla parte di uno dei cigli e
confrontare la superficie di frattura fresca con quella da
esaminare
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Progressione fessurativa
E' necessario studiare il progredire delle lesioni nel tempo per
comprendere l'evoluzione del dissesto
• se la progressione è nulla, il moto è estinto ed il complesso ha
trovato un nuovo equilibrio
• la progressione non nulla, può essere ritardata, cioè
caratterizzata da manifestazioni sempre più attenuate:
probabilmente il fenomeno tende ad estinguersi
• se la progressione è costante o addirittura accelerata, il
fenomeno tende ad accentuarsi, tendendo ad equilibri sempre
più precari
Il controllo della progressione si effettua tramite il monitoraggio
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Rilievo delle manifestazioni di dissesto
Rilievo e catalogazione delle singole manifestazioni:
•
lesioni: posizione, forma, ampiezza, direzione dei
movimenti relativi attraverso l'analisi dei cigli fessurativi
•
caratteristiche degli spostamenti nei piani verticali:
strapiombi, spanciamenti
•
rilievo di fessurazioni e distacchi interni nelle murature
•
caratteristiche delle deformazioni degli orizzontamenti
•
analisi dell'evoluzione; esiti del monitoraggio
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Rilievo delle lesioni e dei dissesti
•
rilievo delle lesioni: posizione, forma, misura
dell'ampiezza con fessurimetri, direzione dei movimenti
relativi attraverso l'analisi dei cigli fessurativi
•
rappresentazione grafica del quadro fessurativo e dei
dissesti ai fini dell'interpretazione
•
datazione e analisi dell'evoluzione (documenti, presenza
di stuccature, riparazioni, consolidamenti, ecc)
•
misura degli strapiombi
•
misura delle deformazioni degli orizzontamenti mediante
livellazioni
•
rilievo di fessurazioni e distacchi interni nelle murature
mediante perforazioni, indagini endoscopiche, ecc.
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Rilievo dell’ampiezza delle lesioni
24
Oltre che classificare e documentare singolarmente, occorre
procedere ad una rappresentazione grafica del quadro
fessurativo e dei dissesti in schemi d'insieme.
Questo consente di analizzare complessivamente le
manifestazioni di fatiscenza per comprendere i meccanismi di
danneggiamento.
25
Esempio di restituzione grafica del quadro di dissesti
26
27
Cedimento delle fondazioni
Il quadro fessurativo si presenta
in forma diversa a seconda del
rapporto fra la lunghezza della
fondazione sede del cedimento e
l'altezza del fabbricato
sovrastante.
Non si possono indicare valori
precisi del rapporto l/h, che
limitino i diversi casi.
Si possono dare solo
indicazioni qualitative.
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smax
h
max
p·h carico trasmesso dal muro
phl 2
s max
2
pl
12 

2
th
2th
6
p·h·l/2
TAGLIO
phl
 max 
p·h·l²/12
 th
2
t  th 3
2
12
8  3  pl
4t
MOMENTO
p·h·l²/24
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cedimento lungo: il comportamento
è tipo trave inflessa, le lesioni si
manifestano nella parte alta della
trave (trazione massima), sono
circa ortogonali all'asse della trave
ed hanno maggiore ampiezza verso
l'alto
se il cedimento è molto lungo, il
momento flettente è molto elevato
anche nella mezzeria della trave,
cosicché possono verificarsi delle
lesioni intermedie, con ampiezza
maggiore nella parte bassa
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cedimento corto: il comportamento è tipo trave tozza, prevale cioè
l'azione del taglio su quella del momento; la crisi è dovuta alle
tensioni tangenziali, che determinano tensioni principali inclinate
di 45° sull'asse della trave. La parte di muratura coinvolta nel
cedimento è solo quella a più diretto contatto con la fondazione, la
parte sovrastante funziona ad arco
cedimento intermedio: le
lesioni sono dovute sia al
taglio che al momento
31
32
Traslazione verticale, cedimenti di estremità
a) cedimento lungo: prevale il comportamento a flessione
b) cedimento intermedio: sia flessione che taglio
c) cedimento corto: comportamento tipo taglio (mensola tozza)
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Edifici con aperture
le lesioni tendono a formarsi
dove la parete è indebolita
dalla presenza dei vani delle
finestre
ulteriore indebolimento è
causato talvolta dalla
riduzione di spessore del
muro del sottofinestra
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L'andamento delle lesioni
dipende dal rapporto fra la
larghezza e l'altezza del
sottofinestra.
TAGLIO
MOMENTO
35
36
Cedimento delle strutture murarie
assestamento
schiacciamento
presso-flessione
spinta
danni dovuti a vibrazioni
danni conseguenti a sisma
ciascun dissesto può causare uno degli altri ed il secondo
può poi manifestarsi con più evidenza del primo
è necessario riconoscere il fenomeno principale per
adottare i rimedi più adatti
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Schiacciamento
E' il fenomeno per cui nel solido murario si è raggiunto il limite
di resistenza per compressione assiale
In un solido sottoposto a compressione
assiale le isostatiche di compressione
hanno la direzione del carico, quelle di
trazione hanno direzione ortogonale.
Se la dilatazione trasversale supera le capacità coesive del solido,
questo si spezza lungo superficie di frattura poste nella direzione
delle isostatiche di compressione.
Il sistema diventa sempre più instabile perché le fratture lo
suddividono in elementi astiformi sempre più snelli e quindi più
soggetti a crisi per carico di punta.
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Schiacciamento per carico concentrato
1
2
3
39
Rotazione
Nel muro isolato, si ha rotazione quando si raggiunge la
pressione limite sul terreno
In muri interconnessi, la
rotazione del muro comporta
la formazione di lesioni, che
si verificano nelle zone più
deboli:
all'intersezione fra i muri
oppure nel muro ortogonale
nel muro pieno hanno
andamento circa a 45°
40
Rotazione della facciata
41
Rotazione della facciata e del cuneo laterale
42
43
Spinta degli archi e delle volte
La spinta contro le strutture
verticali, determina
l'eccentricità del centro di
pressione col conseguente
aumento dell'impegno del
materiale; ciò può portare alla
rotazione del muro
44
45
Esempio
46
47
48