Ministero dell’InternoCorpo Nazionale dei Vigili del Fuoco
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Servizio Tecnico Centrale
ISPETTORATO PER LA FORMAZIONE PROFESSIONALE
CORSI MULTIMEDIALI
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI1. AZIONI SULLE COSTRUZIONI....................................................................................... 3
1.1 GENERALITÀ................................................................................................................... 31.2 CARICHI PERMANENTI ..................................................................................................... 31.3 SOVRACCARICHI VARIABILI .............................................................................................. 61.4 CARICO DELLA NEVE ....................................................................................................... 81.5 AZIONE DEL VENTO ......................................................................................................... 91.6 VARIAZIONI TERMICHE................................................................................................... 101.7 SPINTA DELLE TERRE.................................................................................................... 101.8 AZIONI SISMICHE........................................................................................................... 11
2. SOLLECITAZIONI NEI MATERIALI .............................................................................. 152.1 GENERALITÀ................................................................................................................. 152.2 I VINCOLI ...................................................................................................................... 182.3 LA FORZA ..................................................................................................................... 222.4 IL MOMENTO ................................................................................................................. 232.5 COMPRESSIONE ........................................................................................................... 232.6 TRAZIONE..................................................................................................................... 252.7 FLESSIONE ................................................................................................................... 252.8 TAGLIO......................................................................................................................... 282.9 TORSIONE .................................................................................................................... 292.10 PRESSOFLESSIONE ................................................................................................... 30
3. MATERIALI DA COSTRUZIONE................................................................................... 323.1 GENERALITÀ................................................................................................................. 323.2 LEGNO ......................................................................................................................... 333.3 PIETRA......................................................................................................................... 383.4 SABBIA E GHIAIA ........................................................................................................... 413.5 LEGANTI ....................................................................................................................... 413.6 MALTE.......................................................................................................................... 423.7 CALCESTRUZZO............................................................................................................ 433.8 CEMENTO ARMATO ....................................................................................................... 443.9 LATERIZIO .................................................................................................................... 463.10 FERRO – ACCIAIO ..................................................................................................... 483.11 TERRENO.................................................................................................................. 50
4. TIPOLOGIE COSTRUTTIVE.......................................................................................... 524.1 GENERALITÀ................................................................................................................. 524.2 STRUTTURE MURARIE ................................................................................................... 534.3 STRUTTURE INTELAIATE ................................................................................................ 544.4 STRUTTURE MISTE........................................................................................................ 55
5. ELEMENTI STRUTTURALI ........................................................................................... 565.1 GENERALITÀ................................................................................................................. 565.2 FONDAZIONI: NOZIONI GENERALI ................................................................................... 565.3 FONDAZIONI DIRETTE .................................................................................................... 605.4 FONDAZIONI PROFONDE................................................................................................ 625.5 STRUTTURE VERTICALI.................................................................................................. 645.6 STRUTTURE ORIZZONTALI: CLASSIFICAZIONE ................................................................. 685.7 ARCHI, VOLTE ED ARCHITRAVI ....................................................................................... 695.8 SOLAI........................................................................................................................... 725.9 SCALE.......................................................................................................................... 805.10 COPERTURE ............................................................................................................. 82
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6. ELEMENTI STRUTTURALI RELATIVI AL TERRENO.................................................. 856.1 OPERE DI CONTENIMENTO............................................................................................. 856.2 PENDII NATURALI E ARTIFICIALI ...................................................................................... 896.3 ARGINI.......................................................................................................................... 91
7. DISSESTI ....................................................................................................................... 937.1 GENERALITÀ ................................................................................................................. 937.2 LESIONI ........................................................................................................................ 937.3 STRUMENTI DI CONTROLLO DELLE LESIONI ..................................................................... 957.4 CEDIMENTO DELLE FONDAZIONI ..................................................................................... 977.5 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE MURARIE ..................................................................... 1057.6 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO................................................... 1187.7 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO E IN LEGNO................................................. 1247.8 METODI DIAGNOSTICI – RIEPILOGO DEI DISSESTI.......................................................... 1257.9 INSTABILITÀ DI PENDII E SCARPATE............................................................................... 1287.10 DISSESTI NEGLI ARGINI ............................................................................................ 130
8. CONSOLIDAMENTI ..................................................................................................... 1318.1 GENERALITÀ ............................................................................................................... 1318.2 PUNTELLI.................................................................................................................... 1328.3 ESEMPI DI PUNTELLATURE........................................................................................... 1368.4 TIRANTI ...................................................................................................................... 1418.5 CERCHIATURE ............................................................................................................ 1448.6 FONDAZIONI................................................................................................................ 1458.7 MURATURE ................................................................................................................. 1478.8 SOLAI ......................................................................................................................... 1498.9 ARCHI E VOLTE ........................................................................................................... 1508.10 STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO............................................................................ 1538.11 INTERVENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO .................................................................... 1548.12 CENNI SULLE DEMOLIZIONI ....................................................................................... 1558.13 CONSOLIDAMENTO DEGLI ARGINI.............................................................................. 157
9. COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI..................................................... 1599.1 RESISTENZA AL FUOCO ............................................................................................... 1599.2 EFFETTI DELL’INCENDIO SUI MATERIALI DA COSTRUZIONE ............................................. 1609.3 EFFETTI DELL’INCENDIO SULLE STRUTTURE.................................................................. 1619.4 EFFETTI DELL’INCENDIO SUL CALCESTRUZZO ............................................................... 1639.5 EFFETTI DELL’INCENDIO SUL LEGNO............................................................................. 165
10. SCHEDE DEI DANNI................................................................................................ 16710.1 RILIEVO DEI DANNI................................................................................................... 16710.2 SCHEDA DI RILEVAMENTO ........................................................................................ 16810.3 SCHEDE TECNICHE PER IL RILEVAMENTO DEI DANNI .................................................. 17210.4 COMUNICAZIONE DEI DANNI ..................................................................................... 17910.5 INTERVENTO DI VERIFICA SU UNA FRANA................................................................... 180
11. INDICE DELLE FIGURE........................................................................................... 181
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1. AZIONI SULLE COSTRUZIONI
1.1 GENERALITÀ
Per comprendere la rispondenza di una costruzione ai requisiti di stabilità necessari allasicurezza, è necessario stabilire quali siano esattamente le azioni alle quali la costruzione èsottoposta e che potrebbero causare lesioni o disfunzioni.
Tali azioni provocano infatti sollecitazioni nei materiali che vanno contenute entro i valoriammissibili di resistenza prescritti dalla normativa.
Le azioni sono rappresentate dall’insieme di forze applicate che possono essere:
• carichi permanenti costituiti dai pesi propri degli elementi costruttivi;• sovraccarichi variabili costituiti da mobilio, persone, automezzi ecc.;• carichi dovuti ad agenti naturali come il vento, il sisma, la neve ecc.
1.2 CARICHI PERMANENTI
I pesi degli elementi costruttivi, in quanto non rimovibili durante il normale esercizio dellacostruzione, sono considerati carichi permanenti.Per avere un’idea dei pesi dei materiali più comuni usati nell’edilizia, si veda la tabellariportata in approfondimento, dove i pesi sono indicati in chilogrammi per metro cubo1.
La definizione di tali carichi sugli edifici si esprime di solito in kg/mq (chilogrammi a metroquadrato) se si tratta di elementi costruttivi piani (solai), oppure in kg/ml (chilogrammi ametro lineare) quando si tratta di elementi lineari (travi).
I carichi di questo tipo possono essereuniformemente distribuiti o variare dapunto a punto, come la spinta del terrenoo dell'acqua su un muro di sostegno o unadiga.
Figura 1 – Pressione dell’acqua su unadiga a gravità
1 In base alla recente normativa, i pesi dovrebbero essere riportati in chiloNewton (kN), essendo
1 kN = 100 kg. Tale unità di misura non è però ancora entrata nell'uso comune.
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In alcuni casi il carico potrà essere concentrato, quindi dato in kg, se la superficie diapplicazione è piccola rispetto alla struttura sollecitata.
Figura 2 – Casi di carico concentrato
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APPROFONDIMENTO
Pesi per unità di volume dei principali materiali strutturali
kg/m3
Conglomerato cementizio ordinario 2400
Conglomerato cementizio ordinario armato (e/oprecompresso)
2500
Conglomerati "leggeri": da determinarsi (1400 ÷ 2000)
Conglomerati "pesanti": da determinarsi (2800 ÷ 5000)
Acciaio 7850
Ghisa 7250
Alluminio 2700
Legname
Abete, castagno 600
Quercia, noce 800
Pietrame
Tufo vulcanico 1700
Calcare compatto 2600
Calcare tenero 2200
Granito 2700
Laterizio (pieno) 1800
Malta di calce 2100
Malta di cemento 2100
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1.3 SOVRACCARICHI VARIABILI
In un edificio si svolgono attività che possono provocare situazioni di carico che variano neltempo. Per esempio, in un ambiente destinato a sala di riunioni possono trovarsi un numeromolto vario di persone; oppure in una abitazione i mobili possono essere disposti in qualsiasimodo.
La normativa prevede nove categorie di sovraccarichi variabili per cercare di ridurre ilnumero delle infinite condizioni di carico. In questo modo si potranno applicare i valori definiticome se fossero carichi permanenti.Per ogni categoria sono definiti i carichi ripartiti da applicare sulle superfici orizzontali.Inoltre, è stabilita l’entità dei carichi concentrati verticali ed orizzontali da applicare sullastruttura per effettuare verifiche localizzate (i carichi orizzontali sono utili soprattutto perverificare la tenuta dei parapetti).L’entità dei carichi variabili previsti dalla normativa è piuttosto elevata per tenere conto dellapeggiore tra le possibilità di carico. Per esempio, il carico prescritto dalla normativa per gliedifici di abitazione è di 200 kg/mq, quindi una stanza da 12 mq sarebbe sollecitata da unsovraccarico di 2400 kg1.
1 E' evidente che un carico così elevato ha pochissime probabilità che si verifichi per affollamento(34 persone contemporaneamente presenti!). Se però nella stanza è presente una libreria a pareteda 4x3 m, questa da sola pesa almeno 1800 kg.
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APPROFONDIMENTOSovraccarichi variabili (come da normativa)
Cat. Tipo di locale Verticaliripartiti
kg/m2
Verticaliconcentrati
kg
Orizzontalilineari
kg/m
1 Ambienti non suscettibili di affollamento (locali abitazionee relativi servizi, alberghi, uffici non aperti al pubblico) erelativi terrazzi a livello praticabili
200 200 100
2 Ambienti suscettibili di affollamento (ristoranti, caffè,banche, ospedali, uffici aperti al pubblico, caserme) erelativi terrazzi a livello praticabili
300 200 100
3 Ambienti suscettibili di grande affollamento (saleconvegni, cinema, teatri, chiese, negozi, tribune con postifissi) e relativi terrazzi a livello praticabili
400 300 150
4 Sale da ballo, palestre, tribune libere, aree di vendita conesposizione diffusa (mercati, grandi magazzini, librerie,ecc.) e relativi terrazzi a livello praticabili
500 400 300
5 Balconi, ballatoi e scale comuni (esclusi quelli pertinentialla Cat. 4)
400 200 150
6 Sottotetti accessibili (per sola manutenzione) 100 200 100
Coperture
- non accessibili 50 120
- accessibili: secondo categoria di appartenenza (da 1a 4)
-- -- --
7
- speciali (impianti, eliporti, altro): secondo il caso -- -- --
Rimesse e parcheggi:
- per autovetture di peso a pieno carico fino a 3000 kg 250 200 x 10 100
8
8
8 - per transito di automezzi di peso superiore a 3000kg: da valutarsi caso per caso
-- -- --
9 Archivi, biblioteche, magazzini, depositi, laboratori,officine e simili: da valutarsi secondo il caso macomunque
≥ 600 600 100
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1.4 CARICO DELLA NEVE
Per stabilire il carico della neve su una copertura la normativa prescrive un calcoloabbastanza complesso, che deriva da considerazioni di varia natura come:
• suddivisione dell’Italia in tre regioni• altitudine del sito sul quale sarà realizzato l’edificio• eventuale inclinazione della copertura (se si tratta di un tetto)
Il carico è espresso in kg/mq.
Figura 3 – Suddivisione del territorio in regioniper stabilire il carico della neve
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1.5 AZIONE DEL VENTO
Analogamente a quanto stabilito dalla normativa per la determinazione del carico della nevesi dovrà tenere conto dei seguenti parametri:
• suddivisione dell’Italia in nove zone• altitudine del sito sul quale sarà realizzato l’edificio• altezza della costruzione dal suolo• ubicazione della costruzione (pianura, collina, ecc.)• rugosità del terreno
Il carico è espresso in kg/mq.
Figura 4 – Suddivisione del territorio in zone perstabilire il carico del vento
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1.6 VARIAZIONI TERMICHE
Qualsiasi materiale cambia di volume al variare della temperatura. Il fenomeno non è quasimai direttamente osservabile, perché le variazioni dimensionali sono minime1; tuttavia talideformazioni possono provocare azioni anche molto elevate nelle strutture.
Per questo motivo, negli edifici molto grandi siusa inserire un giunto di dilatazione ogni 25-30m per evitare lesioni causate da unadeformazione differente tra il solaio di copertura(esposto al sole) ed i solai intermedi.
Figura 5 – Giunto di dilatazione
1.7 SPINTA DELLE TERRE
E' una azione specifica per il calcolo dei muri di sostegno.
I terreni privi di coesione2 (sabbia, ghiaia, ecc.) sono i più spingenti, mentre i terreni coesivi(limo, argilla, ecc.) esercitano anch’essi una spinta sulla parete di sostegno, ma di entitàinferiore ai primi.
In ogni caso, la spinta delle terre su un muro disostegno aumenta all’aumentare dellaprofondità (come la pressione dell’acqua).
Figura 6 – Diagramma della pressione delterreno su muro di sostegno
1 Il coefficiente di dilatazione termica del ferro è uguale a 0,0012% per ogni grado di aumento ditemperatura, ovvero passando da 20° a 45° (differenza di temperatura = 25° - come imposto dallanormativa) una trave di 500 cm si allunga di:
0.000012 x 500 x 25 = 0,15 cm
cioè di 1,5 mm.2 La coesione è l’attitudine di un terreno a resistere allo scorrimento. Tale resistenza è determinatadal contenuto d’acqua che il terreno è in grado di assorbire.
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1.8 AZIONI SISMICHE
Il rapido movimento del suolo in caso di terremoto provoca azioni sulle strutture chepossono arrivare a distruggerle1.
La normativa classifica le zone sismiche in trecategorie, con grado di sismicità diverso.
Figura 7 – Grado di sismicità
1 Gli effetti di un sisma sono facilmente riproducibili in pratica: se si fa vibrare il piano di un tavolo sulquale sono stati impilati degli oggetti si ottiene una simulazione degli effetti del terremoto su unedificio.
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L’appartenenza di una costruzione ad una di queste zone comporta la verifica sismica dellesue strutture. Inoltre, vengono prescritte limitazioni di altezza rispetto alla larghezza stradaleed altre disposizioni costruttive1. L’altezza massima è relativa al tipo di struttura.
Altezza massima (m)
Tipo di struttura S = 6 S = 9 S = 12
Legno 10 7 7
Muratura ordinaria 16 11 7,5
Muratura armata 25 19 13
Pannelli portanti 32 25 16
Intelaiatura Nessuna limitazione
Figura 8 – Altezze massime in zonasismica
1 Si tratta di norme relative alle opere di fondazione e alla distanza minima tra edifici a contatto.
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La normativa traccia due strade per determinare gli effetti del sisma sulle strutture. Peredifici con struttura regolare e con elementi di fabbrica di luce standard è ammessa l’analisistatica. Altrimenti è necessario ricorrere all’analisi dinamica, molto più complessa epraticamente ineseguibile senza l’ausilio di un elaboratore elettronico.
L’analisi statica simula l’azione di un terremoto1 con dueinsiemi di forze orizzontali2 agenti non contemporaneamentesecondo due direzioni ortogonali di progetto3. Tali forze sonogeneralmente applicate ai solai dell’edificio lungo le duedirezioni descritte. Generalmente, essendo le forzeproporzionali all’altezza, esse sono maggiori per i solai piùalti.
Figura 9 – Analisi statica
L’analisi statica schematizza quindi il terremoto, che è un’azione di tipo vibratorio, con unaazione di tipo statico equivalente. L’analisi dinamica, invece, simula4 un sisma simile aquelli verificatisi nella zona di costruzione e il comportamento “reale” della struttura durante ilterremoto.
Entrambi i metodi tendono comunque ad approssimare un evento che è comunquenaturale e difficilmente riducibile a standard. Accade talvolta che l’azione sismica si esplichiin maniera imprevedibile e concentri la sua azione in maniera diversa da quella che ci siaspettava, con risultati disastrosi.
1 L’azione che si prende in considerazione deriva dal movimento “ondulatorio” del terreno che siverifica durante il terremoto, cioè lo spostamento del terreno in avanti e indietro lungo una direzionepurtroppo quasi sempre imprevedibile del piano orizzontale.2 L’entità delle forze orizzontali è proporzionale all’altezza del solaio dalla quota delle fondazioni:aumentano all’aumentare dell’altezza.3 Solitamente la pianta di un edificio è rettangolare, quindi si suppone che il sisma agirà lungo uno deisuoi lati. Verificando la struttura per tutte e due le ipotesi di carico separatamente si contempla ancheil caso di un terremoto agente lungo la diagonale.4 Ogni configurazione geologica ha un diverso tipo di terremoto che, se viene registrato daisismografi, fornisce una base dati per una simulazione efficace.
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APPROFONDIMENTONell'analisi dinamica viene elaborato uno spettro sismico di progetto, che definisce lemodalità di vibrazione propria dell'edificio. In questo modo, sarà possibile verificare lastruttura con molta accuratezza.
Spettri sismici di progetto
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2. SOLLECITAZIONI NEI MATERIALI
2.1 GENERALITÀ
Ogni materiale, anche il più apparentemente rigido, sottoposto ad una azione si deforma.Quindi ad ogni sollecitazione corrisponde una deformazione del materiale.
Se ad esempio ci si siede su una lunga tavolaappoggiata a due cavalletti, la tavola siabbassa sotto il nostro peso1. Nello stessoidentico modo si inflette una trave di cementoarmato sotto carico, anche se in modo moltomeno evidente2.
Figura 10 – Sollecitazione
Le azioni sulle strutture definite al capitolo precedente determinano sollecitazioni3 neimateriali.
1 In questo caso:Peso del corpo Flessioneequivale a dire:Azione Sollecitazione
2 La rigidezza dei materiali (resistenza alla deformazione) viene definita dal modulo di elasticità E,espresso in kg/cmq. Per i materiali di impiego più frequente il valore indicativo di E vale:
Acciaio 2 100 000Calcestruzzo 220 000 – 360 000Legno 100 000
3 La causa (azione) provoca nel materiale un effetto (sollecitazione).
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Tali sollecitazioni, che possono apparire da sole o in combinazione tra di loro, sono:
• compressione o trazione• flessione e taglio• torsione
Compressione Trazione
Flessione Torsione
Figura 11 – Idealizzazione delle sollecitazioni
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E' molto importante stabilire con esattezza le sollecitazioni alle quali sarà sottoposta ogniparte dell’edificio, perché si dovrà verificare che il materiale usato sia sufficiente adassorbirle senza lesioni o deformazioni eccessive1.
Figura 12 – Il muro, appoggiato su unarchitrave troppo elastico, si fessura.
I valori ammissibili di sollecitazione nei materiali sono prescritti dalla normativa nazionale,così come i valori massimi di deformabilità.
Dato che le azioni e le deformazioni sono legate da un rapporto di causa - effetto, saràpossibile derivare da una lesione le azioni che la hanno provocata e tentare quindi dirisolvere il problema che la ha causata.
Attraverso lo studio delle deformazioni è inoltre possibile determinare con esattezza leazioni agenti su un elemento strutturale o le sue caratteristiche statiche2.
1 A volte, infatti, la deformazione della struttura anche entro i limiti di resistenza provoca la rotturadi elementi costruttivi non strutturali. Un esempio tipico è la rottura di un muro appoggiato su unarchitrave troppo elastico: la trave si flette sotto carico ma il muro, più rigido, non riesce ad adattarsialla nuova forma e si fessura.2 Applicando un carico noto ad una trave di cemento armato della quale non si conosce l’armatura emisurando strumentalmente la deformazione da esso provocata si può calcolarne la rigidezza. Inquesto modo si effettuano le perizie strutturali.
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2.2 I VINCOLI
Si definiscono vincoli i modi in cui un elemento strutturale può essere collegato agli altrielementi (per esempio: una trave ad un pilastro, un muro alla sua fondazione, ecc.) od alterreno1.
Per capire il concetto di vincolo, è necessario definire imodi in cui può muoversi un oggetto su un piano: puòtraslare2 o ruotare. Un corpo libero di muoversi inquesto modo non è vincolato.
Figura 13 – Corpo libero di muoversi nel piano
1 Generalmente gli elementi strutturali si collegano al terreno con un vincolo di incastro, ma in alcunicasi si tratta di un semplice appoggio.2 La traslazione può avvenire nelle due direzioni del piano: X ed Y, che sono convenzionalmenteortogonali tra loro e dirette la prima da sinistra a destra, la seconda dal basso verso l’alto
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Se ad un punto dell’oggetto viene impedita latraslazione in una sola delle due possibili direzioni,ma non la traslazione nell’altra direzione e la rotazioneintorno al punto stesso, si è applicato un vincolo cheviene denominato appoggio1.
Figura 14 – Corpo appoggiato
APPROFONDIMENTO
Costruttivamente, gli appoggi si realizzano in modo da corrispondere alla loroidealizzazione.
Immagine di un appoggio tradotto in realtà per un ponte
1 Si tratta di un vincolo non molto presente in edilizia. Viene più spesso usato nella costruzione deiponti per consentire lo scorrimento provocato dalle forti dilatazioni termiche dell’impalcato sulle pile.
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Se ad un punto dell’oggetto viene impedita latraslazione in tutte e due le possibili direzioni, ma nonla rotazione intorno al punto stesso, si è applicato unvincolo che viene denominato cerniera1.
Figura 15 – Corpo incernierato
APPROFONDIMENTO
Immagine di una cerniera da ponte
Nei ponti è frequente l’uso di vincoli a cerniera per assorbire le deformazioni dell’impalcato.
1 Si tratta di un vincolo tipico applicato alle estremità delle travi in c.a. di copertura che nonproseguono oltre il pilastro. In questo modo si considerano vincolate le aste di parete delle travireticolari (le aste verticali e diagonali).
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Se ad un punto dell’oggetto viene impedita sia latraslazione che la rotazione intorno al punto stesso, siè applicato un vincolo che viene denominato incastro.
Figura 16 – Corpo incastrato
I vincoli così idealmente definiti sono piuttosto rari nelle costruzioni: si pensi alle difficoltàtecniche per la realizzazione di una cerniera ideale. Tuttavia, per la comprensione delfunzionamento di una struttura è indispensabile capire dove può verificarsi o meno unasituazione schematizzabile con un vincolo di incastro o di cerniera.
Per esempio, nel telaio rappresentato in figura è piuttostoevidente che il nodo C ruota sotto l’applicazione del carico,differentemente dal nodo I. Si può quindi schematizzare latrave T come vincolata da una cerniera e da un incastro estudiarla a parte, come elemento isolato; le deduzioni fattesaranno comunque valide.
Figura 17 – Utilizzo dei vincoli per isolare una parte della strutturae studiarla separatamente.
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Concludendo, i vincoli permettono di isolare il singolo elemento di una struttura e di studiarlocon maggiore semplicità. Un esempio aiuterà a capire quanto detto.
La parte verticale di un muro di contenimento delterreno realizzato in muratura su una fondazione incemento armato è vincolato alla fondazione come infigura: con una cerniera situata sul punto intorno alquale il muro ruoterebbe in caso di cedimento. Questaastrazione permette di calcolare se il peso del muro èin grado o meno di bilanciare la pressione del terreno1.
Figura 18 – Schematizzazione del ribaltamento di unmuro
2.3 LA FORZA
La forza è una azione caratterizzata da un punto diapplicazione, da una direzione e da una intensità2.Le unità di misura comunemente adottate in ediliziaper le forze sono il chilogrammo o la tonnellata (pari a1000 kg).
Figura 19 – Caratteristiche di una forza
Nell’edilizia è raro che una azione sia schematizzabile come una forza, infatti le azioni sonogeneralmente ripartite3 su una superficie e non su un punto. Tuttavia, per semplicità diragionamento e quando questo è lecito, alcune azioni vengono condensate in una singolaforza. E' il caso delle azioni sismiche, che vengono concentrate nel baricentro dei solai.
1 Si tratta solo di una delle verifiche da eseguire su una struttura di questo tipo: la verifica alribaltamento. Per i muri sono prescritte anche le verifiche a slittamento e a schiacciamento.2 È molto importante ricordare che la variazione di una sola di queste caratteristiche determina neimateriali sollecitazioni differenti.3 L’unità di misura più usuali per i carichi ripartiti sono il kg/mq (per le azioni) e il kg/cmq (per lesollecitazioni).
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2.4 IL MOMENTO
Quando la direzione di una forza non passa attraversoil punto di applicazione ma ad una distanza da essodetta “braccio”, si genera un momento pariall’intensità della forza moltiplicata il braccio. L’unità dimisura comunemente adottata in edilizia per ilmomento è il kgm (chilogrammo per metro).
Il momento è molto importante perché provocasollecitazioni particolarmente gravose nelle strutture:la flessione1, il taglio e la torsione.
Figura 20 – Caratteristiche di un momento
2.5 COMPRESSIONE
La compressione è la sollecitazione alla quale sono sottoposti solitamente i pilastri e lemurature2.
Un’azione centrata agenteperpendicolarmente (se non fosseperpendicolare, provocherebbe anche unaflessione) sul centro di uno dei lati di unsolido provoca una sollecitazione dicompressione semplice ed unaconseguente deformazione consistentenello schiacciamento del solido stesso.
Un’altra deformazione provocata dallacompressione è l’abbottamento del solidoche assume la forma di una botte, anche sequesta alterazione è, in proporzione, moltopiù piccola di quanto sia l’accorciamento.
Figura 21 – Solido sottoposto acompressione
1 Pensando ad una struttura in cemento armato, le travi sono generalmente gli elementi più fragili inquanto sollecitate prevalentemente a flessione, mentre i pilastri sono particolarmente sollecitati nellestrutture sismiche perché devono resistere alle sollecitazioni di flessione provocate dal terremoto oltreche al peso dei piani superiori che li sollecitano a compressione (si parla di sollecitazione dipressoflessione).2 Come si capirà meglio in seguito, la sollecitazione di compressione non si verifica mai da sola, maquasi sempre associata a flessione (la sollecitazione composta si chiama pressoflessione). Questoè dovuto all’impossibilità effettiva che una azione agisca esattamente al centro di una sezioneresistente. La distanza tra il punto di applicazione ed il centro della sezione provoca un momentoflettente pari all’intensità della forza moltiplicata per la distanza stessa.
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Quando la compressione supera i valori di resistenza1 delmateriale iniziano ad apparire lesioni a andamento verticale,infatti l’espansione laterale arriva a distaccare tra loro le fibre delmateriale fino a provocarne la rottura.
Figura 22 – Lesioni da schiacciamento
Gli elementi strutturali sollecitati a compressionepossono però cedere molto prima che il valoredella sollecitazione raggiunga il massimoammissibile. Questo si verifica quando lalunghezza dell’elemento è molto superiore allalarghezza – si dice in questo caso che l’elementostrutturale è snello – mentre il fenomeno èdenominato carico di punta.
Figura 23 – Diversi casi di carico di punta
La snellezza dipende da vari fattori e non è di facile determinazione. Con la pratica però siriesce ad intuire quando un elemento strutturale è snello: una parete di mattoni a due teste(25 cm di spessore) alta sei metri appare subito come non sufficientemente dimensionata,anche se non sottoposta a carichi notevoli.
1 I valori indicativi di resistenza a compressione semplice di alcuni materiali sono (in kg/cmq):
ferro 1600Legno 100c.a. 60Muratura 8
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APPROFONDIMENTO
Si provi ad applicare una pressione crescente all’estremità di una riga lunga 60 cmappoggiata verticalmente al pavimento.
Si nota che quasi subito la riga si flette lateralmente e che, se si volesse continuare adaumentare la pressione, si rompe.
Per rompere invece uno spezzone della stessa riga della lunghezza di 5 cm dovremmoapplicare una pressione molto superiore.
Ad esempio, si potrebbe pensare che un pilastro da 30x30 cm abbia la stessa portanza diuno da 10x90 cm perché hanno la stessa sezione resistente. Questo può essere vero, apatto che la loro altezza sia inferiore (in questo caso) a due metri. Se i due pilastri fossero altiquattro metri, la resistenza effettiva del pilastro 10x90 sarebbe inferiore di circa il 60%.
2.6 TRAZIONE
La trazione è una sollecitazione che nell’edilizia si verifica solo in pochi casi (alcuni esempi:le catene delle capriate; i tiranti di un ponte sospeso e le aste diagonali nelle travi reticolari).Normalmente gli elementi strutturali sollecitati in questa maniera sono costruiti in ferro olegno, infatti gli altri materiali, come la muratura o il calcestruzzo (non armato), sono pocoresistenti a trazione1.
Gli elementi strutturali che sono dedicati principalmentead assorbire azioni di trazione sono detti tiranti. Comead esempio le funi dei ponti sospesi.
Figura 24 – Ponte sospeso
2.7 FLESSIONE
Ciascuno di noi, istintivamente, se deve rompere un oggetto lo inflette; provoca cioè nelmateriale la sollecitazione che riconosce come più efficace: la flessione. La flessioneprovoca infatti nel materiale sia la sollecitazione di compressione che di trazione, ovviamentein punti diversi della sezione resistente.
1 La muratura e il calcestruzzo sono detti materiali “che non resistono a trazione” anche se, in effetti,sono in grado di resistere a basse sollecitazioni.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
26
APPROFONDIMENTO
Una trave appoggiata sottoposta ad un carico si inflette. Come conseguenza, la partesuperiore risulta compressa mentre quella inferiore è tesa (si noti l’avvicinamento dellaparte superiore delle sezioni rappresentate in figura e l’allontanamento delle parti inferiori).
Diagramma delle sollecitazioni all’interno di una sezione inflessa
La flessione, come si ricorderà, è provocata da un momento, cioè da una forza moltiplicataper un braccio. Questo permette di aumentare l’intensità del momento (a parità di forzaapplicata) aumentando il braccio, cioè della distanza tra la forza stessa ed il suo punto diapplicazione1.
Consideriamo un esempio: una trave su due appoggisollecitata da una forza applicata nel suo centro.
A causa della forza applicata, la trave sarà sollecitatada un momento flettente di intensità pari, in ogni puntodella trave, al momento indotto dalla forza; o, permeglio dire, dalle reazioni sugli appoggi che sono diintensità pari a ½ della forza applicata.
Figura 25 – Trave appoggiata con carico centrato
1 Le leve funzionano sulla base di questo principio.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
27
APPROFONDIMENTO
Quando un carico concentrato agisce su una trave appoggiata provoca sugli appoggireazioni inversamente proporzionali alla distanza tra il carico e l’appoggio. Per cui, in unatrave un carico N concentrato provoca nell’appoggio una reazione pari a:
Reazione = Carico x Distanza dall’appoggio opposto / Lunghezza traveNel caso di carico ripartito le reazioni sono uguali e pari a:
Reazioni = Carico distribuito x Lunghezza trave
In altri termini, se si considera un punto della trave aduna distanza B dall’appoggio, il momento in quel punto(e quindi la sollecitazione di flessione) è pari alprodotto della reazione per la distanza B.
Figura 26 – Trave appoggiata con carico centrato
È quindi chiaro che la flessione varia da un punto all’altro della trave. Di conseguenza, si puòtracciare un diagramma del momento che ne descrive l’andamento, che nel casoesaminato è rappresentato in figura. I diagrammi sono molto utili a comprendere l’andamentodelle sollecitazioni nelle diverse sezioni degli elementi strutturali.
Il massimo della sollecitazione si verifica in corrispondenza del punto di applicazione dellaforza. È in questo punto che, aumentando progressivamente l’intensità della forza applicata,la trave inizierebbe a lesionarsi.
Figura 27 – Diagramma dei momenti in una traveappoggiata sollecitata con un carico centrato.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
28
APPROFONDIMENTO
I diagrammi dei momenti sono utilisoprattutto quando la configurazionestrutturale è complessa come nel caso infigura, che rappresenta i diagrammi deimomenti generati in un telaio da un caricoripartito sulla trave superiore.
Esempio di carico distribuito
2.8 TAGLIO
La sollecitazione di taglio è quasi sempre associata alla flessione.
Per comprendere come le due sollecitazioni agiscano insieme si consideri la sollecitazione ditaglio che si provoca con un paio di forbici su un foglio di carta: le lame delle forbici applicanodue forze opposte, quasi allineate (se fossero perfettamente allineate le due forzeprovocherebbero una sollecitazione di compressione semplice), che determinano loscorrimento lungo il piano di taglio del materiale e quindi la rottura in quel punto.
Figura 28 – Sollecitazione di tagliopuro.
Quella che è stata applicata in questo modo è una sollecitazione di taglio pura.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
29
Se però si allarga la forbice, anche sedi poco, si provoca anche un momentoflettente proporzionale alla distanza trale direzioni di applicazione delle dueforze contrapposte1.
Figura 29 – Sollecitazione di taglio emomento flettente.
2.9 TORSIONE
Se si applica un momento ad un elemento strutturale si provoca flessione, ma se si ruota ilpiano di applicazione del momento si provoca una torsione. La torsione si può intenderequindi come una “flessione trasversale”.
Chiarisce il concetto l’esempio dellamanovella: la forza applicata allamaniglia provoca una flessione sullaparte A, mentre la parte B è sollecitataa torsione.
Figura 30 – Manovella
1 Adottando un ragionamento inverso un momento flettente provoca un taglio nel materiale,
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
30
La torsione tende quindi a far scorrere le sezionidi un solido intorno al loro centro, così comeavviene in un mazzo di carte stretto tra due maniche ruotano in senso inverso1.
Figura 31 – Mazzo di carte ruotato
La torsione non è frequente nei singoli elementi strutturali, come le travi ed i pilastri dicemento armato, ma questa sollecitazione assume particolare importanza quando siconsidera l’organismo edilizio nel suo insieme.
È' il caso della sollecitazione sismica, che puòprovocare la torsione intorno all’asse verticale diun edificio: questo tipo di sollecitazione è moltodannoso.
Figura 32 – Torsione pari all’azione sismica per ilbraccio di un edificio intorno al vano ascensore(più rigido) sotto sisma.
2.10 PRESSOFLESSIONE
Nella realtà, nessuna sollecitazione è presente in modo isolato (si è già visto come flessionee taglio agiscano insieme).
Le sollecitazioni sono infatti quasi sempre tutte presenti nelle varie parti di una struttura, maper semplificare il calcolo e l’analisi strutturale, si tende normalmente ad ignorare quelle cheinfluiscono meno sulla statica dei vari elementi strutturali.
1 È sempre utile immaginare un materiale omogeneo come composto da strati sovrapposti, perchéle sollecitazioni agiscono sempre secondo direzioni preferenziali, rispetto alle quali il materialerisponde in modo simile ad una pila di fogli.Questo discorso vale per tutti i tipi di sollecitazione: se si prende un libro e lo si inflette si capirà comela flessione determina lo scorrimento reciproco tra i fogli. Se si aumenta il legame tra i fogli (peresempio incollandoli) sarà molto più difficile piegare il libro: la resistenza del “materiale” è aumentata,perché la resistenza stessa è determinata dalla forza dei legami tra uno strato e l’altro del materiale.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
31
La sollecitazione composta più frequente in edilizia èla pressoflessione. Si consideri un pilastrosottoposto ad una sollecitazione di compressionesemplice.
Figura 33 – Pilastro sottoposto a compressione
Se si sposta di una distanza d il punto di applicazionedella forza rispetto al centro della sezione si provoca,oltre alla compressione, un momento pari al prodottodella forza per la distanza d.
Figura 34 – Pilastro sottoposto a pressoflessione
Come si è detto, la flessione è una sollecitazione molto efficace e quindi non bisogna maisottovalutare l’effetto negativo dovuto alla non perfetta centratura di un carico su unpilastro. Lo stesso discorso vale per le murature che spesso si lesionano in conseguenza delmomento provocato dall’eccentricità di carico.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
32
3. MATERIALI DA COSTRUZIONE
3.1 GENERALITÀ
I materiali di base utilizzati per la costruzione possono essere classificati, da un punto divista tecnico, in due principali categorie:
• materiali naturali, direttamente reperibili in natura, come il legno, le pietre più o menosquadrate, le sabbie e le ghiaie;
• materiali artificiali, ottenuti dalla lavorazione di materie prime naturali e che sono lagrande maggioranza di quelli attualmente usati, come i mattoni di laterizio o di cemento,le malte, il calcestruzzo e il ferro.
Come si vedrà in seguito, alcuni elementi di fabbrica sono costituiti dalla combinazione didue o più materiali diversi, combinati in modo da sfruttare al meglio le caratteristichemeccaniche prevalenti di ognuno di loro. Un esempio molto importante di questo tipo dicombinazione è il cemento armato1, costituito da calcestruzzo e da barre di ferroopportunamente disposte al suo interno.
APPROFONDIMENTO
Cemento armato – Nomenclatura
1 Il nome corretto è calcestruzzo armato, ma il nome correntemente usato è cemento armato.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
33
3.2 LEGNO
Il legno è forse il più antico dei materiali da costruzione perché reperibile molto facilmente innatura. Ogni diversa essenza ha caratteristiche tecniche ed estetiche particolari, ed unaclassificazione dei diversi tipi di legname esistente sarebbe molto estesa.
I tipi di legno in uso nelle costruzioni variano inoltre con la località: nel Nord, ad esempio, èfrequente l’impiego dell’abete o del pino, mentre al Centro sono molto usati il castagno o laquercia.
Attualmente si fa largo uso del cosiddetto legnolamellare, realizzato in segheria medianteincollaggio di assi di legno tra loro; in questomodo si ottengono elementi strutturali diqualsiasi forma o dimensione.
Figura 35 – Sezioni di legno lamellare
APPROFONDIMENTO
La tecnologia del legno lamellare incollato viene sempre più spesso impiegata per larealizzazione di elementi strutturali di dimensioni tali da non poter essere ricavati, qualepezzo unico, dai tronchi di dimensioni commerciali.
Questa tecnologia consiste nell’assemblare strisce sottili di legno di spessore per lo più nonsuperiore a 2.5 cm, mediante colle a base di formolo e - secondo gli impieghi - urea,resorcina e fenolo; le prime due sostanze sono le più usate, mentre la resorcina vieneadottata nelle strutture esposte agli agenti atmosferici.
Longitudinalmente la giunzione delle strisce avviene con incollaggio delle superfici dicontatto ampliate mediante fitta dentellatura a pettine; le giunzioni vengono sfalsatenell’altezza della sezione complessiva.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
34
Il legno è considerato un materiale leggero, rispetto alla resistenza strutturale.
Le caratteristiche di resistenza sono classificate in tre categorie (I, II e III), ciascuna a suavolta suddivisa in due sotto-categorie, a seconda del tipo di legno: resinoso e nonresinoso. Alle tre categorie di resistenza del legno corrispondono differenti caratteristichemeccaniche.
La classificazione tiene conto dei seguenti requisiti:
• cipollature e lesioni• tasche di resina• deviazione delle fibre rispetto all’asse• diametro dei nodi• frequenza dei nodi• presenza di smussi sugli angoli delle sezioni• spessore degli anelli
Figura 36 – Requisiti del legno daconsiderare per la determinazione dellacategoria di appartenenza.
Le travi (a sezione rettangolare) ed i pali (a sezione circolare) in legno hanno dimensionistandardizzate1, che variano da 6x6 cm a 40x60 cm per le travi e da un diametro di 8 cm a33 cm per i pali. Le lunghezze reperibili in commercio sono relative alla sezione: si va da 4m per le sezioni più piccole fino ad un massimo di 10 m per quelle più grandi.
1 In realtà, i formati sono ancora molto legati alla tradizione locale.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
35
APPROFONDIMENTO
Tensioni ammissibili per legname da carpenteria
Tensioni ammissibili
Cat. I Cat. II Cat. III
nonresinoso
resinoso nonresinoso
resinoso nonresinoso
resinoso
Sollecitazione(assiale o trasversale)rispetto alle fibre
kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2
Compressioneassiale
128 122 102 97 92 77
Compressionetrasversale
46 26 41 20 31 15
Trazione assiale 153 143 92 82 38 26
Trazione trasversale 12 8 10 6 0 0
Flessione 138 133 117 102 102 82
Taglio 20 15 15 12 12 10
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
36
APPROFONDIMENTOb
(cm)
h
(cm)
A
(cm2)
Wx
(cm3)
C x Wx
(cm3)
6
7
8
9
10
12
14
16
6
8
*10
12
7
10
*12
14
8
*12
14
16
9
12
*14
16
18
10
14
*16
18
20
12
*18
*20
22
24
14
*20
*22
*24
28
16
20
*24
28
32
36
48
60
72
49
70
84
98
64
96
112
128
81
108
126
144
162
100
140
160
180
200
144
216
240
264
288
196
280
308
336
392
256
320
384
448
512
36
64
100
144
57
117
168
229
85
192
261
341
121
216
294
384
486
167
327
427
540
667
288
648
800
968
1152
457
933
1129
1344
1829
683
1067
1536
2091
2731
36
64
100
144
57
117
168
229
85
192
261
307
121
216
294
346
437
167
327
384
486
600
288
583
720
871
1014
457
840
1016
1183
1509
615
960
1352
1725
2185
TRAVI – DIMENSIONI STANDARD
* Sezione con rapporto ottimale fra i lati: 1 / √ 2 + 1 / √ 3
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
37
b
(cm)
h
(cm)
A
(cm2)
Wx
(cm3)
C x Wx
(cm3)
TRAVI – DIMENSIONI STANDARD
18
20
22
24
26
28
30
35
40
18
*26
*30
32
36
20
28
*32
36
40
22
30
*36
40
44
24
32
*38
42
48
26
36
46
52
28
*40
50
30
42
52
35
40
*50
40
50
*60
324
468
540
576
648
400
560
640
720
800
484
660
792
880
968
576
768
912
1008
1125
676
936
1196
1352
784
1120
1400
900
1260
1560
1125
1400
1750
1600
2000
2400
972
2028
2700
3073
3888
1333
2613
3413
4320
5333
1775
3300
4752
5867
7099
2304
4097
5776
7056
9216
2929
5616
9169
11721
3659
7467
11666
4500
8820
13526
7146
9333
14583
10667
16667
24000
875
1724
2160
2458
3110
1200
2156
2730
3456
4266
1598
2640
3802
4694
5679
2028
3278
4621
5645
7373
2490
4493
7335
9377
3019
5974
9333
3600
7056
10821
5717
7466
11666
8534
13334
19200
* Sezione con rapporto ottimale fra i lati: 1 / √ 2 + 1 / √ 3
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
38
Una lavorazione molto diffusa del legno sono le tavole e le assi, utilizzate per i solai dicalpestio e di copertura oltre che per i ponteggi.Come già detto, è possibile ottenere travi di qualsiasi dimensione utilizzando il legnolamellare.
Figura 37 – Struttura in legno lamellare,dove si nota l’estrema flessibilità costruttivadel materiale.
3.3 PIETRA
Un altro materiale molto antico, come il legno, è la pietra.
Materiale molto abbondante in natura, la pietra può essere utilizzata per la realizzazione distrutture murarie a secco, senza cioè interposizione di malta tra una pietra e l’altra. Opere diquesto tipo richiedono una estrema perizia da parte del muratore, che deve posizionare ivari elementi incastrandoli tra loro come in un “puzzle” tridimensionale1.
Oggi questo tipo di lavorazione è quasi esclusivamente dedicato al restauro.
1 La superficie di contatto tra le pietre deve essere la più estesa possibile, per evitare che un punto dicontatto isolato possa fungere da cuneo e spaccare un elemento sotto il peso degli elementi ad essosuperiori.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
39
Figura 38 – Mura poligonali di Amelia (Terni)
Attualmente la muratura in pietra, a secco o con l’uso di malta, si usa soprattutto per motiviestetici. Normalmente, infatti, si preferisce l’uso di mattoni, più economici, leggeri eresistenti.La resistenza delle pietre allo schiacciamento e all’abrasione varia moltissimo.Generalizzando, si può dire che tanto più una pietra è pesante, tanto più è resistente. Lerocce più compatte, come il granito, sono molto dure ma difficilmente lavorabili1; il contrariovale per quelle più friabili, come il tufo e l’arenaria.
Oltre che per la realizzazione di murature la pietra può essere usata, spaccata o tagliata incava in lastre, come finitura delle coperture in sostituzione delle tegole, come rivestimentoo come pavimentazione.
1 Una pietra molto resistente richiede speciali apparecchiature per il suo taglio. In alternativa la si puòspaccare assestando un colpo di scalpello lungo una delle sue venature. Non tutte le pietrepossiedono però un sistema di venature, derivate dalla sedimentazione su strati della roccia originaria.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
40
APPROFONDIMENTO
CARATTERISTICHE MECCANICHE DI ELEMENTI RESISTENTI NATURALI
Carico di rottura
trazione
(kg/cm2)
compressione
(kg/cm2)
E
(103 x kg/cm2)
Graniti
Tufi vulcanici
Calcari
Travertini
Arenarie
20 ÷ 60
7 ÷ 10
30 ÷ 70
-
10 ÷ 40
1000 ÷ 1800
30 ÷ 70
600 ÷ 1400
500 ÷ 600
400 ÷ 200
500 ÷ 600
30 ÷ 150
400 ÷ 700
-
80 ÷ 300
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
41
3.4 SABBIA E GHIAIA
Dalla frantumazione naturale o artificiale delle rocce più dure, silicee o calcaree, si ottengonole sabbie (grani fino a 6-7 mm) e le ghiaie (grani fino a 7 cm).
In natura, le sabbie e le ghiaie si trovano principalmente lungo le rive dei fiumi e del mare,oppure sul letto dei fiumi da dove vengono estratte per mezzo di draghe.
Per essere utilizzate come materie prime delle malte, devono essere lavate dalle argille chesolitamente sono presenti nei banchi di estrazione.
La forma dei grani dipende dalla loro origine: tondeggiante e levigata è la sabbia e laghiaia di fiume, sottoposta alla continua erosione da parte dell’acqua; mentre è angoloso escabroso il materiale derivato dalla frantumazione naturale (cicli di gelo e disgelo) oartificiale.
Questi materiali vengono usati da soli per riempimenti o drenaggi. Uniti ai vari tipi di legantecostituiscono le malte.
3.5 LEGANTI
I leganti sono materiali usati per “incollare” tra loro la sabbia e la ghiaia (detti “inerti”) eformare le malte, usate a loro volta come intonaco o come “collante” tra le pietre o i mattoniartificiali per costruire le murature.
Si distinguono:
• leganti aerei
• leganti idraulici
I leganti aerei sono quelli che una volta impastati con acqua hanno la proprietà di far presasolo in presenza d’aria.
Le calci aeree si ottengono dalla cottura a circa 900°C e successiva polverizzazione dirocce calcaree. Il materiale così ottenuto, comunemente denominato “calce viva”, vienemesso in commercio e “spento” in cantiere con aggiunta d’acqua. Questo procedimentonon è più in uso in quanto troppo costoso.
Il gesso si ottiene con un procedimento analogo ma il materiale di partenza, anzichéessere la roccia calcarea è la selenite. A presa ed indurimento avvenuto, il gesso èsensibile all’umidità, che ne fa aumentare il volume fino a disgregare i materiali alcontorno; questo ne limita l’utilizzo ai luoghi asciutti. In caso di incendio il gesso è ingrado di assorbire una notevole quantità di calore e può essere quindi efficacementeusato come protezione di altri materiali.
I leganti idraulici, oltre a far presa anche in assenza d’aria, hanno caratteristichemeccaniche notevolmente superiori ai leganti aerei.
Le calci idrauliche possono essere naturali o artificiali. Le prime sono prodotte dallacottura di calci argillose. Sono solitamente spente in stabilimento e vendute in polvere.Se l’idraulicità è conferita con l’apporto di prodotti siderurgici o di pozzolana, le calci sidefiniscono artificiali.Il cemento è il più versatile e resistente dei leganti in generale. Il cemento Portland (dalnome della prima cava) si ottiene per macinazione del clinker (consistenteessenzialmente in silicati di calcio) con aggiunta di gesso, calce, silice e ossido di ferroper regolare il processo di idratazione. Altri tipi di cemento derivati dal Portland sono il
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
42
cemento d’altoforno, pozzolanico e alluminoso, aventi caratteristiche svariate. Incommercio esistono una grande quantità di cementi speciali, a presa rapida o per ilrestauro1 del calcestruzzo armato.
3.6 MALTE
Mescolando con opportuni dosaggi i leganti con sabbia2 e acqua si ottengono i vari tipi dimalte. Le combinazioni sono diverse, e l’uso delle malte può essere la realizzazione di unintonaco o il collegamento di pietre o mattoni nelle murature.
Le malte per muratura sono classificate dalla normativa, che ne prescrive i dosaggi e leresistenze. In particolare la malta di cemento, di elevata resistenza, viene usata per lafabbricazione di manufatti industriali (mattoni, tegole, mattonelle, ecc.).
APPROFONDIMENTO
CLASSIFICAZIONE E RESISTENZE MEDIE A COMPRESSIONE DELLE MALTE
Resistenza ComposizioneClasse
kg/cm2 N/mm2 Tipocemento calce
areacalce
idraulica sabbia pozzolana
M1
M2
M3
M4
M4
M4
120
80
50
25
25
25
12
8
5
2,5
2,5
2,5
cementizia
"
bastarda
"
pozzolanica
idraulica
1
1
1
1
-
-
-
-
-
-
1
-
-
0,5
1
2
-
1
3
4
5
9
-
3
-
-
-
-
3
-
1 Il normale cemento, indurendosi, subisce una leggera contrazione chiamata “ritiro”. I cementi adattial restauro sono fabbricati in modo da non cambiare di volume: si prestano quindi a chiudere piccolecavità senza il rischio di distaccarsene a causa del ritiro.2 Per esempio, una delle proporzioni per confezionare la malta di cemento è:• 1 parte di cemento• ½ parte di calce idraulica• 3 parti di sabbia
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
43
3.7 CALCESTRUZZO
Il calcestruzzo è ottenuto mescolando cemento, sabbia, ghiaia, acqua ed eventualiadditivi1 in quantità stabilite. Rispetto alle malte, il calcestruzzo è più resistente e vieneusato, insieme al ferro, nella fabbricazione del calcestruzzo armato, comunementechiamato cemento armato.
La resistenza maggiore rispetto alle maltederiva dall’uso della ghiaia in aggiunta allasabbia, infatti gli sforzi vengono assorbitiprincipalmente dai grani di ghiaia mentre lasabbia ed il cemento servono soprattutto a“tenere insieme” il tutto.
Figura 39 – Andamento delle tensioni all’internodel calcestruzzo
La resistenza a compressione del calcestruzzo deriva quindi dallo sfruttamento dell’elevataresistenza della pietra (sotto forma di ghiaia). La sua particolarità, rispetto alla pietra, è peròdi essere fluido e di poter assumere quindi qualsiasi forma. Una volta indurito, ilcalcestruzzo diviene quindi una “pietra” ma della forma che si vuole.
Per ottenere questo risultato è necessarioprestare attenzione alla composizione delcalcestruzzo. Il risultato da ottenere èrappresentato nella figura: un conglomeratodove lo spazio lasciato libero tra i grani disabbia e ghiaia sia il minore possibile, perfare in modo che lo spessore di cemento cheli tiene legati sia sottile.
Figura 40 – Composizione del calcestruzzo
1 Tra gli additivi più usati ricordiamo:• antigelo, per climi freddi• ritardante, per climi caldi e asciutti• antiritiro, per eliminare la diminuzione di volume naturale durante l’indurimento
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
44
Le fasi attraverso le quali il calcestruzzo passa dallo stato liquido a quello solido vengonochiamate presa ed indurimento.
La presa avviene dal momento del getto1 fino a quando sotto la pressione del dito la materianon riceve più l’impronta; il tempo necessario va da mezz’ora a un’ora. L’indurimento è unprocesso molto più lento che porta il calcestruzzo alle sue caratteristiche meccaniche idealidopo 28 giorni.Perché il calcestruzzo sia conservato fluidodal momento del suo confezionamento algetto è necessario evitare la presa, e quindiviene tenuto in costante movimento. Nondeve essere assolutamente aggiunta acquaall’impasto, perché ne compromettenotevolmente la resistenza.
Figura 41 – Betoniera
3.8 CEMENTO ARMATO
Il calcestruzzo resiste molto bene alla compressione, mentre non è in grado di resisterealtrettanto ad una trazione.
Questo inconveniente è superato dalla capacità del calcestruzzo allo stato fluido diincorporare armature metalliche resistenti a trazione. Ad indurimento avvenuto i duemateriali risultano legati tra loro e, in caso di sollecitazioni di trazione, interviene il ferro cheresiste benissimo alla trazione. L’opposto accade in caso di compressione.
Inserendo quindi alcune barre di ferro opportunamente disposte nel calcestruzzo è possibilecompensare la sua carenza di resistenza a trazione, perché il ferro resiste benissimo aquesto genere di sollecitazione. Questo materiale composto si chiama calcestruzzoarmato2.
1 Si chiama “getto” la procedura che consiste nel versare il calcestruzzo all’interno di una cassaforma realizzatain legno o metallo. Affinché non si creino bolle d’aria all’interno, in questa fase è necessario “vibrare” ilcalcestruzzo con appositi strumenti.2 Il nome più comune è cemento armato, meno corretto ma più diffuso.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Figura 42 – Trave inflessa di cemento armatocon disposizione dell’armatura.
In un elemento strutturale in cemento armato si distinguono due tipi di armatura differente: lestaffe e le barre correnti. Le prime avvolgono l’armatura in senso trasversale e servono adaumentare la resistenza del materiale a taglio, oltre che a legare tra loro le barre correnti. Leseconde servono a rinforzare il calcestruzzo dove questo non è in grado, da solo, di fornirela resistenza necessaria.
Figura 43 – Staffe e barre correnti nel cementoarmato.
Senza entrare nel merito, basta ricordare che nella maggior parte dei casi l’armaturacorrente va disposta:
• nei pilastri: in modo diffuso;• nelle travi: in alto in corrispondenza degli appoggi, in basso in mezzeria;• nelle mensole: in alto;
per quanto riguarda invece le staffe:
• nei pilastri: ad interasse di circa 15 cm;• nelle travi: vanno addensate in corrispondenza degli appoggi;• nelle mensole: vanno addensate in corrispondenza dell’incastro.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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3.9 LATERIZIO
Il laterizio si ottiene mediante cottura di argilla e permette di ottenere una vasta gamma diprodotti. Con questo materiale si fabbricano mattoni, tegole, rivestimenti, pavimentazioni.I mattoni per la costruzione di murature possono essere pieni, semipieni o forati.
Il mattone pieno o semipieno ha ledimensioni standard di 25x12x5.5 cm chepermettono – con un giunto di 1 cm – ilsuo montaggio in qualsiasi posizione.
Figura 44 – Mattone UNI
APPROFONDIMENTO
Due mattoni sovrapposti sono alti:5.5 + 1(giunto) + 5.5 = 12 cm (uguale allalarghezza del mattone)due mattoni affiancati sono larghi:12 + 1(giunto) + 12 = 25 cm (uguale allalunghezza del mattone)Il lato lungo 12 cm è chiamato “testa”, quindisi conviene misurare lo spessore di muri in“teste”.Per esempio, un muro dello spessore di 38cm è “a tre teste” (12 x 3 + 2 giunti da 1 cm= 38 cm).
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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I mattoni forati sono forniti dall’industria ingrandissima quantità, adatti per ogni tipo di impiego.La foratura permette di alleggerire il blocco aparità, o quasi, di resistenza rispetto al mattonepieno e permette di realizzare mattoni di dimensionimaggiori a favore della velocità di costruzione.
Inoltre, i vuoti d’aria rendono la muraturatermicamente più isolante. L’aria è infatti un buonisolante rispetto al laterizio e quindi il passaggio dicalore è più difficile. Tuttavia la muratura realizzatacon mattoni forati non è molto resistente al fuoco.
Figura 45 – Tipi di mattoni forati
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Un tipo particolare di mattoneforato è la pignatta, usata per lacostruzione di solai in cementoarmato e laterizio (la quasi totalitàdei solai realizzati oggi in Italia).
Figura 46 – Solaio inlaterocemento
Un altro tipo molto diffuso di mattoneforato è la tavella e il tavellone, diforma molto allungata, che si usa perla costruzione di solai in ferro elaterizio.
Figura 47 – Solaio in ferro e tavelle
3.10 FERRO – ACCIAIO
Il ferro, come metallo puro, non ha applicazioni pratiche nell’edilizia. Quello che vienecomunemente denominato come tale è in effetti acciaio, ottenuto dalla fusione in altofornodei minerali di ferro e da lavorazioni successive che ne determinano la resistenza meccanicao all’ossidazione1 (acciaio inossidabile2).
1 Il fenomeno è comunemente chiamato “ruggine”.2 Un altro tipo di acciaio insensibile all’ossidazione è il Cor-Ten, che si auto-protegge con il primostrato di ossidazione, così da avere un aspetto sempre “arrugginito”.
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Con l’acciaio si realizzano profilati di variaforma che vengono comunemente usatinell’edilizia. I profilati principali sono quelli a“doppio T” (IPE1 ed HE2), usati come travi opilastri, e quelli a “C” (UPN3).
Figura 48 – Profilati standard
I profilati secondari, ad “L”4 ed a “T”5 , vengono utilizzati soprattutto per la costruzione di travicomposte, come i tralicci o le travi reticolari.
Un'altra serie di profilati sono i formati a freddo, consezioni molto assortite tra le quali quella circolare erettangolare6.
Figura 49 – Profilati L e T – formati a freddo
1 I profilati IPE sono i profilati “a doppio T” più usati per la realizzazione di travi. Sostituiscono ilvecchio profilato NP, non più in produzione. Le dimensioni variano da un’altezza di 10 cm fino a 60cm. La dimensione della base è circa la metà dell'altezza.2 I profilati HE sono profilati “a doppio T” usati specialmente come pilastri. Sono forniti in tre serie perogni dimensione: leggera (HEA), normale (HEB) e pesante (HEM). Le dimensioni variano daun’altezza di 10 cm fino a 60 cm. La dimensione della base è uguale all’altezza nella serie normale(HEB).3 I profilati UPN sono profilati “a C” usati specialmente come travi di bordo e nelle travi reticolari. Ledimensioni variano da un’altezza di 2.5 cm fino a 30 cm. La dimensione della base non ha un rapportofisso con l’altezza. Alcuni esempi di dimensione sono: 40x20; 200x75; 300x100.4 I profilati a L possono avere lati uguali o disuguali (con rapporto di circa 3/2), con altezze che varianoda 1.5 a 9 cm.5 I profilati a T sono profilati di piccole dimensioni (da 2 a 5 cm). Per ottenere una sezione a “T” digrandi dimensioni occorre tagliare longitudinalmente un profilato “a doppio T”.6 Bisogna fare attenzione nell’uso delle sezioni “chiuse” come i tubolari: la formazione di condensaall’interno del profilato può infatti provocare corrosioni sulle quali non è possibile intervenire.
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Gli altri usi dell’acciaio nell’edilizia sono
• le barre di armatura o le reti elettrosaldate per il confezionamento del cemento armato,• le lamiere e i grigliati per la costruzione di scale o altri manufatti,• le lamiere grecate per la realizzazione di solai1.
Figura 50 – Tipi di lamiera grecata.
3.11 TERRENO
Anche se da secoli il terreno non viene più usato come materiale da costruzione di edifici2,se ne fa cenno in questo paragrafo perché le sue caratteristiche sono utili per il calcolo dellefondazioni e dei muri di sostegno del terreno.
1 Se il solaio deve essere praticabile si completa la realizzazione del solaio con un getto dicalcestruzzo che a volte collabora alla resistenza del solaio.2 Il terreno è molto usato come materiale da costruzione di opere stradali e di dighe.
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La natura del terreno può essere molto varia e più o meno adatta a fondare un edificio. Lasua resistenza alla compressione è un dato rilevante, ma altrettanto importante è la suastabilità nel tempo.
L’argilla, ad esempio, è un terreno cheaumenta notevolmente il suo volume sebagnato. Se un muro viene costruito suuno strato non uniforme di argilla bagnatapotrebbe lesionarsi durante la stagionesecca perché una sua parte si abbassamaggiormente.
Figura 51 -- Muro su terreno non uniforme
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4. TIPOLOGIE COSTRUTTIVE
4.1 GENERALITÀ
Non è facile dare una classificazione generale delle tipologie costruttive oggi in uso, perchél’industria fornisce continuamente nuovi sistemi di fabbricazione che integrano ed amplianolo spettro di possibilità di cui il progettista dispone per la realizzazione di un edificio.
Tuttavia si può sempre fare riferimentoa due categorie fondamentali delcostruire:
• strutture murarie• strutture intelaiate1
Figura 52 – Struttura muraria e strutturaintelaiata
Le strutture intelaiate segnano storicamente il passaggio all’uso di materiali di derivazioneindustriale, come l’acciaio e il cemento armato, avvenuto all’inizio del secolo comeconseguenza della rivoluzione industriale.
L’occasione di emanciparsi dalle rigide e limitative possibilità della muratura ha portatoall’inizio del secolo progettisti come Mies van der Rohe a creare edifici che hanno influitoprofondamente sul modo di edificare del nostro secolo.
APPROFONDIMENTO
Mies van der Rohe, Fox River House
1 Si definiscono in questo modo le strutture costituite da elementi lineari (travi e pilastri) connessi traloro in modo da realizzare un telaio che costituisce l’ossatura di un edificio, così come lo scheletroumano è la struttura portante del corpo.
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4.2 STRUTTURE MURARIE
Quando la struttura portante di un edificio è affidata a murature la sua forma stessacostituisce la forma della struttura1.
Le murature presentano una scarsa resistenza alla trazione ed una buona resistenza allacompressione. Pertanto, nel calcolo degli elementi strutturali murari, si considererà unmateriale non resistente a trazione.
Tra gli elementi portanti di una struttura muraria esiste una gerarchia, in base alla quale glielementi stessi vengono classificati.
La classificazione distingue innanzitutto tra elementi verticali e orizzontali.
Elementi verticali
• muri portanti o maestri• muri di spina o di controventamento• pilastri in muratura2
Figura 53 – Muri portanti e di spina
Ai muri portanti è affidato il sostegno degli orizzontamenti3 della costruzione, mentre i muridi spina (disposti trasversalmente ai muri portanti) servono ad irrigidire la struttura nel suocomplesso, oltre ad assolvere anch’essi una funzione portante.
1 Negli edifici intelaiati la forma non corrisponde alla struttura perché la muratura interna ed esterna èportata invece che portante.2 Questi ultimi possono essere così definiti quando il lato maggiore della sezione orizzontale non èsuperiore a tre volte il lato minore.3 Si definiscono orizzontamenti gli elementi di fabbrica orizzontali come i solai, le volte e gli architravi.
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Elementi orizzontali
• archi e architravi• volte
Gli elementi strutturali orizzontali realizzati inmuratura hanno la particolarità di riuscire asfruttare, per mezzo della loro forma, laresistenza a compressione della muratura.
Figura 54 – Archi, architravi e volte
La struttura muraria può essere completata con elementi di fabbrica realizzati con materialinon murari, come solai e capriate in legno, ferro o cemento armato.
4.3 STRUTTURE INTELAIATE
Le strutture intelaiate sono costruite con materiali che hanno una buona resistenza atrazione e che possono quindi sopportare sollecitazioni di tipo flettente. Questo permette disvincolarsi dalla impossibilità di coprire grandi luci strutturali tipica delle strutture murarie1.I materiali adottati sono quindi il cemento armato, il ferro ed il legno.
Nei telai strutturali degli edifici si distinguono normalmente due elementi costruttivi principali:le travi, caratterizzate dall'andamento orizzontale e dalla resistenza a flessione ed i pilastri,caratterizzati da un andamento verticale e dalla resistenza a compressione o apressoflessione.
Altre strutture intelaiate sono le travi reticolari e le capriate in legno o ferro.
1 In effetti anche con la muratura si possono realizzare strutture di grandi dimensioni, come lecattedrali o le cupole. Nella pratica costruttiva normale è però impensabile ricorrere a tecnologie cosìcostose in termini di mano d’opera.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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APPROFONDIMENTO
Le travi reticolari hanno generalmente formarettangolare, con i lati superiore ed inferiore(correnti) paralleli. Le capriate, utilizzate percoperture a tetto, hanno invece formatriangolare.
4.4 STRUTTURE MISTE
Nella pratica costruttiva è frequente che unedificio, specie se di piccole dimensioni, siarealizzato con una struttura muraria esternaed una struttura intelaiata interna. Questopermette di eliminare murature portantiall’interno del fabbricato e di realizzare cosìpiù liberamente la distribuzione dei locali.
Figura 55 – Struttura mista muratura - cementoarmato
Questo tipo di struttura è però vietata in zona sismica, perché l’accostamento di materiali didiverse caratteristiche fisiche può comportare azioni localizzate in grado di danneggiareseriamente la costruzione.
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5. ELEMENTI STRUTTURALI
5.1 GENERALITÀ
In un edificio è molto importante saper riconoscere le parti che lo costituiscono in modo dapoter valutare il suo assetto per parti, oltre che nel suo insieme.
Separando tra loro le parti di un edificio che sono diverse sia come comportamento staticoche come funzione strutturale, si ottengono elementi strutturali che potranno essereconsiderati e studiati singolarmente1.
5.2 FONDAZIONI: NOZIONI GENERALI
La fondazione può essere definita come la parte della struttura che ha la funzione ditrasmettere al terreno il peso ed i sovraccarichi agenti sull’edificio.
Nel procedimento costruttivo le fondazioni sono le prime ad essere realizzate. Il progettodelle fondazioni dovrà tenere conto di tutte le possibili azioni alle quali sarà sottopostol’edificio e della natura del terreno.
Figura 56 – immagine delle fondazioni in c.a. diun edificio
1 Non bisogna comunque trascurare l’aspetto strutturale globale dell’edificio. La divisione in elementistrutturali serve soprattutto a facilitare la comprensione di fenomeni complessi, che altrimentirisulterebbe molto più ardua.
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APPROFONDIMENTO
Prescrizioni generali (Punto A.2 del D.M. 11 marzo 88 “Norme tecniche riguardanti leindagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criterigenerali e le prescrizioni per la progettazione, l’esecuzione e il collaudo delle opere disostegno delle terre e delle opere di fondazione”)
“Le scelte di progetto, i calcoli e le verifiche devono essere sempre basati sullacaratterizzazione geotecnica del sottosuolo ottenuta per mezzo di rilievi, indagini e prove.
I calcoli di progetto devono comprendere le verifiche di stabilità e le valutazioni del marginedi sicurezza nei riguardi delle situazioni ultime che possono manifestarsi sia nelle fasitransitorie di costruzione sia nella fase definitiva per l'insieme manufatto-terreno. Lesituazioni di esercizio tenendo conto delle possibili variazioni di sollecitazione edeformazione, devono ugualmente essere verificate con la dovuta sicurezza. La scelta deicoefficienti di sicurezza deve essere motivata in rapporto al grado di approfondimento delleindagini sui terreni, all'affidabilità della valutazione delle azioni esterne, tenuto conto delprevisto processo costruttivo e dei fattori ambientali. L'assunzione di valori inferiori a quelliprescritti nei capitoli successivi deve essere giustificata con una analisi documentata.
Il progetto deve comprendere anche una valutazione dei prevedibili spostamenti dell'insiemeopera-terreno, nonché un giudizio sull'ammissibilità ditali spostamenti in rapporto allasicurezza e funzionalità del manufatto e di quelli ad esso adiacenti.
L'intensità e la direzione delle azioni statiche e dinamiche da considerare nei calcoligeotecnici deve essere stabilita sulla base di una analisi che tenga conto della probabilità edella frequenza di applicazione, del tempo di permanenza, della natura dei terreni presentinel sottosuolo e del tipo di opera …”
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Le opere di fondazione ed il terreno costituiscono un insieme che deve essere valutato nelsuo complesso: spesso, anche se non si raggiunge il carico massimo previsto per il terreno,la fondazione è inadeguata a causa dell’andamento degli strati di terreno sotterranei.Bisogna infatti considerare che il terreno ha una certa deformabilità1 e che quindi è come sele fondazioni siano appoggiate su molle. Durante la costruzione del fabbricato il pesodell’edificio aumenta e, conseguentemente, le fondazioni si abbassano sotto il carico.
Se una parte delle fondazioni fosseappoggiata su un terreno poco deformabileed un’altra parte su un terreno più morbido,l’edificio risulterebbe soggetto ad unaflessione che potrebbe non essere in gradodi assorbire senza lesioni nella struttura onei pannelli murari non portanti.
In questo caso si parla di cedimentidifferenziali in fondazione.
Figura 57 – Lesioni dovute a cedimentidifferenziali
Per ottenere la descrizione del terreno fino agli strati più profondi si ricorre ad indaginigeologiche che possono essere eseguite in diversi modi2.
Le opere di fondazione possono essere dirette o profonde.
Le prime distribuiscono il carico dell’edificio al terreno appena sotto l’edificio stesso permezzo di piastre di appoggio più o meno estese. Le seconde trasferiscono il caricodell’edificio agli strati profondi del terreno nel caso in cui gli strati più superficiali risultino diinsufficiente portanza.
1 La deformabilità del terreno è una caratteristica difficile da individuare, perché dipende da moltifattori naturali e quindi difficilmente definibili in modo assoluto, come il contenuto d’acqua che puòcambiare notevolmente nel tempo.2 Le indagini più comuni si effettuano per mezzo di sondaggio: una sonda viene battuta da un pesodeterminato, restituendo un diagramma che valuta la consistenza degli strati di terreno attraversati.
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Le fondazioni dirette possono esserecostituite da plinti, travi rovesce o platee.
Figura 58 – Plinto, trave rovescia, platea
Le fondazioni profonde possono esserecostituite da pali, pozzi, cassoni odiaframmi.
Figura 59 – Pali, pozzo, cassone, diaframma
Per gli edifici a struttura portante inmuratura la trasmissione dei carichi alterreno avviene in modo continuo, permezzo di fondazioni realizzate in muratura oin cemento armato. I pali vengono usati solonel caso in cui si debba intervenire conopere di consolidamento.
Figura 60 – Fondazione continua e suoconsolidamento per mezzo di micropali
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Un’altra caratteristica delle opere di fondazione è quella di assorbire l’umidità del terreno edi trasportarla1 all’interno dell’edificio. L’unico modo efficace di evitare questo fenomeno, chepuò alla lunga indebolire la struttura muraria, è quello di interporre in fase di costruzioneuno strato di materiale isolante esteso a tutta la sezione muraria.
Figura 61 – Taglio del muro con guaina
5.3 FONDAZIONI DIRETTE
5.3.1 Edifici in muraturaQuando il terreno offre una resistenza sufficiente, le fondazioni vengono realizzate nel modopiù semplice, allargando sotto la struttura portante una base di appoggio
Per le strutture murarie questa basecontinua può essere realizzata in muraturao in calcestruzzo non armato. In questocaso il raccordo tra il piano di fondazione ed ilmuro in elevazione sarà eseguito a riseghe,di larghezza massima di 20 cm e di altezzaall’incirca pari al doppio, in modo che l’angoloalla base sia compreso tra i 55° e i 60°.
Figura 62 – Riseghe di fondazione
1 Il fenomeno della capillarità permette all’acqua di risalire lungo i canalicoli interni del materiale finoad altezze anche notevoli.
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Nel caso si utilizzi del calcestruzzo nonarmato, è possibile gettare la fondazione inmodo che assuma una sezione a trapezio,con angolo alla base come nel casoprecedente.
Figura 63 – Fondazione a campana
La formazione della fondazione secondoqueste regole serve ad evitare la rotturadella fondazione stessa, che altrimentiavverrebbe come mostrato in figura a causadel taglio provocato nella fondazione stessadalla reazione del terreno.
Figura 64 – Rottura di una fondazione per effettodelle azioni taglianti
Per superare il problema si può ricorrere alcemento armato, che resiste molto bene allaflessione e al taglio. In questo caso si puòallargare molto di più la base di appoggiodella fondazione senza doverla approfondiretroppo.
Figura 65 – Paragone tra una fondazione inmuratura ed una in c.a.
Quando si realizza una fondazione in cemento armato è buona regola eseguire il getto suuno strato di calcestruzzo magro1 dello spessore di almeno 10 cm. Questo accorgimentoevita sia che il terreno assorba l’acqua contenuta nel getto della fondazione prima che il
1 Si definisce in questo modo un calcestruzzo a bassa dosatura di cemento (150 kg al metro cubo).
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calcestruzzo faccia presa, sia che il ferro di armatura entri a diretto contatto con il terreno,con conseguente formazione di ruggine.
5.3.2 Edifici intelaiatiQuando la struttura portante dell’edificio è di tipo intelaiato, la fondazione può esserelimitata alla zona intorno ai pilastri. In questo caso si usa realizzare, se la portanza delterreno è sufficiente, dei plinti di appoggio in calcestruzzo semplice od armato. Valgonoanche per i plinti le considerazioni fatte per le fondazioni continue, solo che in questo caso sitratta di opere di fondazione singole, che possono essere proporzionate indipendentemente.
In alcuni casi la vicinanza tra i plinti difondazione comporta la fusione di alcuni diessi in una unica opera di fondazione dettazattera.
Figura 66 – Plinto e zattera di fondazione
Tanto minore è la resistenza del terreno1 tanto maggiore dovrà essere la superficie ditrasmissione dei carichi al terreno. Si ricorre perciò a travi rovesce2 e, se queste nonfossero ancora sufficienti, a platee. Se anche la platea non dovesse essere adeguata, sarànecessario ricorrere a fondazioni profonde.
5.4 FONDAZIONI PROFONDE
Se il terreno superficiale3 non è abbastanza affidabile per adottare fondazioni dirette, siricorre ad opere che arrivano ad interessare gli strati più profondi del terreno. Le opere difondazione saranno quindi costituite da plinti o travi rovesce appoggiate su pali4 chepotranno scaricare il peso dell’edificio sia di punta che per attrito.
1 Oppure tanto maggiori sono i carichi trasmessi dall’edificio.2 La trave rovescia deve il suo nome al fatto che, a differenza delle travi normali, deve sostenere uncarico diretto non verso il basso ma verso l’alto.3 Quando si parla di strati superficiali si intende una profondità di 3-4 metri dal piano di campagna,cioè fin dove è economicamente conveniente realizzare fondazioni dirette. Lo strato di terreno dalpiano di campagna fino a circa 1.5 metri non è invece considerato perché troppo vicino allasuperficie e soggetto quindi al gelo, che ne comprometterebbe la portanza.4 I pali hanno dimensioni che vanno da un diametro di 50 a 200 cm e sono realizzati in cementoarmato prefabbricato o gettato in opera (più raramente in legno o ferro). Possono essere sostituiti damicropali (diametro da 6 a 30 cm) , da pozzi, cassoni o diaframmi.
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I pali lavorano di punta quando attraversanostrati di terreno incoerente e si affidanoquindi alla portanza del terreno solo nellaparte terminale. Lavorano invece perattrito quando il terreno attraversato hacaratteristiche tali da riuscire a sostenere ilpeso dell’edificio agendo lungo tutta lasuperficie del palo.
Figura 67 – Pali di punta e per attrito
I pali possono essere trivellati, gettati cioè in un foro predisposto, o battuti, ed in questocaso sono in generale prefabbricati per poi essere infissi tramite speciali apparecchiaturenel terreno.
Figura 68 – Pali trivellati e battuti
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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5.5 STRUTTURE VERTICALI
Dalle opere di fondazione si iniziano a costruire le opere in elevazione, ad andamentoverticale.
Nel caso di costruzioni in muratura la stessa geometria delle opere di fondazione rispecchiaquella della muratura, mentre nel caso di edifici intelaiati si iniziano a costruire i pilastri1
Negli edifici alti la struttura in elevazione è più massiccia ai piani bassi per poi assottigliarsisalendo verso la sommità dell’edificio; la struttura si adatta cioè al peso che deve sosteneresenza spreco di materiale.
Figura 69 – Sezione di edificio in muratura
Negli edifici in muratura da costruire in zona sismica esistono dei limiti dimensionali darispettare, sia in termini di spessore che di geometria delle aperture.
1 Negli edifici intelaiati sono spesso presenti i setti: elementi strutturali simili ai pilastri ma con fortesproporzione tra i lati. Simili a pareti, ma realizzati in cemento armato, i setti sono tipicamenterealizzati per costruire vani per ascensori o per contrapporsi più validamente di un pilastro alle azioniorizzontali tipiche del sisma o del vento.
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APPROFONDIMENTO
Decreto ministeriale 16/1/96
Norme tecniche per le costruzioni in zone sismiche (estratto)
C.5.2. EDIFICI IN MURATURA ORDINARIAGli edifici in muratura ordinaria, devono essere costruiti nel rispetto delle seguentiprescrizioni:
a) la pianta dell'edificio deve essere il più possibile compatta e simmetrica rispetto ai dueassi ortogonali; in particolare, nel caso di pianta rettangolare, il rapporto tra lato minore e latomaggiore, al netto dei balconi, non deve risultare inferiore ad 1/3. La distribuzione delleaperture dei muri, in pianta e in alzato, deve essere tale da garantire, per quanto possibile, lasimmetria strutturale;
b) ciascun muro maestro deve essere intersecato da altri muri maestri trasversali, ad essoben ammorsati, ad interasse non superiore a m 7;
c) al di sopra dei vani di porte e finestre devono essere disposti architravi in cemento armatoo in acciaio efficacemente ammorsati nella muratura;
d) le fondazioni possono essere realizzate con muratura ordinaria, purché sul piano dispiccato venga disposto un cordolo di calcestruzzo armato, le cui dimensioni ed armaturadevono essere conformi a quanto prescritto al punto C.5.1., lettera d):
e) la distanza massima fra lo spiccato delle fondazioni e l'intradosso del primo solaio o fradue solai successivi non deve superare m 5, fermo restando l'obbligo di garantire per i settimurari una snellezza inferiore a 12;
f) la muratura portante deve essere realizzata con elementi artificiali pieni o semipieni,ovvero con elementi di pietra squadrata, con l'impiego di malta cementizia. E' ammesso pergli edifici con non più di due piani fuori terra l'uso di muratura listata con l'impiego di maltacementizia. La listatura deve essere realizzata mediante fasce di conglomerato semplice oarmato oppure mediante ricorsi orizzontali costituiti da almeno tre corsi in laterizio pieno,posti ad interasse non superiore a m 1,6 ed estesi a tutta la lunghezza e a tutto lo spessoredel muro; gli spessori dei muri devono essere non inferiori a quelli indicati nella seguentetabella:
Tabella 3
spessori dei muri in pietrame listato
S=6 S=9 S=12
piano secondo 40 40 50
piano primo 40 40 65
piano cantinato 55 55 80
g) lo spessore delle murature deve essere non inferiore a 24 cm, al netto dell'intonaco;
h) le murature devono presentare in fondazione un aumento di spessore di almeno cm 20;
i) le aperture praticate nei muri portanti devono essere verticalmente allineate; in alternativa,ai fini della valutazione dell'area resistente di cui alla lettera l) si prendono in considerazioneper la verifica del generico piano esclusivamente le porzioni di muri che presentino continuitàverticale dal piano oggetto di verifica fino alle fondazioni;
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l) nel caso di murature realizzate mediante blocchi artificiali semipieni, ovvero in pietranaturale squadrata con elementi di resistenza caratteristica a compressione non inferiore a30 kg/cmq, l'area della sezione di muratura resistente alle azioni orizzontali, espressa comepercentuale della superficie totale dell'edificio, e valutata al netto delle aperture, non deveessere inferiore, per ciascun piano di verifica, ai valori di cui alle tabelle 4a e 4b in funzionedella sismicità della zona. Dette percentuali devono essere rispettate in entrambe le direzioniprincipali. Nel caso di murature realizzate mediante blocchi artificiali pieni, l'area suddettanon deve essere inferiore, per ciascun piano di verifica, alle percentuali che si ottengonodalle tabelle 4a e 4b dividendo ciascuna percentuale per 1,25.Nel caso di murature realizzate in pietra naturale squadrata, costituita da elementi diresistenza caratteristica inferiore a 30 kg/cmq, l'area suddetta deve essere adeguatamenteincrementata sulla base di motivate valutazioni e comunque non deve essere inferiore, perciascun piano di verifica, alle percentuali che si ottengono dalle tabelle 4a e 4b moltiplicandociascuna percentuale per il rapporto 30/fbk ove fbk è il valore della resistenza caratteristicadegli elementi.
Tabella 4a
Area resistente ai vari piani (%)
(zone con S=12)
piano I piano II piano III piano IV
Edifici a 1 piano
Edifici a 2 piani
Edifici a 3 piani
Edifici a 4 piani
6
6
7
7
-
6
6
7
-
-
6
6
-
-
-
6
Tabella 4b
Area resistente ai vari piani (%)
(zone con S=9 oppure con S=6)
piano I piano II piano III piano IV piano V
Edifici a 1 piano
Edifici a 2 piani
Edifici a 3 piani
Edifici a 4 piani
Edifici a 5 piani
5
5
6
6
7
-
5
5
6
7
-
-
5
5
6
-
-
-
5
6
-
-
-
-
5
Non sono da prendere in considerazione, ai fini del calcolo della percentuale di muraturaresistente, i muri aventi rapporto altezza/lunghezza superiore a 3.Deve inoltre risultare, per ciascun piano di verifica:
σ = Ν/(0.50 Α) < σmcon il seguente significato dei simboli:
Ν = carico verticale totale relativo al piano in esame;Α = area totale, al netto delle aperture, dei muri resistenti al piano in esame;σm = tensione base ammissibile della muratura, prevista, per le varie classi diresistenza caratteristica a compressione della muratura.
Tale verifica deve essere effettuata, di regola, per i muri del piano più basso dell'edificiononché per i muri di ogni piano per il quale si determini almeno una delle seguenti situazioni:
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
67
- gli spessori di uno o più muri risultino minori dei corrispondenti spessori del piano inferiore;- l'incidenza delle aperture risulti superiore a quella relativa al piano inferiore;
m) il sovraccarico non deve essere superiore a 4,00 KN/m2 (400 kg/ m2).Ove siano rispettate tutte le precedenti prescrizioni, la verifica rispetto alle azioni sismichepuò essere omessa, ferma restando la necessità delle verifiche previste dagli appositi decretiministeriali nei riguardi dei carichi verticali e delle azioni orizzontali dovute al vento, nonchénei riguardi del terreno di fondazione.Qualora non tutte le precedenti prescrizioni siano rispettate l'edificio deve essere verificatosecondo quanto disposto al punto C.9.5., ferma restando la necessità delle verifiche citatenel precedente comma e il rispetto delle prescrizioni indicate al punto C.5.1.
Le strutture in elevazione sono prevalentemente sollecitate a compressione o apressoflessione. La loro geometria è per questo motivo parallela ai pesi sostenuti, cioèverticale.
Talvolta, però, sia per motivi di carattere architettonico che di tipo statico, le strutture inelevazione possono essere inclinate. In questo caso si tratta di strutture ibride, aventi lecaratteristiche di sollecitazione proprie sia dei pilastri che delle travi.
È interessante vedere quale sia l’andamentodelle tensioni all’interno delle strutturemurarie dove siano state praticate delleaperture: le linee di tensione si dispongonoinfatti come una corrente d’acqua chescorre in un canale con delle ostruzioni. Lelinee di tensione “aggirano” nello stessomodo gli ostacoli costituiti dalle aperture.
Figura 70 – Andamento delle tensioni
Questa analogia sarà utile per capire, nel seguito, il motivo di alcuni dissesti strutturali.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
68
5.6 STRUTTURE ORIZZONTALI: CLASSIFICAZIONE
Fino a questo punto gli elementi strutturali trattati sono prevalentemente sollecitati acompressione, quindi è piuttosto semplice realizzare opere efficienti anche in muratura,che resiste poco a flessione.
La necessità di coprire le abitazioni è sempre stata una sfida per i costruttori di tutte leepoche. Anche oggi, potendo utilizzare materiali sempre più resistenti, la copertura di lucisempre più grandi caratterizza le opere ingegneristiche più importanti.
Gli elementi strutturali orizzontali si possono distinguere in due “famiglie” a seconda delmateriale con cui sono realizzate.
Opere realizzate in muratura:
• archi• volte• architravi
Figura 71 – Archi, volte, architravi
Opere realizzate in legno, ferro o cementoarmato:
• travi normali• travi reticolari• solai
Figura 72 – Trave, trave reticolare, solaio
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
69
5.7 ARCHI, VOLTE ED ARCHITRAVI
Sappiamo che la flessione induce una trazione, e che un elemento strutturale orizzontale siinflette sotto il carico. Quindi, come è possibile realizzare una struttura orizzontale inmuratura?
L’arco, dal cui principio di funzionamento derivano le volte e gli architravi, rispondebrillantemente a questa domanda. Infatti l’arco è una struttura compressa. Per capire bene ilfunzionamento di questa tipologia strutturale fondamentale occorre osservare le lesioni cheappaiono in un arco sottoposto a carico crescente.
Gli studi e le sperimentazioni permettono diaffermare che le prime fessure si verificanoin corrispondenza della sezione di chiave1
ed in due sezioni (reni) simmetriche inclinatedi 60 gradi rispetto alla verticale.
Figura 73 – Fessure in un arco
Dato che il materiale non resiste a trazione, dobbiamo supporre che in questi punti dell’arcosia presente questo tipo di sollecitazione, e che le sezioni descritte sono quelle critiche pergli archi. Infatti, la parte critica di un arco è quella superiore alle sezioni di rene.
Tra la sezione al rene e quella in chiave diun arco si crea un equilibrio tra i conci, cheè in grado di trasformare l’azione verticale Rin due componenti: una lungo l’arco (S),perpendicolare alle superfici di contatto deiconci, l’altra orizzontale (H).
Figura 74 – Arco
1 Si chiama in questo modo la sezione della sommità dell’arco. Il concio corrispondente si chiamaconcio di chiave ed è di basilare importanza per il funzionamento degli archi. Generalmente, il conciodi chiave è più grande degli altri conci dell’arco.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
70
Dalle analisi appena fatte nasce un’altra, importante, considerazione: la struttura ad arcocausa azioni orizzontali sulle murature laterali, delle quali si deve tenere conto per la loroverifica.
Quando le murature laterali non sono ingrado di assorbire le azioni orizzontaliprodotte dall’arco si ricorre a catene in ferroche annullano tale effetto.
Figura 75 – Archi incatenati
Gli archi si definiscono in base alla loroforma come in figura.
Figura 76 – Forme degli archi
Un tipo di arco molto particolare è la piattabanda, chefunziona come un arco ribassato con aggiunta di materialeper riportare l’intradosso in piano, usato nel passato perl’apertura di vani per porte e finestre rettangolari.
Figura 77 – Piattabanda od architrave
Dall’estensione spaziale del principio dell’arco si ottengono le volte, di forma più o menocomplessa.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
71
Figura 78 – Tipi di volte
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
72
APPROFONDIMENTO
Gli archi e le volte possono essere costruite anche in cemento armato o in ferro, cioè conmateriali resistenti a flessione. In questo caso si possono realizzare luci molto maggioricome i ponti ad arco. Una tecnologia molto diffusa negli anni ’60 e poi quasi abbandonatapermetteva di realizzare volte di luci notevoli e di spessore molto limitato, chiamate strutturea membrana.
Struttura a membrana
5.8 SOLAI
Quando per la costruzione di un orizzontamento si utilizza, invece della muratura, il legno oun altro materiale resistente a flessione (cemento armato, ferro) l’elemento strutturale vienedefinito solaio.
I solai sono di norma costituiti da una orditura di travi1 disposte parallelamente ad unadistanza di 40-60 cm. Su questa struttura vengono quindi appoggiati elementi secondari, inlaterizio o legno.
1 Data la piccola dimensione di queste travi, esse vengono denominate travetti.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
73
La funzione strutturale dei solai, oltre che aservire come “piani caricabili” degli edifici, èanche quella di costituire unacontroventatura orizzontale dell’edificio,utile soprattutto nel caso di azioni sismiche.Infatti si possono immaginare i solai comegrosse travi orizzontali molto rigidevincolate alla struttura in elevazione, siaessa muraria o intelaiata, che riescono adistribuire in modo uniforme le azioni di tipoorizzontale dovute al sisma od al vento.
Figura 79 – Funzione controventante dei solai
Nel caso degli edifici in muratura questo effetto controventante viene conseguito solo nelcaso di efficace unione tra i solai e la muratura. Non basta infatti che i travetti siano muratiper una certa lunghezza nella muratura, così come veniva fatto nel passato, ma è necessarioche venga realizzata una efficace ammorsatura.
Le ammorsature possono essere eseguiterealizzando un cordolo1 di cemento armato2
oppure fornendo ogni travetto di unaapparecchiatura di ancoraggio più o menocomplessa.
Figura 80 – Ammorsatura di un travetto
1 Viene chiamato cordolo l’elemento strutturale simile alla trave che però è appoggiato per tutta lasua lunghezza e non solo agli estremi. La funzione dei cordoli è essenzialmente quella di distribuirecarichi in maniera uniforme.2 Il cordolo può essere largo quanto l’intero spessore della muratura, oppure meno. In quest’ultimocaso occorrerà realizzare apparecchiature di ammorsamento aggiuntive.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
74
In ogni caso, l’obbiettivo daraggiungere è che si deveevitare che i l solaio possa“sfilarsi” dalla muratura.
Figura 81 – Sfilaggio di un solaiodalla muratura
In zona sismica, l’altezza deisolai non può di norma essereinferiore ad 1/25 della lucecoperta. Questo per garantire lalimitazione della loro elasticità econseguentemente limitare lafreccia di inflessione1. Ècomunque consigliabilemantenere questa limitazioneanche in zone non sismiche2.
Figura 82 – Altezza di un solaio
1 Si definisce in questo modo l’abbassamento di una struttura sotto carico. Il termine deriva dallaforma della struttura inflessa che sotto carico tende ad assomigliare ad un arco.2 Nelle zone non sismiche, l’altezza limite è pari ad 1/30 della luce.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
75
Di seguito sono descritti i tipi più comuni di solaio antichi e moderni.
• I solai in legno possono essere realizzati a semplice o doppia orditura, con travisecondarie appoggiate a travi principali di dimensioni maggiori. Sui travetti può esserefissato un assito in legno o in pianelle di laterizio, sui quali viene di norma gettato unmassetto1 che serve sia come base livellata per la pavimentazione sia come zavorrautile a limitare la trasmissione dei rumori.
Figura 83 – Solaio in legno a semplice o doppia orditura
• I solai in ferro sono costruiti con travetti in acciaio, normalmente putrelle tipo NP o IPE,sulle quali viene appoggiata una struttura secondaria in laterizio, ferro, calcestruzzo olegno.
Se realizzato in laterizio talecompletamento può essereeseguito con voltine di mattonidisposti in foglio o a coltello. È faciletrovare questo tipo di struttura inedifici anche abbastanza recenti,ma oggi è in disuso se non in casodi restauri di vecchi fabbricati.
Figura 84 – Solai in ferro e mattoni
1 Il massetto è costituito da un getto di malta povera di legante, ed è realizzato in tutti i tipi di solaio.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
76
Spesso un solaio in ferro può essererealizzato con elementi di lateriziospeciali o con tavelloni appoggiatealle putrelle portanti. Questo tipo disolaio è ancora oggi molto diffuso perla copertura di piccole luci.
Figura 85 – Solai in ferro e tavelloni
• I solai in ferro e calcestruzzo sonousati soprattutto nei grandi edifici astruttura intelaiata di acciaio, come igrattacieli. La funzione delcalcestruzzo può essere disemplice riempimento ocollaborante strutturalmente conil solaio.
Figura 86 – Solai in ferro e calcestruzzo
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
77
Nel caso si utilizzino pannelli dilamiera grecata, essi possonoessere riempiti o meno dicalcestruzzo, che saràcollaborante se efficacementelegato ai pannelli stessi chesaranno in questo caso dotati dinervature o di ancoraggi saldati.
Figura 87 – Solaio lamiera grecata ecalcestruzzo
• I solai in calcestruzzo e laterizio sonosenz’altro i più diffusi nell’ediliziaresidenziale, sia per il loro bassocosto, sia per l’uso di tecnologiefacilmente producibili in cantiere. Tra ivari tipi, quello che oggi incontra ilfavore di progettisti e le imprese per larapidità di costruzione è il solaio atravetti precompressi1 di cementoarmato a forma di “T” rovesciata conpignatte2 in laterizio
Figura 88 – Solaio RDB Celersap
Questo tipo di solaio permette di coprire luci fino a 7.60 m ed è molto veloce da realizzareper via della portanza che già i travetti hanno prima del getto. Questo permette di limitareil numero di puntelli3 necessari al sostegno del solaio durante e subito dopo il getto dicompletamento in calcestruzzo.
1 La precompressione è un procedimento che permette di realizzare, a parità di sezione, elementistrutturali in cemento armato con caratteristiche meccaniche maggiori del cemento armatosemplice.2 La pignatta è quel laterizio che viene appoggiato ai travetti prima del getto di completamento.L’altezza delle pignatte varia normalmente dai 12 ai 24 cm con incrementi di 2 cm.3 Il solaio raggiunge la sua prestazione statica solo dopo l’indurimento del getto di calcestruzzo.Fino a quel momento è necessario sostenerlo con una puntellatura.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
78
APPROFONDIMENTO
La funzione statica delle pignatte è quella di costituire una sorta di cassaforma per lastruttura che, da un punto di vista statico, è costituita dalla parte in calcestruzzo aventeforma di T. Alcuni tipi di pignatta sono però collaboranti e quindi con spessori più consistentie con foratura più fitta. Per il calcolo di questo tipo di solaio si fa normalmente riferimento adati forniti dalla Ditta costruttrice sotto forma di tabella, come quella riportata, in quanto ilcalcolo manuale risulta molto complesso.
Monotrave 9x12Interasse I = 60 cm
(P. S 48 M 9/60)
Alte
zza
sola
io
Pes
o so
laio
in o
pera
Con
glom
. In
oper
a Luci massime ammissibili per solai portanti inedilizia civile
Momenti massimi diservizio
Tagl
io d
ise
rviz
io
H g0
M
(+)
M
(-)
T
cm Kgf/m2
l/m2
l=m Kgfm Kgf
12 + 4
+5
+6
215
240
265
52
62
72
4,20
4,50
4,70
4,50
4,80
5,10
4,80
5,10
5,40
1550
1700
1870
1670
1900
2140
1130
1210
1290
16 + 4
+5
+6
245
270
295
59
69
79
5,30
5,50
5,60
5,70
5,90
6,20
6,00
6,30
6,60
2230
2390
2560
2640
2920
3200
1500
1580
1670
20 + 4
+5
+6
275
300
325
67
77
87
6,00
6,10
6,00
6,60
6,80
7,00
7,00
7,20
7,50
2900
3040
3100
3860
4190
4540
1930
2020
2100
24 + 4
+5
+6
310
335
360
76
86
96
6,30
6,20
6,20
7,30
7,30
7,30
7,80
8,00
8,10
3300
3300
3340
5280
5565
5844
2360
2460
2550
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
79
Anche nel caso dei solai in cemento e laterizio, molte tipologie costruttive sono stateabbandonate per l’elevato onere di manodopera che comportano.
Nel passato si realizzava unapuntellatura molto fitta sulla qualevenivano appoggiate pignatte di formaparticolare all’interno delle quali sidisponeva l’armatura dei travetti. Il gettocompletava il solaio e i travettirisultavano gettati in opera.
Figura 89 – Solaio gettato in opera
L’evoluzione di questo solaio fu segnatadall’introduzione di travetti a tralicciocon l’intradosso in laterizio armato.Questo solaio è stato sicuramente il piùusato negli anni del “boom edilizio”.
Figura 90 – Solaio con travetti a traliccio
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
80
• I solai in calcestruzzo armato sonogettati in opera su una cassaforma chepuò essere tale da formare nervature inuna o due direzioni (solai a cassettone).Più normalmente i solai sono piani suentrambi i lati e vengono denominatisolette.
Figura 91 – Soletta in c.a.
I solai di questo tipo sono penalizzati dall’elevato peso1, per cui il loro utilizzo è limitato asituazioni nelle quali sarebbe troppo complesso realizzare un solaio a travetti e pignatte(forme irregolari, pianerottoli di scale, ecc.).
5.9 SCALE
Generalmente, sia da un punto di vista strutturale e costruttivo che architettonico, le scalesono un problema spesso difficile da risolvere. La forma stessa delle rampe impone larealizzazione di piani inclinati che è difficile appoggiare ad una struttura portante.
I sovraccarichi accidentali da considerare per le scale sono normalmente pari al doppio diquelli imposti dalla normativa per gli ambienti non suscettibili di affollamento2.
La geometria strutturale delle scalecontrasta, con le sue linee diagonali, conquella normale degli edifici. In caso disisma, le scale sono generalmente ad altorischio di crollo proprio per questo motivo.
Figura 92 - Scala
1 Un solaio in laterizio e cemento pesa, a parità di prestazioni statiche, il 45% in meno di una solettapiena di c.a. di pari spessore.2 Per i locali di abitazione il sovraccarico accidentale prescritto è di 200 kg/mq, mentre per le scaletale sovraccarico deve essere portato a 400 kg/mq, così come per le strutture a sbalzo.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
81
Negli edifici in muratura le scale sonospesso realizzate a mensola, nel sensoche ogni gradino costituisce una struttura asé, incastrata nella muratura e a sbalzo pertutta la larghezza della rampa.
Figura 93 – Gradino di scala a mensola
Negli edifici intelaiati è più facile ricorrere a materiali più resistenti, quindi si realizzanoscale a soletta o con trave a ginocchio1.
Nel primo caso si getta una solettainclinata di cemento armato che forma unavera e propria trave di limitato spessoresulla quale i gradini vengono riportatisuccessivamente o gettati insieme allasoletta.
Figura 94 – Scala a soletta
1 Il nome deriva dalla forma della trave, che presenta due punti di piegatura.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
82
Nel caso si debbano superare luci eccessiveper una soletta, si sceglie in genere diappoggiare le rampe su travi laterali dette aginocchio.
Figura 95 – Scala con trave a ginocchio – doppiae semplice
In alternativa, è possibile realizzare una sola trave laterale, quindi sarà necessario che larampa sia in grado di sostenere il carico come una mensola incastrata alla trave stessa.
Le stesse tipologie descritte sono usate per la costruzione di scale in ferro o legno, conun’ampia casistica di soluzioni possibili, anche di tipo misto.
5.10 COPERTURE
Spesso la copertura di un edificio si realizza nello stesso modo dei solai di piano, con lasola aggiunta di una stratificazione di materiali capace di rendere la copertura impermeabileall’acqua e in grado di fornire un efficace isolamento termico. La copertura così realizzata èdetta terrazzo.
Negli edifici con copertura a tetto si può costruire un normale solaio inclinato, appoggiato atravi orizzontali o anch’esse inclinate.
Nelle zone sismiche la copertura a tetto non può essere spingente, cioè la struttura nondeve produrre azioni orizzontali1.
1 Non si possono infatti tollerare azioni orizzontali che non siano dovute la sisma, perché sicreerebbe un effetto cumulativo molto dannoso per la stabilità della struttura.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
83
Ciò si verifica quando non viene realizzatauna catena in grado di assorbire edannullare le azioni orizzontali che siverificano nel caso di mancanza diappoggio centrale.
Figura 96 – Tetto spingente
La struttura portante di una copertura può essere costituita da capriate, originariamenterealizzate in legno ma che possono essere costruite anche in ferro o, più raramente, incemento armato.
La capriata è un caso particolare distruttura reticolare, dove ogni elementoassolve una funzione specifica.
Figura 97 – Capriata in legno tipo Palladio
La capriata assorbe “al suo interno” tutte lesollecitazioni orizzontali derivantidall’inclinazione del tetto, per cui sugliappoggi agiscono solo forze verticali.
Figura 98 – Schema statico di una capriata
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
84
Per la copertura di grandi luci si ricorregeneralmente a travature in cementoarmato precompresso, a strutturereticolari in ferro che sono leggere emolto resistenti, oppure a travi in legnolamellare incollato.
Figura 99 – Copertura di una grande luce contravi di legno lamellare
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
85
6. ELEMENTI STRUTTURALI RELATIVI AL TERRENO
6.1 OPERE DI CONTENIMENTO
Spesso è necessario costruire su un terrenoscosceso, oppure si vogliono creare deiterrazzamenti per rendere possibile lacoltivazione. In questi casi si dovrà costruireun’opera che sia in grado di contrastare latendenza del terreno a disporsi secondo lasua pendenza naturale.
Figura 100 – Costruzione su terreno scosceso
Ogni terreno lasciato libero di muoversi sidispone infatti secondo una pendenzacaratterizzata dal suo angolo di attritointerno, che varia con il tipo di terreno e conil contenuto d’acqua presente1.
Figura 101 – Mucchio di terreno sciolto
1 Se si prova a fare un mucchio di sabbia (che per questo esempio è il tipo terreno più efficace, mache si comporta come un qualsiasi altro terreno) si vedrà che non è possibile superare una certaaltezza perché la sabbia inizia, superata una certa pendenza, a franare. L’inclinazionesull’orizzontale massima che si riesce a raggiungere è pari all’angolo di attrito interno dellasabbia. Proseguendo l’esperimento, si potrà notare che bagnando la sabbia, questa tende a franaremeno, perché l’aumento del contenuto d’acqua aumenta l’angolo di attrito, aumentando l’aderenza trai singoli grani.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
86
Maggiore è l’angolo di attrito interno, minoresarà la quantità di terreno che bisogneràsostenere. L’opera di contenimento è infattiinteressata dalla parte di terreno eccedentela giacitura naturale, chiamato cuneo dispinta.
Figura 102 – Muro di contenimento con cuneo dispinta
La spinta del terreno su un’opera di contenimento si valuta, oltre che in base all’angolo diattrito appena definito, in base al peso del terreno. Inoltre, per la verifica allo slittamentodel muro sul terreno, è necessario conoscere il coefficiente di attrito terra-muro.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
87
Tabella peso-angolo-attrito dei terreniAttritoTerreno Peso specifico
In Kg/m2Angolo ϕ
asciutti 1450 47°
umidi 1500 43°
Detriti rocciosi,ciottoli
bagnati 1650 38°
asciutti 1400 40°
umidi 1500 35°
Ghiaie
bagnati 1600 30°
asciutti 1400 32°
umidi 1500 32°
Sabbia grossa
bagnati 1600 28°
asciutti 1400 25°
umidi 1525 30°
Sabbia fine
bagnati 1650 20°
asciutti 1500 35°
umidi 1600 35°
Sabbia argillosa fine
bagnati 1700 20°
asciutti 1500 40°
umidi 1600 35°
Terra vegetale
bagnati 1700 25°
asciutti 1700 45°
umidi 1900 35°
Argilla in banco,marna fratturata
bagnati 2500 23°
asciutti 1700 50°
umidi 1800 40°
Terre forti, argillamista a sabbia oghiaia
bagnati 2200 30°
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
88
I muri di contenimento possono essererealizzati in muratura o in calcestruzzo nonarmato. In questo caso il terreno vienecontrastato dal peso dell’opera, che risulteràmolto massiccia. I muri di questo tipo sichiamano anche muri a gravità, e risultano dispessore molto elevato, quindieconomicamente vantaggiosi per opere dipiccole dimensioni.
Figura 103 – Muro a gravità
Quando, per la costruzione del muro, vieneusato un materiale resistente a flessione,come il cemento armato, si parla di muri asbalzo. In questo caso il muro avrà unospessore molto più sottile dei muri a gravità mauna fondazione molto più estesa.
Figura 104 – Muro di contenimento in c.a.
In certi casi, quando per esempio si superanoaltezza di 10 metri, sarà utile ricorre a strutturedotate di contrafforti, cioè di muri trasversaliche formano delle nervature sul muro vero eproprio.
Figura 105 – Muro a contrafforti
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
89
6.2 PENDII NATURALI E ARTIFICIALI
Non si possono escludere dal capitolo riguardante gli elementi strutturali quelle opererealizzate in materiali naturali (terre, roccia od altro) destinate ad ottenere determinateconformazioni del terreno o a costituire argini.La stabilità dei pendii1 dipende essenzialmente dai seguenti fattori principali:
• dalla pendenza e quindi dalla forza di gravità che tende a trascinare in basso i terreni,tendenza tanto più accentuata quanto più è inclinato il pendio;
• dalla coesione e/o dalla resistenza d’attrito, che tendono a mantenere unite tra loro leparticelle costituenti il terreno, impedendo che una parte del pendio si distacchi franando;
La coesione e l’attrito2 sono interconnesse alle caratteristiche geologiche ed al tasso diumidità del terreno.
Lo scorrimento verso il basso di un ammasso diterreno può essere assimilato al moto di uncorpo su un piano inclinato.
La forza peso W della particella di terreno sidivide in due parti: una (A) che preme sullasuperficie di contatto e che suscita laresistenza per attrito, l’altra (B) che invecetende a farla muovere lungo il piano e cheviene detta forza di taglio.
Figura 106 – Schema delle condizioni di stabilità diun corpo su un piano inclinato
Tenuto conto che la forza di gravità tende a fare scivolare (o rotolare) verso il basso laparticella, se essa non si muove significa che esiste una forza resistente tale da bilanciaretale azione. Questa forza resistente è determinata sia dall’attrito che dalla coesione.
L’attrito è proporzionale alla componente A del peso e dipende dalla scabrosità dellesuperfici a contatto. La coesione è invece legata alla natura chimica delle superfici e al gradodi umidità.
1 Si tratta sia dei pendii naturali, generati in tempi lunghi da cause naturali legate al modellamentodella superficie del suolo, sia di quelli artificiali, generati modificando con scavi o riporti laconfigurazione originaria del suolo, creando superfici con inclinazione anche maggiore di quellenaturali.2 La coesione lega tra loro le particelle del terreno per mezzo di legami di tipo chimico, mentrel’attrito è una caratteristica meccanica che limita la possibilità di scorrimento reciproco tra leparticelle. Gli effetti della coesione e dell’attrito sono quindi analoghi, per quanto concerne la stabilitàdei pendii, anche se di origine diversa.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
90
Si immagini di appoggiare ad un asse di legnoinclinato un mattone sporcato con argilla. Laforza di attrito tra l’asse ed il mattone dipendedal suo peso e dalla natura delle superfici enon cambia che al variare dell’inclinazionedell’asse. La coesione fornita dall’argilla èinvece maggiore se l’argilla è asciutta, perchése la si bagnasse diventerebbe scivolosa.
Figura 107 – Mattone appoggiato su un asse dilegno inclinato
Per quanto detto finora, una frana si mobilizza quando all’interno di un pendio o di unascarpata le forze di taglio superano quelle di resistenza (attrito e coesione). Tale fenomenoavviene su una superficie di slittamento che non è rettilinea, ma che si può approssimare, insezione, con un arco di cerchio.
Figura 108 – Schema grafico della superficie dislittamento di un pendio o di una scarpata
Per determinare il grado di stabilità del pendio bisogna verificare l’equilibrio tra le forze ingioco che sono:
1) Il peso del terreno verso valle (W1) che determina rispetto al centro della superficie discorrimento un momento dato dal peso W1 moltiplicato per il braccio b1 tra il centro discorrimento ed il baricentro del terreno stesso. Questo momento è antiorario, quindi èstabilizzante1.
2) Il peso del terreno verso monte (W2) che determina rispetto al centro della superficie discorrimento un momento dato dal peso W2 moltiplicato per il braccio b2 tra il centro discorrimento ed il baricentro del terreno stesso. Questo momento è orario, quindi èribaltante2
.
3) La terza forza in gioco è determinata dall’attrito lungo tutta la superficie di scorrimentodel terreno, che determina un momento stabilizzante in senso antiorario pari alla forzadi attrito totale T moltiplicata per il raggio R della curva di scorrimento.
1 Tende cioè a contenere il movimento franoso del pendio.2 Tende cioè a far franare il pendio.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
91
In altri termini, un grado di stabilità è determinato dal rapporto:GRADO DI STABILITÀ = SOMMA DEI MOMENTI STABILIZZANTI / MOMENTO RIBALTANTE
Se tale rapporto è uguale o maggiore di 1, ilpendio è in equilibrio. Se è inferiore all’unità ilmomento ribaltante è maggiore della sommadei momenti stabilizzanti e si verifica loscorrimento lungo la superficie descritta, conconseguente frana.
Figura 109 – Schematizzazione di una frana
Le norme prevedono che, per sicurezza, il grado di stabilità non sia mai inferiore a 1,3,ovvero la somma dei momenti stabilizzanti deve essere 1,3 volte superiore al momentoribaltante.
6.3 ARGINI
Per argine si intende qualunque costruzione in terra o in materiale artificiale destinata acontenere acque stagnanti o correnti. Più in particolare, il termine si riferisce alle costruzionidestinate ad impedire che le acque di piena di un fiume dilaghino nelle pianure adiacenti.
Come è noto, a causa dell’accumulo di detriti sul letto dei fiumi di pianura, il livello dell’acquasi trova spesso a quota superiore rispetto al piano di campagna1. Gli argini sono in questocaso di fondamentale importanza per evitare le alluvioni che altrimenti si verificherebberodurante le fasi di massima piena.
Generalmente, gli argini hanno forma trapeziae si sviluppano parallelamente al corso delfiume; i fianchi inclinati si dicono petti. L’arginemaestro è quello che non deve mai esseretracimato; di norma è separato dall’alveofluviale da una striscia di terreno pianeggiante(detta golena) che lo separa dall’arginegolenale.
Figura 110 – Sezione schematica di un argine perprotezione fluviale
Durante le maggiori piene tutta la fascia golenale è destinata ad essere sommersa,formando così una sezione fluviale più grande che permette un flusso di acque maggiore.
1 Un esempio tipico nel nostro Paese è costituito dal tronco terminale fiume Po, nel Veneto.
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Nel caso in cui il petto dell’argine siadirettamente lambito dalla corrente si dice chel’argine è in froldo. Il corpo dell’argine vienetalvolta completato mediante rinforzi sia versol’acqua che verso la campagna. Inoltre, sottol’urgenza delle piene si procede spesso allarealizzazione di piccoli sopraelevamenti dettisoprassogli1.
Figura 111 – Argine in froldo e suoi completamenti
1 La larghezza dell’argine in sommità è quindi sempre tale da consentire il passaggio di una strada diservizio per i mezzi destinati alla costruzione del soprassoglio.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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7. DISSESTI
7.1 GENERALITÀ
I complessi edilizi sono costituiti da elementi costruttivi dimensionati in modo da assolvere,entro i limiti della sicurezza, i compiti statici a loro affidati.
La vetustà, le variazioni termiche ed idrometriche, gli agenti atmosferici, i moti delterreno e i sovraccarichi sono tra le cause perturbatrici che cospirano a danno dellabuona conservazione degli edifici. Inoltre, cause eccezionali come terremoti od inondazionicontribuiscono anch’essi ad alterare il regime d’equilibrio del complesso strutturale.
Ogni causa perturbatrice induce alterazioni nella struttura che, superati certi limiti,determinano dissesti statici annunciati da manifestazioni caratteristiche dette lesioni.Mediante lo studio delle lesioni, una volta determinati i dissesti statici e – sulla scorta diquesti – le cause perturbatrici, occorre studiare e poi applicare i consolidamenti.
7.2 LESIONI
Un qualunque dissesto può essere preso in considerazione solo quando presenti sintomievidenti. Le lesioni sono il modo più immediato che abbiamo per interpretare lo stato didissesto di una costruzione.
Va rimarcato che non sempre le lesioni sono indice di uno stato di dissesto dellacostruzione. Soprattutto negli edifici con struttura in muratura, di vecchia costruzione equando le fondazioni non sono state realizzate con particolare cura, sono presenti quadrifessurativi diffusi.Molto spesso le lesioni sono in questi casi negative solo da un punto di vista estetico,perché segnalano movimenti della struttura che sono contenuti ampiamente entro i limiti diresistenza della costruzione nel suo complesso1.
1 È tipico il caso di lesioni che presentano un andamento “stagionale”: sia aprono durante la stagionesecca per poi richiudersi (talvolta in modo completo) con l’arrivo della stagione umida. Si tratta dilesioni provocate da una variazione di volume di un terreno di fondazione argilloso, che si gonfia acausa dell’umidità per poi ridursi quando secco (infatti, sui i terreni di questo tipo si formano crepedurante l’estate).
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Durante il primo sopralluogo occorre definire ilquadro fessurativo della costruzione, rilevandola posizione e la forma delle lesioni, conparticolare riferimento alla loro ampiezza edestensione.
Figura 112 – Caratteristiche di una lesione
Oltre all’osservazione e al rilievo delle lesioni è necessario studiare il loro progredire neltempo per conoscere le caratteristiche della loro evoluzione.
La frattura ha inizio con una prima fase dettacapillare per il suo piccolissimo sviluppo inampiezza, prosegue poi in una seconda fasecapillare progredita e, infine, in una terza dicompleto distacco.
Figura 113 – Fasi di evoluzione di una frattura
Una caratteristica importante nello studio delle lesioni è la natura più o meno recente dellefessure. La distinzione tra fratture vecchie e nuove è, in pratica, abbastanza agevole inquanto le nuove si presentano con ciglia di frattura a spigoli vivi, con superfici di rottura ditipo cristallino e pulite.
Le vecchie fratture hanno invece gli spigoli delle ciglia variamente sbeccate o arrotondate ele superfici di rottura non più nette, come all’origine, ma annerite e polverose1.
1 L’invecchiamento delle superfici varia d’altra parte a seconda dell’ambiente con cui sono a contatto:in locali umidi con presenza di muffe la frattura apparirà più vecchia di quanto non sia.
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7.3 STRUMENTI DI CONTROLLO DELLE LESIONI
Per accertare il progredire delle lesioni nel tempo vengono impiegate le biffe oppure gliestensimetri (o deformimetri).
Le biffe si applicano trasversalmente alla fessurazione, in corrispondenza del suo ventre.Per la messa in opera si esegue un incasso nell’intonaco.
La forma dell’incasso sarà a doppia coda dirondine con la sezione più stretta incorrispondenza della frattura.
Figura 114 – Incasso a doppia coda di rondine
L’incasso deve arrivare fino al vivo della struttura quindi, previa pulitura con spazzolametallica e abbondante lavatura con acqua, si riempie il vano con malta di calce,limitandone lo spessore a circa un centimetro.
Se la fessura è passante, cioè estesa atutto lo spessore della struttura, è beneintrodurre la malta il più possibile entro lafessurazione stessa, per evitare che lamalta si fessuri a causa di una troppa veloceessiccazione.
Figura 115 – Lesione passante
La malta da usare varia a seconda della posizione della biffa: se si opera all’interno e lalesione è al riparo dall’umidità è preferibile usare il gesso, mentre in caso contrario siconfezionerà la biffa con malta di calce idraulica, ma non con malta di cemento1.
Spesso vengono usate biffe di vetro che però non sono consigliabili per il fatto che il vetroè generalmente più resistente della malta con la quale la biffa viene fissata alla struttura per
1 La malta di cemento è soggetta a ritiro, per cui possono apparire fessurazioni non dovuteall’ampliamento della lesione.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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cui, in presenza di lievi movimenti la malta di fissaggio può cedere mentre la biffaresterebbe integra.
In prossimità di ogni biffa occorre scrivere unnumero di riferimento e la data diapposizione che saranno trascritti su unapposito registro allo scopo di ricostruire, permezzo di un grafico, i movimenti dellastruttura nel tempo.
Figura 116 – Grafico ampiezza lesione/tempo
Inoltre, è bene indicare con due segni indelebilile zone in cui terminano i bracci della lesione inmodo che al successivo controllo si possarilevare anche un eventuale incremento dilunghezza della lesione.
Figura 117 – Apposizione dei segni di cuspide
Il controllo delle biffe va eseguito ad intervalli di tempo approssimativamente costanti etanto più frequenti quanto più grave risulti il fenomeno di dissesto. Quando si riscontri larottura di una biffa, se ne colloca un'altra accanto alla prima ripetendo tutta l’operazionedescritta.
In alternativa alle biffe possono essere usati ideformimetri, che sono apparecchi di precisionein grado di misurare distanze con unaapprossimazione di 1/100 fino ad 1/1000 dimillimetro.
Figura 118 – Deformimetro
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Per eseguire la misura si fissano due basi ai lati opposti della fessura e se ne rileva ladistanza con lo strumento; successivamente si effettuano altre misure ad intervalli di temporegolari per poter compilare il diagramma degli spostamenti.
Per meglio definire l’andamento nel tempo dellalesione è preferibile disporre tre basi, anzichédue; in questo modo si possono rilevare anchepossibili rotazioni tra una parte e l’altra dellafessura.
Figura 119 – Disposizione di tre basi per undeformimetro
7.4 CEDIMENTO DELLE FONDAZIONI
Un discorso sui dissesti strutturali non può cominciare che partendo dal campo, assai ampio,dei cedimenti delle fondazioni. La gran parte dei dissesti è infatti determinata da uncedimento fondale di qualche tipo, che origina lesioni anche ad una quota molto più elevatarispetto al terreno.
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Figura 120 – Cedimento e assestamento
Quando si parla di cedimenti ci si riferisce a spostamenti relativi fra due zone dellamedesima struttura.
Infatti, se il moto è assoluto, cioè se tutta la struttura si sposta rigidamente non si puòparlare di cedimento vero e proprio ma di assestamento della struttura medesima.
La diagnosi dei cedimenti fondali delle strutture ha lo scopo di stabilire la natura dei dissestimediante lo studio delle lesioni, delle caratteristiche costruttive e delle condizioniambientali.Per la diagnosi occorre tenere presenti le forme fessurative caratteristiche dei vari dissestielementari per poter determinare quale di esse (o quale loro combinazione) corrisponda aitipi in esame.
Per la classificazione dei cedimenti fondali ci riferiamo, per comodità, ad un muro continuodi lunghezza indefinita, di altezza e spessore costante. Supponendo che una parte di dettomuro si ponga in moto relativo rispetto all’altra il cedimento può presentarsi nelle formedescritte nel seguito.
7.4.1 Traslazione verticaleLa prima categoria che analizzeremo è quella dei cedimenti fondali verticali, dovuti cioè aduna contrazione del terreno di fondazione. Le cause possono essere determinate da uncedimento spontaneo del terreno1 o dallo schiacciamento del terreno sotto carico2.
1 I cedimenti spontanei del terreno sono dovuti principalmente alla presenza d’acqua nel sottosuolo:una diminuzione del suo tenore idrometrico in una determinata zona ne provoca la contrazione equindi un abbassamento.2 In questo caso lo schiacciamento avviene a causa di un errore di calcolo: la parte della fondazioneinteressata al cedimento non è in grado di assorbire il peso ed i sovraccarichi sovrastanti e si abbassasotto carico.
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Quando il cedimento avviene in una zonainterna rispetto alla lunghezza del muro, talecedimento viene detto intermedio.
Figura 121 -- Cedimento intermedio
Chiameremo lunghi, medi o corti i cedimentiintermedi nei quali, rispettivamente, la lunghezzadel cedimento è maggiore, uguale o minore aduna volta e mezza l’altezza del muro. Le fessurehanno un andamento parabolico.
Figura 122 – Cedimento intermedio lungo, medio ecorto
Le fessure provocate dai tre tipi di cedimento intermedio sono diverse, come si è visto nellefigure, e quindi occorre ricordare che la stessa causa ha diversi tipi di effetto.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Nel caso in cui il cedimento avviene al limitedella costruzione, con le stesse cause cheprovocano il cedimento intermedio, si ha uncedimento terminale. Questo tipo di dissesto èpiù pericoloso del precedente perchédiminuiscono le possibilità di collaborazione daparte delle altre strutture rimaste in sito.
Figura 123 – Cedimento terminale
Anche in questo caso si parla di cedimentilunghi, medi o corti se la lunghezza delcedimento è maggiore, uguale o minore dellametà dell’altezza del manufatto.
Figura 124 – Cedimenti lunghi, medi e corti
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Un tipo di cedimento particolare è quello che si verifica tra edifici contigui.
Se l’edificio A in figura è affetto da un motoassoluto di traslazione verticale (dal quale èesente l’edificio B) nella superficie di contatto sistabilisce uno stato di tensione che dà luogo aduna serie di fratture che sono inclinate verso ilcedimento tanto più quanto più dalla base siproceda verso la sommità.
Figura 125 – Traslazione di edifici contigui
Quanto descritto finora ha fatto riferimento ad un muro continuo senza aperture. Nel caso diun muro “reale” avremo sicuramente finestre e porte che determinano un diverso tipo diquadro fessurativo. Si faccia riferimento alle figure seguenti per capire la differenza.
Figura 126 – Traslazione verticale intermediain un muro con aperture
Figura 127 -- Traslazione verticale terminale in unmuro con aperture
L’edificio reale si discosta dal modello costituito dal muro continuo perché le superficimurarie presentano tratti di minore resistenza dati dalle aperture.
Nel caso di fabbricati costituiti da più strutture murarie le fessurazioni causate da icedimenti fondali di traslazione subiscono delle variazioni rispetto a quelle dei muri isolativiste finora.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Infatti la connessione tra i muri longitudinali e imuri trasversali genera delle sollecitazioni ditorsione causate dal reciproco contrasto tra imuri, che tende a limitare la rotazione.
Figura 128 – Fratture tra muri interconnessi.
Nel caso di edifici a struttura intelaiata le fessurazioni che appariranno sui muri ditamponamento saranno simili a quelle che si verificano sulle pareti murarie con apertureche abbiamo appena trattato, mentre per quanto riguarda le lesioni a livello di struttura sirimanda al paragrafo "Cedimento delle strutture in cemento armato".
7.4.2 Traslazione orizzontaleLa traslazione orizzontale è frequente negli edifici con la base fondale posta a pocaprofondità su terreni argillosi. Dopo lunghi periodi di siccità questi terreni si contraggonodando luogo a fenditure verticali che, dal piano di campagna, penetrano all’internotrasmettendo il corrispondente moto alle strutture superiori.
Figura 129 – Dissesto da traslazione orizzontale
Questo tipo di lesione è caratterizzata dal fatto che ogni lembo della lesione corrispondeesattamente in orizzontale.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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7.4.3 Traslazione inclinataLa traslazione inclinata risulta dalla combinazione della traslazione verticale ed orizzontale.Il moto relativo è dovuto a perturbamenti del terreno di origine franosa che interessanoparte della base dell’impianto o, in modo difforme, la sua interezza.
Figura 130 – Dissesto da traslazione inclinata
7.4.4 RotazioneNei dissesti traslatori, insieme alla rottura iniziale,insorge la rotazione dovuta al peso della parte diedificio lesionata intorno alla sezione limite delcedimento.
Figura 131 – Dissesto da rotazione
Successivamente alla rotazione, mancandol’appoggio della fondazione alla parte centraledell’edificio, si determina un ulteriore dissesto datraslazione verticale intermedia.
Figura 132 – Dissesto da rotazione
Quella appena vista è una rotazione di tipo secondario, provocata da una traslazioneverticale.
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Talvolta il terreno può deformarsi in modo dagenerare una rotazione detta principale. Inquesto caso il terreno presenta valori dicompressibilità diversi lungo la sua superficie,oppure l’edificio è soggetto a carichi di intensitàdifferente.
Figura 133 – Dissesto da rotazione principale
Se un muro fosse soggetto a rotazione in sensotrasversale e, anziché isolato, fosse connessoad angolo o a T con un altro muro facente partedello stesso edificio, il mutuo incastro tra i duemuri impedirebbe la rotazione del muro soggettoa dissesto. Di conseguenza, si avrebbe unafessurazione come quella rappresentata infigura.
Figura 134 – Cedimento per rotazione del muro difacciata di un edificio
Infatti, se il muro dissestato non fosse collegatoal muro trasversale, esso ruoterebbe come inquesta figura, distaccandosi lungo la linea dicongiunzione.
Figura 135 -- Cedimento per rotazione del muro difacciata in un edificio con distacco del muro
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Nel caso di muri di facciata essi sono connessi,oltre che ai muri trasversali, anche ai solai dipiano e alla copertura. In questo caso le lesionisarebbero riscontrate nella posizione indicata infigura, cioè in corrispondenza degli architravidelle porte1.
Figura 136 – Fessurazione per rotazione del muro difacciata
7.5 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE MURARIE
Quelli considerati finora sono i dissesti dovuti a cedimento fondale, che provocanofessurazioni e dissesti nelle murature in elevazione.
Le murature presentano però dissesti tipici, dovuti per lo più ad insufficienza strutturale oa fatiscenza.
I dissesti interni delle masse murarie sono:
• l’assestamento• lo schiacciamento• la pressoflessione• la spinta degli archi e delle volte• relativi alle strutture orizzontali• i turbamenti d’origine vibratoria e sismica• le anomalie strutturali
Essi provocano quadri fessurativi tipici, che occorre distinguere da quelli provocati daicedimenti fondali2 per evitare di eseguire un intervento di consolidamento errato.
Inoltre, alcuni dei fenomeni accennati possono derivare da un dissesto primario3 e saràquindi necessario risalire a questo per poter ricorrere ai rimedi più adatti.
1 Con la deformazione della parete anche i vani delle porte si deformano, per tale motivo uno deisintomi di questo dissesto è quello della difficoltà di chiusura degli infissi.2 Ovviamente, possono coesistere quadri fessurativi provocati sia da cedimenti fondali che murari. Inquesto caso la diagnosi diventa molto complessa.3 Ad esempio, uno schiacciamento può innescare un dissesto a causa della spinta di una volta,dissesto che non si sarebbe altrimenti verificato.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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7.5.1 AssestamentoDurante la costruzione, a causa dell’aumento del peso, un muro subisce lievi processi ditraslazione verticale dovuti all’assestamento del terreno e dei giunti di malta.
È facile capire che l’assestamento cresce con l’altezza complessiva del fabbricato, con lospessore dei giunti di malta1, col numero di essi, col ritardo della presa e con la rapiditàcon la quale procede l’avanzamento dei lavori2.
Negli edifici con struttura intelaiata possonoapparire, a causa dell’assestamento, leggerelesioni orizzontali in corrispondenza dell’attaccotra il muro di tamponamento e la trave superiore.
Figura 137 – Lesioni in corrispondenza dell’attaccomuro-trave
1 Nell’allettare pietre o mattoni il muratore li batte con il martello (battitura) proprio per ridurre lospessore del giunto e costipare la malta, in modo da ridurre l’assestamento.2 Negli edifici multipiano conviene attendere che i giunti di malta facciano presa (circa dieci giorni,meno se si usa malta di cemento) prima di proseguire con la costruzione del piano successivo.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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7.5.2 SchiacciamentoÈ già stato detto che un solido, sottoposto a compressione assiale, subisce la contrazionenella direzione del carico e una dilatazione in senso trasversale1.
Se la dilatazione trasversale supera le capacità di resistenza del solido questo si spezzalungo superfici di frattura disposte nella direzione della compressione.
Figura 138 - Compressione e schiacciamento
Lo schiacciamento è il dissesto più pericoloso. Negli altri tipi di dissesto il sistema murariocede nella ricerca di nuovi equilibri che infine trova, nonostante sia ormai fessurato, senzanecessariamente causare crolli2.Lo schiacciamento presenta tre stadi successivi.Il primo stadio è caratterizzato dal superamento della resistenza dei giunti orizzontali dimalta. I giunti sotto carico subiscono un accorciamento verticale, come se fossero soggettia carico di punta con conseguente espulsione verso l’esterno di pellicole di tinteggio e, colprogredire della lesione, di intonaco ed infine di croste murarie superficiali.
1 Lo si può constatare comprimendo una gomma morbida tra le dita.2 Nei cedimenti fondali, per esempio, il terreno sotto carico espelle una parte dell’acqua in essopresente e, conseguentemente, accresce la sua resistenza.
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Nel secondo stadio iniziano a crearsi unaserie di fratture discontinue verticaliall’interno del muro.
Figura 139 – Secondo stadio di schiacciamento
Nel terzo stadio, infine, le fratture delsecondo stadio si unificano in fratture dinotevole estensione che separano il muroin due o più elementi verticali disconnessi.Essendo tali elementi di spessore moltominore rispetto a quello del muro, anche selo spessore totale del muro non diminuisce,esiste il pericolo di collasso per carico dipunta del singolo elemento.
Figura 140 – Terzo stadio di schiacciamento
Lo schiacciamento può essere localizzato, come nel caso di una trave di solaio appoggiataal muro, oppure diffuso, cioè provocato da un aumento del carico o da un insufficientedimensionamento.
Gli elementi strutturali che tipicamente sono sottoposti a schiacciamento sono i pilastri inmuratura e le colonne, che oltretutto non possono avvalersi della collaborazione portantedelle zone di muro contigue, non ancora toccate dal dissesto.
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7.5.3 PressoflessioneLe murature subiscono la rottura per pressoflessione prima che siano raggiunti i limiti diresistenza del materiale allo schiacciamento. Questo è dovuto al fatto che la flessione sisomma alla compressione semplice generando in una parte della sezione una sollecitazionedi entità superiore.
La pressoflessione si instaura quando l’elemento strutturale è snello (soggetto quindi acarico di punta) oppure quando l’azione di compressione non è centrata rispetto allasezione del muro.
La pressoflessione si instaura quandol’elemento strutturale è snello (soggettoquindi a carico di punta) oppure quandol’azione di compressione non è centratarispetto alla sezione del muro.
Figura 141 - Pressoflessione
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Il carico di punta agisce quando il rapportotra l’altezza e lo spessore di un muro (o diun pilastro, o di una colonna) supera un certolimite1, ed è aggravato dalla cattivaesecuzione, dall’impiego di malte scadentie dal difettoso collegamento trasversale tragli elementi costituenti2 (pietra o mattoni).
Figura 142 – Muratura “a sacco” dovel’accuratezza di costruzione è limitata allesuperfici esterne
1 Il calcolo dei questo limite è di difficile esecuzione: di massima, le strutture murarie devono avereuna altezza non superiore a 15 volte lo spessore.2 Per esempio, specialmente nei muri in pietra di vecchia esecuzione, il muratore può aver curato conriguardo i paramenti esterni del muro riempendo con pezzi informi e frammentari il nucleo interno,usando poca malta (nel passato molto costosa e difficile da reperire).
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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APPROFONDIMENTO
Se un muro compatto resiste ad una certaazione di compressione, un muro di parispessore ma diviso in due lungo la sualunghezza resiste ad un carico pari ad 1/4,mentre se è diviso in tre resiste ad appena1/9. Questo spiega il collasso di un murosottoposto a schiacciamento, perché lelesioni interne tendono a formare muri dispessore minore del muro originario.
Nella pressoflessione, il carico massimo incondizioni di snellezza è espresso dallaformula di Eulero (PE è il carico critico diEulero):
PE = π2/4 · EJ/l2
7.5.4 Spinta di archi e volteUn arco od una volta in muratura dovrebberoessere realizzate in modo che la loro spintaverso l’esterno sia tale da non danneggiare lacostruzione. Tuttavia, a causa di unavariazione di forma o di un aumento deicarichi sovrastanti, gli archi, le volte e irelativi piedritti1 possono dissestarsi.
Figura 143 – Spinta di archi e volte
1 I piedritti sono le strutture verticali a sostegno dell’arco.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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La diminuita capacità di resistere agli sforzi di compressione, sia della volta che dei piedritti,è generata dalla fatiscenza: il materiale murario e particolarmente le malte subisconol’azione disgregatrice del tempo.
Le variazioni di forma sono in genereprodotte da una spinta eccessiva suipiedritti, che determina una lorodivaricazione e un abbassamento inchiave della volta o dell’arco oppure da uncedimento dei piedritti che, a sua volta, puòessere causato da schiacciamento o dadissesto delle fondazioni1.
Figura 144 – Variazioni di forma delle volte
La variazione di carichi può derivare da eccessivi sovraccarichi2, da lavori ditrasformazione interna o da sopralzi che inducono carichi non previsti nelle strutture voltateo nei piedritti preesistenti.
I dissesti prodotti nelle strutture murarie sono:
• lo “spanciamento” del piedritto e dellamuratura sovrastante, non simmetricorispetto al centro di spinta, in cui la partesuperiore è più estesa quanto più i pianisono alti e l’azione di ritegno dei solaiinefficace.
Figura 145 - Spanciamento
1 Rotazione, traslazione verticale, orizzontale o inclinata.2 Per variazione di destinazione dei locali, o per la realizzazione di tramezzature pesanti.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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• la frattura degli archi o delle volte,localizzate in corrispondenza dellasezione di chiave e alle reni1. Ciò valesia per gli archi a tutto sesto che per gliarchi a sesto ribassato o a sesto acuto.
Figura 146 - Frattura
7.5.5 Strutture orizzontaliLe strutture orizzontali, destinate alla divisione dei piani, possono essere piane o ad arco;costituite cioè da solai o da volte. Fra tutte le strutture esse sono le più delicate e le piùsuscettibili di degradazione con l’uso e col tempo, perché oltre ad essere soggette aturbamenti propri risentono dei cedimenti delle strutture murarie verticali che ne costituisconol’appoggio.
Nei vecchi edifici di abitazione ci si trova quasi sempre di fronte a solai realizzati con sezioniinsufficienti delle travi le quali, indebolite anche dalla fatiscenza, presentano deformazioninotevoli, con conseguente imbarcamento dei pavimenti.
Le lesioni che denunciano un dissesto dei solai sono in genere localizzate in corrispondenzadella mezzeria e presentano un andamento parallelo od ortogonale ai travetti, a seconda deltipo di solaio.
A causa di una eccessiva deformazione deisolai, dovuta ad un errata costruzione o ad uneccesso di carico, è frequente la lesione deitramezzi ad esso appoggiati, con fratture adandamento parabolico, completo o parziale.
Figura 147 – Lesione da deformazione del solaio
Le coperture a tetto realizzate in legname sono spesso soggette a pericolose inflessioni.Per questo motivo è necessario ispezionare periodicamente le strutture lignee di copertura,al fine di verificarne la solidità.
1 Le reni dell’arco sono localizzate in corrispondenza dell’angolo di 30° formato da una sezionenormale all’arco rispetto all’orizzontale.
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7.5.6 Fenomeni vibratori - SismaI fenomeni vibratori, molto lesivi per le strutture murarie, sono originati dal trafficostradale1, dal vento, dalla presenza di macchinari e, ovviamente, dal terremoto.
Le sollecitazioni vibratorie si distinguono tra loro per intensità (ampiezza) e rapidità divibrazione (periodo di vibrazione). Le vibrazioni da traffico sono di piccola ampiezza e diperiodo breve, mentre le azioni sismiche hanno una ampiezza molto maggiore ed unperiodo più lungo.
Le azioni sono generalmente orizzontali2. Per quanto riguarda i muri verticali, essi possonoessere sollecitati perpendicolarmente o longitudinalmente rispetto al loro piano, secondola direzione del moto vibratorio.
Le pareti sollecitate perpendicolarmente sonoindotte ad oscillare intorno ai punti fermicostituiti dagli orizzontamenti, per poi tornarealla loro forma originale.
Figura 148 – Oscillazione
Questo tipo di sollecitazione non è particolarmente gravosa per la struttura, se è in buonecondizioni e riesce quindi a sopportare una piccola flessione senza innescare fenomeni dipressoflessione o carico di punta.
1 Specie se su ferro: metropolitana, tram.2 A parte il vento, che è una pressione, le altre azioni vibratorie agiscono sulla struttura nondirettamente, ma attraverso il movimento del terreno di fondazione sul quale l’edificio è appoggiato(un castello di carte viene sollecitato in questo modo quando il tavolo viene fatto vibrare).
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Le pareti che vengono maggiormentesollecitate dai moti vibratori sono però quelleparallele alla direzione del moto del terreno,perché devono essere in grado di assorbire ilmoto delle pareti ortogonali e soprattutto deisolai.
Figura 149 – Sollecitazioni sismiche
Sottoposte a queste sollecitazioni, le paretilongitudinali si fessurano con lesioni adandamento diagonale, inclinate di circa 45°.
Figura 150 – Lesioni da sisma
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Quando il moto del terreno s’inverteappaiono lesioni opposte alle precedenti,determinando le caratteristiche fessurazioni ”acroce di S. Andrea” sulla facciata, tipichedegli edifici danneggiati dal sisma.
Figura 151 - Fessurazioni "a croce di S.Andrea"
APPROFONDIMENTO
Foto di lesione “a croce di S.Andrea” in un edificio danneggiato dal sisma.
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Se i solai sono costituiti da travi di legnosemplicemente incastrate nella muratura èpossibile che la parete di appoggio sia“punzonata” dalle travi stesse che, sottoposteall’azione sismica, agiscono come un arietesulla struttura. Più dannosa ancora è l’azioneesercitata sulla struttura muraria dalle travi dicopertura.
Figura 152 – Lesioni da sisma
Come già detto, le azioni vibranti sono di tipoinerziale, si concentrano cioè dove èconcentrata la massa. È quindi un graveerrore pensare, ristrutturando un vecchioedificio in muratura, che sia più solido un tettopesante in cemento armato, perché “tieneinsieme” la muratura.
Se questo può essere vero in condizioninormali, in caso di terremoto risultaestremamente dannoso, perché l’azionesismica1 si concentrerebbe sulla coperturadanneggiando seriamente la muraturasottostante
Figura 153 – Azione sismica concentrata sullacopertura
Infine, il terreno di fondazione sottoposto ad una vibrazione può essere – a seconda dellasua natura - soggetto a costipamenti o a smottamenti che influiscono sulle strutturesovrastanti sotto forma di cedimenti fondali, provocando i dissesti conseguenti.
1 Proporzionale al peso, e quindi più elevata per una struttura in cemento armato che per una strutturaleggera in legno.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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7.5.7 Anomalie strutturaliPer concludere la parte riguardante i dissestinegli edifici in muratura bisogna sottolinearecome nella realtà, soprattutto per gli edifici divecchia o vecchissima costruzione, lestrutture murarie non siano omogenee, mavariamente affette da anomalie.
Tali anomalie possono dipendere da lavorieseguiti in fasi successive alla costruzione eche spesso non sono stati ispirati da sanicriteri tecnici o costruttivi. Altrimenti, ci si trovadi fronte a strutture originali che però sonostate realizzate con materiali scadenti o inmodo tecnicamente errato.
Figura 154 – Evidente distacco di un muro di spinadal muro perimetrale, dovuto ad un mancatoammorsamento murario.
L’elenco delle possibile anomalie che ci si può trovare di fronte sarebbe lunghissimo. Vasolo ricordato che la diagnosi dei dissesti è più facile da eseguire per le strutture murarieesenti da difetti, perché le lesioni si avvicinano di più, in assenza di anomalie, a quelleteoriche che sono state descritte finora.
7.6 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO
Le strutture intelaiate di cemento armato sono oggi quelle maggiormente impiegate per lacostruzione di edifici sia civili che industriali. La realizzazione di opere in cemento armato èoggi più conveniente rispetto al passato per l’aumento dei costi di manodopera cheincidono sempre di più sulla realizzazione di murature o di strutture in legno.
Inoltre, è convinzione comune che l’utilizzo del cemento armato renda la costruzione “piùsolida” o “più moderna”, e purtroppo questa linea di pensiero è spesso seguita anche daicostruttori e dai progettisti nella costruzione anche di piccoli edifici1.Anche negli interventi di ripristino di vecchi fabbricati in muratura è consueto l’usoindiscriminato del cemento, oltre che per la realizzazione di opere in cemento armatospesso inutili o addirittura dannose, anche per la sigillatura dei giunti delle murature.
Tuttavia, una struttura di cemento armato è quasi sempre più efficace in termini resistenzain caso di dissesto, anche se in alcuni casi il cedimento avviene senza preavviso1.
1 Spesso il ricorso ad una struttura intelaiata per la costruzione di piccoli edifici in luogo della muraturaè tecnicamente superfluo, anche se ci si trova in zona sismica. Il risultato è che si finisce colrisparmiare sulla qualità e sullo spessore della muratura di tamponamento a discapito, tra l’altro,delle caratteristiche di isolamento termico e acustico.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Volendo effettuare una casistica dei quadri fessurativi nelle strutture di cemento armato sipossono classificare come dissesti di tipo lieve quelli che si limitano a fessurazionisuperficiali e che possono arrivare al distacco del calcestruzzo in corrispondenza dellebarre di armatura, con armature integre.
Quando si verifica, soprattutto in seguito ad un sisma, la rottura del nucleo di calcestruzzo2
dei pilastri o delle travi, o la deformazione delle barre di armatura ci si trova di fronte adissesti di tipo grave, che necessitano di un intervento immediato e dello sgomberodell’edificio.
APPROFONDIMENTO
La crisi di una singola trave coinvolge solo sestessa ed i carichi agenti, mentre la crisi di unsingolo pilastro coinvolge tutti i pilastrisovrastanti e le travi ad essi collegati.
1 Il cedimento di un singolo pilastro può portare al crollo dell’intera struttura, diversamente dalcedimento di una parte di struttura muraria che può risolversi con il crollo della sola parte dissestata.2 Si chiama nucleo la parte della struttura in cemento armato contenuta all’interno della gabbia diarmatura.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
120
7.6.1 Ritiro e variazioni termicheNon si tratta di un vero e proprio cedimento, ma può apparire come tale: il ritiro è unfenomeno che si instaura nel calcestruzzo durante la fase di stagionatura1, allorché ilmateriale subisce una contrazione del volume se esposto all’aria, o una dilatazione seimmerso in acqua. Questo fenomeno si assesta definitivamente solo dopo circa quattro annidal getto2.
Il ritiro provoca una serie di fessure chepossono essere confuse con lesioni di diversanatura ma non è dannoso per le strutture, aparte per il fatto che le fessure da ritiropossono causare l’aggressione da parte dellaruggine delle armature metalliche3.
Figura 155 –Fratture da ritiro causate da unarchitrave di calcestruzzo.
Va comunque osservato che, in presenza di armatura metallica, il fenomeno ènotevolmente ridotto. Inoltre, bagnando in modo abbondante e continuo la superficie delgetto si possono ulteriormente ridurne gli effetti.
1 È la fase che segue a quella della presa, durante la quale il calcestruzzo sviluppa le suecaratteristiche meccaniche.2 La gran parte del ritiro avviene comunque durante le prime settimane, per poi progredire semprepiù lentamente. Il periodo di quattro anni è quindi più che altro indicativo della natura di lunga duratadel fenomeno.3 Normalmente, le armature metalliche sono protette dagli agenti ossidanti (umidità, acqua) da unostrato di calcestruzzo dello spessore di almeno 2,5 cm detto copriferro. Le fessure, da ritiro o peraltra causa, permettono agli agenti ossidanti di superare il copriferro e di aggredire l’armatura.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
121
7.6.2 Cedimenti fondali
Nella traslazione verticale terminale estesaad uno o più pilastri, le fratture sonolocalizzate in corrispondenza dell’attaccodelle travi con i pilastri interessati alcedimento e con i pilastri immediatamentesuccessivi, rimasti in sede. Appaiono quadrifessurativi nelle murature di tamponamentocon andamento parabolico simili a quelli chesi verificano per le strutture murarie.
Figura 156 – Cedimento fondale terminale
Nella traslazione verticale intermedia lefessure si stabiliscono con gli stessi caratteridel cedimento terminale ma con disposizionesimmetrica.
Figura 157 – Cedimento fondale intermedio
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Nella traslazione inclinata, dovuta per lo più amoti franosi sotto il piede di fondazione, lefratture iniziali hanno inizialmente lecaratteristiche della traslazione verticale che simodificano successivamente per l’effetto dellacomponente orizzontale della traslazione.
Figura 158 – Cedimento fondale inclinato
7.6.3 Insufficienze statiche o costruttive
In caso di flessione, una trave di cementoarmato isolata è tesa in corrispondenza dellasua mezzeria, nella parte bassa. Sel’armatura è insufficiente appaiono in quelpunto fratture verticali perché l’armatura,sottoposta a trazione, si allungaeccessivamente ed il calcestruzzo non è piùin grado di seguirla. Figura 159 – Fessure da flessione – trave
isolata
Se la trave è continua, ovvero prosegue suun’altra campata, si presenteranno fessureanche nella parte alta, in corrispondenzadell’appoggio centrale. Infatti una travecontinua è sottoposta a trazione anche in quelpunto.
Figura 160 – Fessure da flessione – travecontinua
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
123
Se invece della flessione eccessiva agisce untaglio che superi la capacità di resistenza dellatrave, le fratture sono orientate di 45° eappaiono in corrispondenza degli appoggi.
Figura 161 – Fessure da taglio
Le fratture da schiacciamento dei pilastri incemento armato sono rare ma moltopericolose, perché determinano dei processidistruttivi così veloci da rendere difficile, senon impossibile, un intervento di recupero.
Figura 162 – Dissesto da schiacciamento in unpilastro
In caso di sisma, è facile che un pilastro nonadeguatamente progettato presenti fessuredovute ad un momento flettente nonprevisto. Infatti il terremoto provoca unaflessione nei pilastri che invece sidimensionano normalmente per sopportareuna azione di compressione pura1.
Figura 163 - Lesioni da flessione sui pilastri
1 Le murature di tamponamento aiutano i pilastri a resistere ad una sollecitazione di tipo sismico. Nonè raro il crollo del solo piano pilotis (piano terreno costituito dai soli pilastri), senza distruzione dellastruttura sovrastante.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
124
Le insufficienze costruttive sono determinate da uno strato di calcestruzzo troppo sottilea protezione del ferro di armatura o da un cattivo confezionamento del calcestruzzo chepresenta al suo interno o in superficie bolle d’aria o “nidi di ghiaia”, cioè volumi di inertecon poco contenuto di cemento.
In questi casi il principale pericolo èl’ossidazione dell’armatura metallica, allaquale segue il distacco del calcestruzzointorno ad essa1. Le lesioni risultanti nonvanno confuse con quelle, ben piùpericolose, dovute allo schiacciamento.
Figura 164 – Lesioni da ossidazione sui pilastri
7.7 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO E IN LEGNO
Nelle strutture in acciaio sono frequenti casi di inosservanza delle norme di progettazione epuò accadere che gli elementi strutturali realizzati siano insufficienti. È chiaro chel’incendio rappresenta una causa di dissesto di principale importanza nelle strutturemetalliche
I dissesti strutturali sono di facile rilevazione, perché si tratta di un materiale omogeneoche, a differenza della muratura, del cemento armato e del legno, non “nasconde” lemanifestazioni del dissesto che è di carattere puramente deformativo2.
Anche nelle strutture in legno il fuoco è una causa di dissesto molto importante, insiemeall’azione del tempo che deteriora il materiale più rapidamente di tutti gli altri materialifinora considerati.
I dissesti nelle travi in legno si localizzano principalmente in corrispondenza dei nodi diattacco con la struttura portante, dove il materiale tende a deteriorarsi più rapidamente. Incorrispondenza del momento flettente massimo, cioè in mezzeria, è facile che si instaurinoi primi cedimenti del materiale, dovuti a vetustà o ad eccesso di carico.
Le cause di dissesto per le strutture in acciaio o in legno sono le stesse che abbiamoconsiderato per gli edifici a struttura intelaiata in cemento armato.
1 L’ossidazione del ferro è infatti accompagnata da un aumento di volume che provoca l’espulsionedel calcestruzzo.2 L’acciaio è un materiale che non presenta fessurazioni.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
125
7.8 METODI DIAGNOSTICI – RIEPILOGO DEI DISSESTI
Trovandosi di fronte un edificio da sottoporre a verifica, occorre innanzitutto rilevare lelesioni presenti, non limitandosi ad osservazioni localizzate nella zona del dissesto maestendendo l’analisi a tutto il fabbricato. Va inoltre osservato se nelle immediate vicinanzeesistono (o sono esistiti) dissesti analoghi, per ottenere informazioni aggiuntive chepotrebbero essere utili alla diagnosi
Nella ricerca delle relazioni tra lesioni e dissesti si seguirà un metodo deduttivo checonsiste nel considerare i dissesti ai quali possono essere soggetti i vari elementi strutturaliper determinare le corrispondenti caratteristiche deformative e fessurative. In questomodo sarà possibile definire alcuni quadri elementari di dissesto che, opportunamentecombinati tra loro, siano capaci di fornire una serie di modelli da applicare ai casi reali.
In conclusione, risolto il problema fondamentale:
NATURA DEL DISSESTO STATICO LESIONE
sarà agevole risolvere il problema inverso:
LESIONE DISSESTO STATICO
e quindi applicare il consolidamento appropriato.
Figura 165 – Dissesto teorico messo aconfronto con un dissesto reale
Nella realtà, questo procedimento è complicato dalla presenza di discontinuità strutturalinon evidenti, che deviano o aggravano le fessurazioni dovute al dissesto. Inoltre lasovrapposizione di effetti derivati da più dissesti non associati tra loro1 rende la diagnosiestremamente difficile.
1 Come già detto, alcuni dissesti derivano da altri. Per esempio, la spinta di una volta può causarepressoflessione e schiacciamento sul piedritto.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
126
Per favorire l’analisi, sarà utile fare riferimento agli schemi che seguono, dove sono riassuntele tipologie di dissesto più frequenti.
Tabella riepilogativa dei quadri fessurativi degli edifici con muratura portante
Lesioni riscontrabili nella costruzione Cause generatrici
Muratura portante senza aperture conlesioni aventi un andamento variabile daorizzontale in verticale passando dallabase alla sommità dell'edificio, localizzatesu una fascia verticale.
Cedimento dell'estremità dellafondazione situata oltre la zonalesionata.
Muratura portante con lesioni inclinatelocalizzate su una fascia verticale incorrispondenza delle aperture, cioè nellezone di minor resistenza.
Muratura portante con lesioni inclinatelocalizzate su due fasce verticali inprossimità delle aperture e nelle zone diminor resistenza.
Cedimento verticale di un trattointermedio della fondazione.
Lesioni verticali situate in corrispondenzadelle zone di muratura portante a livellodelle aperture.
Schiacciamento della muratura.
Lesioni verticali localizzate su una fasciaverticale ad una estremità della facciata inmuratura portante.
Rotazione intorno ad un asseorizzontale.
Lesioni di forma curva con la convessitàrivolta verso la superficie oppostaall'elemento che spinge situate sullamuratura portante comune a due edificiaventi solai quote diverse.
Ritiro e variazione ditemperatura.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
127
Tabella riepilogativa dei quadri fessurativi degli edifici con struttura portante in cementoarmato
Lesioni riscontrabili nellacostruzione
Cause generatrici
Trave di C.A. con lesioniverticali ravvicinate disposteall'intradosso in mezzeria eall'estradosso in vicinanza degliappoggi.
Sforzi di flessione eccessivi.
Trave di C.A. con lesioniinclinate di 45° in vicinanzadegli appoggi.
Sforzi di taglio e flessioneeccessivi.
Lesioni nelle pareti aventiandamento di paraboleconvergenti verso il pilastro cheha subito il cedimento.
Cedimento verticale di unpilastro.
Apertura delle staffe di unpilastro di C.A. con espulsionedel copriferro.
Schiacciamento di un pilastro.
Espulsione del copriferro incorrispondenza degli spigoli ditravi e pilastri di C.A.
Ossidazione delle armaturemetalliche.
Rottura di pareti interne conandamento a 45°.
Azione del peso della pareteconcentrata su un travetto delsolaio. In assenza di rompitrattatrasversali tale travetto nonriceve collaborazione da quelliadiacenti e subisce una frecciadi inflessione che genera lalesione della parete.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
128
Una considerazione a parte va fatta per la valutazione dei dissesti conseguenti ad un sisma.
In questo caso si cercherà innanzitutto di valutare la possibilità che un edificio possa essereagibile1, che non abbia cioè riportato danni gravi alle strutture. Inoltre, occorrerà stabilire sela sua configurazione strutturale, che può essere mutata a seguito delle lesioni, siacompatibile con i criteri di sicurezza.
Ci si dovrà infine accertare che nelle vicinanze non possano verificarsi crolli di altri edificiche potrebbero coinvolgere la costruzione esaminata.
7.9 INSTABILITÀ DI PENDII E SCARPATE
Nelle linee generali le cause dei movimenti franosi sono costituite da tutte le azioni cheturbano gli equilibri naturali provocando lo spostamento della masse di terreno sotto la spintadella gravità.
In particolare, l’equilibrio può essere turbato da:
• aumento del peso specifico;• aumento dell’inclinazione del pendio;• aumento di carico;• diminuzione della coesione;• vibrazioni di natura sismica.
L’aumento di peso specifico è dovuto all’aumento della quantità d’acqua contenuta nelterreno; a titolo di esempio, una sabbia grossolana asciutta del peso in volume di 1,4tonnellate/mc può aumentare il suo peso fino a 1,7 T/mc se bagnata.
Figura 166 – Durante un nubifragio, l’aumento di pesospecifico del terreno può provocare una frana
1 Per essere agibile, l’edificio deve garantire la sua stabilità anche nel caso che si ripeta un eventosismico di intensità almeno uguale a quello che lo ha lesionato. Si rammenti che in molti casi lescosse “di assestamento” sono di grado simile a quelle del terremoto “principale”.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
129
L’aumento dell’inclinazione si verificasoprattutto per effetto dell’erosione al piededel pendio, operata dalle acque diruscellamento, dall’azione erosiva delle ondemarine, dell’acqua di deflusso di un canale oda lavori di sbancamento. Anche ladeforestazione ha come conseguenzal’aumento dell’inclinazione del pendio, perchéfavorisce il deflusso delle acque superficiali. Figura 167 – L’erosione causata dallo
scorrimento dell’acqua determina il franamentodell’argine in un canale
La frana per aumento di carico si verificaquando si sovrappongono carichi eccessivi amonte del pendio. Tali carichi possono esserecostituiti sia da discariche di terreno od altromateriale, sia da edifici che, insistendo sulcuneo di spinta, provocano il franamento delpendio.
Figura 168 – Frana causata dall’aumento delcarico
La diminuzione della coesione si verificaprevalentemente nei terreni rocciosi a causadall’azione delle acque. Infatti l’umidità puòridurre la forza dei legami che uniscono glielementi del terreno, diminuendodrasticamente il valore dell’angolo di attritointerno. Lo stesso fenomeno si verifica comeeffetto della deforestazione, infatti le radicidelle piante legano il terreno aumentandone difatto la coesione. Figura 169 – Frana di un pendio roccioso
causata dalla solubilizzazione dell’argilla checementa tra loro gli elementi del terreno
Le vibrazioni causate dal sisma o da altra causa (esplosioni, traffico di mezzi pesanti)aumentano bruscamente le tensioni di taglio lungo potenziali superfici di scorrimento, cioèdelle forze che tendono a far scivolare tra loro gli strati di terreno.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
130
APPROFONDIMENTO
Nei materiali coerenti l’acqua ha un minimo effetto destabilizzante, limitato alla dissoluzionedel cemento (quando esso è solubile) che lega le particelle.
In quelli incoerenti, invece, ha diversi effetti secondo il valore di saturazione di acqua nelterreno: se l’acqua è presente in piccole quantità crea un sottilissimo velo intorno alleparticelle che aumenta di fatto la coesione. Questo tipo di coesione, dovuta a forze di tipoelettrostatico, è detta apparente ed è quella che permette per esempio di costruire i castellidi sabbia.
Nel caso in cui si passi alla completa saturazione del terreno, cioè al completo riempimentodegli spazi tra le particelle, l’acqua elimina completamente la coesione apparente e riducesensibilmente la resistenza per attrito. Il motivo di ciò è dovuto al fatto che l’acqua fa“galleggiare” le particelle l’una rispetto all’altra: la mancanza di contatto reciproco annullal’attrito. Inoltre, l’acqua si muove verso valle, trascinando le particelle nel suo moto.
7.10 DISSESTI NEGLI ARGINI
I problemi statici nelle opere di arginatura in generale sono molto diffusi. Le cause sono daricercare nell’insufficiente conoscenza dei terreni impiegati o nelle eccessive escursioni dilivello nell’acqua convogliata.
La tracimazione, che si può verificare in caso di piena, investe il versante esternodell’argine che, essendo privo di rivestimento o di protezione, può essere seriamentedanneggiato.
Un altro motivo che può causare la tracimazione èl’aumento di scabrosità delle superfici dell’argine acontatto con l’acqua, dovuto a mancanza dimanutenzione, che provoca l’aumento del livello delleacque.
Figura 170 Aumento di livello dell'acqua dovuto a mancanzadi manutenzione degli argini
Un’altra causa di dissesto è il fontanazzo, ovvero una via d’acqua interna all’argine cheprogressivamente si allarga a causa del trascinamento delle particelle di terreno e checausa una falla nell’argine.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
131
8. CONSOLIDAMENTI
8.1 GENERALITÀ
Eseguita l’analisi dei dissesti, si procede allo studio delle opere di consolidamentonecessarie per garantire le condizioni di sicurezza e stabilità.
I consolidamenti possono essere provvisori o definitivi: i primi servono a garantirecondizioni transitorie di sicurezza1, mentre i secondi hanno lo scopo di ripristinaredefinitivamente la struttura lesionata, restituendole le caratteristiche statiche previste dellenorme.
La necessità di eseguire interventi provvisori è particolarmente significativa in caso diterremoto o di altro evento catastrofico. In questi casi la prima esigenza è quella diintervenire rapidamente, ancora prima di avere le attrezzature necessarie per larealizzazione di interventi più drastici che possono essere sia demolizioni checonsolidamenti. È evidente che, con i materiali che si possono reperire con rapidità, non sipossano realizzare che semplici puntellature atte ad evitare il crollo di parti di edificiopericolanti.
I principi da seguire per l’esecuzione di un corretto consolidamento sono:
• scelta di materiali idonei e di buona qualità;
• scelta di maestranze capaci e responsabili;
• permanenza, durante i lavori, di un assistente fidato;
• chiusura del cantiere ed eventuale sgombero dei locali, quando i dissesti siano gravi;
• predisposizione di un accurato piano dei lavori (coordinato con il piano di sicurezza,quando prescritto);
• esecuzione di accertamenti supplementari, durante l’esecuzione dei lavori, perverificare la correttezza dell’intervento ed adottare eventuali modifiche2.
1 Anche in fase di costruzione, vengono usati puntelli per sostenere le casseforme durante il gettodi calcestruzzo e per tutta la fase di presa ed indurimento.2 Non bisogna temere di ritornare sui propri passi quando ci si accorge di avere intrapreso una stradascorretta. Nel campo della valutazione dei dissesti succede spesso di arrivare a conclusioni vere soloin parte, soprattutto se non si ha avuto la possibilità di eseguire verifiche accurate. Durantel’esecuzione dei lavori di consolidamento si ha occasione di esplorare più a fondo il problema perchéspesso vengono demolite – previa puntellatura – parti strutturali che nascondevano altri dissesti.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
132
8.2 PUNTELLI
I puntelli sono elementi strutturali sollecitati acompressione assiale, destinati all’appoggioprovvisorio delle strutture degradate.Possono assolvere una funzione di sostegno(quando assorbono azioni verticali), di ritegno(quando assorbono azioni orizzontali) oentrambe.
Figura 171 – Puntello di sostegno, di ritegno emisto
I puntelli possono essere costruiti in legno, ferro, cemento armato e, raramente, inmuratura1. In ogni caso, essendo piuttosto elevata l’azione di compressione assiale allaquale verrà sottoposto, il puntello dovrà essere dimensionato in modo da non inflettersi percarico di punta.
1 È frequente, nelle città medioevali, imbattersi in “ponti” che collegano due edifici adiacenti. Talistrutture sono ritegni in muratura che puntellano una delle due facciate, soggetta ad inflessione.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
133
Per questo motivo, i puntelli molto lunghivengono realizzati con una strutturareticolare, costituita da maglie triangolariindeformabili.
Figura 172 – Puntello reticolare in legno
Inoltre, le sue estremità (la testa ed il piede) dovranno essere in grado di trasferire senzasollecitazioni eccessive i carichi dalla struttura al puntello e dal puntello al terreno.
Al piede è necessario offrire una sede di fondazione ampia, capace di abbassare quanto piùpossibile i carichi unitari sul terreno per renderne trascurabili le deformazioni, che“allenterebbero” il puntello, rendendolo inefficace.
In relazione ai compiti che devono assolvere, i puntelli possono essere classificati comepuntelli alle grandi masse, alle piccole masse o alle masse locali.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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I puntelli alle grandi masse1 sono taliquando servono da sostegno per elementistrutturali indispensabili al sostegno dell’interoedificio, come facciate o volte.
Figura 173 – Puntello alle grandi masse
1 È da evitare, in questo caso, l’uso del legno in quanto questo materiale è soggetto a variazioni dilunghezza in funzione dell’umidità.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
135
Contro i moti di masse murarie limitate, siadottano invece i puntelli alle piccolemasse, tra i quali molto importanti sono lesbadacchiature delle porte e delle finestre.
Figura 174 – Sbadacchiatura in legno
I puntelli alle masse locali sono infine piccole strutture utili a garantire la continuità dellavoro di consolidamento durante le sospensioni del lavoro stesso.
APPROFONDIMENTO
Spesso le sbadacchiature sono realizzate in muratura e riempiono del tutto o in parte il vanointeressato al consolidamento.
Nell’esempio in figura si utilizza un nucleomurario ed un puntello di sostegno e ritegnoper scaricare completamente un pilastromurario che sarà successivamente demolito ericostruito. Alla fine dei lavori saranno rimossisia il puntello che il nucleo murario.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
136
8.3 ESEMPI DI PUNTELLATURE
Nella realizzazione delle puntellature si deve operare con cautela e non forzare sulla partelesionata, disponendo i puntelli nel punto voluto, serrandoli gradualmente con dei cuneicontrapposti fino a toccare la struttura, senza spingere su si essa.
Per agire con correttezza occorre tener presente alcuni principi generali:
• scelta di materiali idonei e di buona qualità;
• realizzazione di puntellature ben assicurate sia al piede che alla testa;
• diffusione delle puntellature in modo da non agire solo su un punto della struttura;
• disposizione delle puntellature lungo le due direzioni principali dell’edificio, in modo dacontenere tutti i possibili spostamenti della struttura;
• controventamento dei puntelli molto lunghi rispetto alla loro sezione, per evitarefenomeni di instabilità per carico di punta.
Infine, se un edificio pericolante è circondato da edifici che sono ancora in buone condizionistatiche si può ricorrere a puntellature di ritegno orizzontali, che collegano gli edifici sani aquello dissestato rendendoli collaboranti.
Vediamo ora alcuni esempi di puntellamenti.
8.3.1 Puntellamento di una piattabandaNell’esempio in figura si ha una piattabandalesionata: il puntellamento viene realizzato conuna tavola posta sotto la piattabanda, sorrettada un ritto, posato su una tavola (nondirettamente sul pavimento) e serrato allapiattabanda con una doppia coppia di cunei.Due sbadacchi orizzontali, appoggiati a tavoleverticali e serrati da cunei, servono amantenere la stabilità dei muri che possonoaver risentito delle cause che hanno prodottole lesioni sulla piattabanda.
Figura 175 - Puntellamento di piattabanda.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
137
8.3.2 Puntellamento di un arcoNel caso di una lesione di un arco, come infigura, si realizza un puntellamento generale araggiera, in modo da sorreggere tutta lasuperficie dell'intradosso. Anche in questocaso si usano dei doppi cunei per ilposizionamento dei puntelli.
Figura 176 - Puntellamento di un arco.
8.3.3 Puntellamento di un muro esternoDovendo sostenere un muro pericolante sipuò realizzare un puntellamento come infigura, con una prima serie di legni robustiposti a 45° ed una seconda a 60°, appoggiatipiù in alto della zona in pericolo, concollegamenti tra le due serie. Queste travi nonvengono appoggiate, in genere, direttamentesulla muratura, ma su tavole fatte aderire almuro, sulle quale sono fissati dei mensolottiper contrastare la spinta dei puntelli.
Analogamente l'appoggio sul terreno non vienefatto direttamente, ma su una trave che va dalmuro fino ad un picchettone infisso nel terreno
Figura 177 - Puntellamento di un muro esterno.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
138
Quando si tratti di un'intera facciata occorreràincastellare le masse murarie attraverso leaperture, inquadrate da sbadacchiature,collegate alla puntellatura esterna.
Figura 178 - Puntellamento di una facciata.
8.3.4 Puntellamento di opere in cemento armatoNelle opere di consolidamento di strutture in cemento armato, è necessario predisporre unapuntellatura capace di sostenere il peso della struttura da consolidare.
Se si tratta di una nervatura occorre liberarladal carico della soletta mediante due travi sottoascella, affidate a ritti ben solidi.
Figura 179 - Puntellamento di una nervatura
.
Se si tratta di pilastri occorre sgravarli dalcarico, trasferendolo a delle stilate laterali,realizzate in legname forte o in muratura o incemento armato.
Figura 180 - Puntellamento di pilastri.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
139
Se si trattasse del consolidamento del solopilastro basale, possono bastare dei puntelliprovvisori in cemento armato o in legnameforte, convergenti verso l'alto in un puntodell'asse del pilastro da consolidare.
Occorrerà naturalmente un puntello perciascuno dei travi primari e secondari checoncorrono sul pilastro.
Figura 181 - Puntellamento del pilastro basale.
8.3.5 Errori nella realizzazione di puntellatureA conclusione di questo paragrafo vediamo alcuni esempi di possibili errori da evitare nellarealizzazione delle puntellature, per non comprometterne l'efficacia.
Nella realizzazione delle puntellature dicontroventamento si devono evitare i dueerrori riportati nelle figure:
- nel primo caso la controventatura noncostituisce un controventamento spaziale
Figura 182 - Controventamento inefficace
- nel secondo caso l'azione di puntellamento èsquilibrata e si concentra su un solo lato.
Figura 183 - Controventamento non distribuito
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Nel caso di controventamento interno,questo deve essere esteso a tutti i piani,altrimenti risulta inefficace, come quellorappresentato in figura.
Figura 184 - Controventamento interno inefficace
Per il controventamento di una portanelle figure sono riportati, oltre allasoluzione corretta, due possibili errori:nel primo caso il puntello appoggia soloin un punto; nel secondo la puntellaturaspinge sui muri laterali.Figura 185 - Soluzioni per ilcontroventamento di una porta
ERRATI CORRETTO
Un possibile errore (tutti i puntelliconvergono in un unico punto) nellapuntellatura di un arco è mostrato nellafigura, accanto ad una soluzione corretta
Figura 186 - Soluzioni per la puntellatura diun arco
ERRATO CORRETTO
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
141
8.4 TIRANTI
I tiranti, generalmente metallici, hanno grande efficacia nel consolidamento statico sia comeorgani provvisori che, più frequentemente, come organi permanenti di presidio nei vari casidi fatiscenza muraria.
I tiranti sono utili per stabilizzare deformazionimurarie derivanti da inflessione dellemurature di facciata, o per eliminare la spintadi archi e volte lesionate.
Figura 187 – Disposizione dei tiranti per contrastarela deformazione di un muro soggetto apressoflessione
Gli elementi costituenti sono la catena1 e icapichiave, ai quali è affidato il compito didistribuire l’azione tirante alla muratura.
Figura 188 – Capochiave a piastra circolare
1 Realizzata in ferro tondo, quadro o piatto.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
142
La catena non è generalmente montata in unpezzo unico, per cui lungo di essa sonospesso presenti giunti, che dovranno avereforma tale da evitare sollecitazioni di flessionedovute all’eccentricità.
Figura 189 – Giunto a forchetta
Contrariamente ai puntelli, i tiranti lavoranoper trazione che sviluppano sfruttando ladilatazione termica del materiale: una voltaposti in opera essi vengono infatti riscaldaticon fiamme a mano per tutta la lorolunghezza, in modo da allungarli perdilatazione termica1.
Figura 190 – La dilatazione termica allunga iltirante, che viene fissato ai capichiave
1 Si comprende quindi perché i tiranti vengono realizzati in ferro, che ha un coefficiente didilatazione molto alto e che è quindi in grado di allungarsi in modo soddisfacente.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Raggiunta la massima lunghezza, il tiranteviene affrancato alle estremità e lasciatoraffreddare. Il tirante si contrae, tendendosi.
Figura 191 – Raffreddandosi, il tirante si tende econtrasta lo spanciamento del muro
Sebbene i tiranti agiscano in modo localizzato, rispetto alla continuità della massa muraria,essi assolvono una funzione molto importante perché permettono di intervenire in modoeconomico e spesso risolutivo nei casi in cui non si possa agire direttamente sulla causadl dissesto.
APPROFONDIMENTO
La tirantatura di un muro di facciata può essere disposta in modo più omogeneorealizzando una soletta di cemento armato (dello spessore di 4-5 cm) sopra il solaio incorrispondenza del quale è necessario intervenire sul muro. L’armatura verrà prolungataattraverso la muratura, con un interasse di 60-90 cm, e collegata ad una strutturalongitudinale metallica o in cemento armato, costruita all’interno di una predisposta tracciaesterna.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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8.5 CERCHIATURE
Il principio di funzionamento dellecerchiature, destinate a consolidare solidisottoposti a schiacciamento, è quello diformare un contenimento del materiale in fasedi disgregazione per fargli acquisirecaratteristiche meccaniche. Il principio è lostesso per cui la sabbia incoerente secontenuta in un sacchetto forma unastruttura solida.
Figura 192 – La sabbia contenuta in un sacchetto,benché incoerente, sviluppa caratteristiche portanti
Per il consolidamento dei pilastri in muraturao in pietra si fa ricorso già da molti secoli acerchiature in ferro montate a caldo che,raffreddandosi, contrastano la dilatazionetrasversale del pilastro.
Figura 193 – Catena in ferro applicata ad unacolonna in muratura
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Per consolidare murature deteriorate si puòricorrere al placcaggio della struttura conintonaco di cemento armato1, collegatoattraverso fori con barre di armatura dispostein numero di 4-6 al metro quadrato.
Figura 194 – Placcaggio di un muro con intonacoarmato
8.6 FONDAZIONI
Gran parte dei dissesti non sismici degli edifici sono provocati dai cedimenti fondali. Talicedimenti possono essere provocati da diverse cause che occorre stabilire con esattezzaper intervenire con un consolidamento appropriato2.
Generalmente sarà necessario ampliare edapprofondire il piano di fondazione, in modocontinuo o discontinuo, secondo i casi. In mancanzadi terreno solido negli strati superficiali si ricorreràall’uso di pali trivellati di grande o piccolo diametro(micropali).
Figura 195 – Fondazione consolidata per mezzo dimicropali
1 Lo spessore dell’intonaco dovrà essere di almeno 3-4 cm, armato con rete elettrosaldata a magliaquadrata da 15-20 cm e diametro di 6-8 mm.2 Vedi il capitolo riguardante i cedimenti fondali.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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La più grande difficoltà nella realizzazione di queste opere dette di sottofondazione consistenell’impossibilità di agire se non per piccoli tratti, detti sottocantieri. Infatti le strutture difondazione sono indispensabili per il sostegno del fabbricato e non si può assolutamenteeffettuare uno scavo sotto di esse se non con particolari accorgimenti.
Per consolidare la fondazione di un murocontinuo si potrà procedere nel modoseguente:
Si esegue una puntellatura di tutto l’edificioda consolidare e si effettua uno scavo pertutta la lunghezza fino alla quota della base difondazione.
Figura 196 – Puntellatura dell’edificio e scavo finoalla quota di fondazione
Si suddivide la vecchia fondazione in trattedella lunghezza di 1-1.5 metri corrispondentiai pieni tra un’apertura e l’altra (cantieri deipieni). Si individuano poi i sottocantiericorrispondenti ai vuoti (cantieri dei vuoti).Ciascun cantiere viene numerato, perindicare la successione dei lavori, iniziandodai cantieri dei vuoti per estendersi ai pieni1.
Figura 197 – Suddivisione della vecchiafondazione in sottocantieri
I lavori si iniziano quindi dal cantiere n°1 conl’apertura di uno scavo per raggiungere ilnuovo piano di fondazione. Si procede quindialla realizzazione della nuova fondazione, siaessa in muratura, in cemento armato o supali. Una volta consolidata la nuovafondazione, si procede con i cantierisuccessivi.
Figura 198 – Realizzazione delle nuove opere difondazione
1 La numerazione dovrà essere tale che ciascun numero differisca almeno di due unità dai numeridei due cantieri adiacenti.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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8.7 MURATURE
Dopo qualche tempo dall’esecuzione deilavori di sottofondazione le lesioni dellamuratura portante si fermano e la muraturapuò essere ripristinata.
Uno dei metodi più idonei è la cosiddettasostruzione1 a cuci e scuci, realizzata conmattoni pieni a sostituzione della parte dimuro interessata dalla lesione edefficacemente ammorsata al muro stesso.
Figura 199 – Sostruzione con il metodo a cuci escuci
Questo metodo, valido per le fessure dovute a cedimenti fondali, non è utile nei casi in cui ildissesto è dovuto alla pressoflessione o allo schiacciamento, perché la lesionetenderebbe a riprodursi. Infatti in questi casi il dissesto è provocato da una insufficientesezione muraria.
Per risanare tali dissesti, oltre alla ricostruzione, è possibile intervenire con il placcaggio conintonaco armato (già trattato precedentemente) o con l’iniezione di cemento all’interno dellamassa muraria.
Le iniezioni servono soprattutto in quei casi in cui la muratura è molto degradata nei giuntidi malta, mentre la parte lapidea è intatta. Vediamo la procedura da seguire.
1 Si definisce sostruzione la muratura costruita per sostituire quella esistente, mediante graduali elimitate demolizioni e successive ricostruzioni.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Utilizzando un trapano a rotazione, per nonaccentuare con vibrazioni il degrado dellastruttura, si formeranno una serie di foriinclinati verso il basso, del diametro di 2-4cm e di lunghezza pari a due terzi dellospessore murario. I fori saranno effettuatiogni 30-60 cm, secondo la compattezzamaggiore o minore della struttura.
Figura 200 – Foratura della parete
Successivamente saranno sigillate le fessuree i giunti esterni, in modo che sia possibileeseguire il lavaggio e la successiva iniezionesenza fuoriuscita di materiale. A questo puntosi può eseguire il lavaggio, con acqua apressione, per eliminare i residui incoerenti dimalta dalla muratura ed inumidire la strutturaper favorire la presa del legante. A lavaggioultimato si procederà con l’iniezione di maltadi cemento o di altro materiale legante1 finoalla fuoriuscita dal foro più prossimo.
Figura 201 – Esecuzione della prima iniezione
Si procede sigillando il foro della prima iniezione e passando quindi alle successive.
1 Oltre alla malta di cemento, miscelata a svariati additivi, si usano anche le resine epossidiche oprodotti bituminosi.
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Un particolare tipo di iniezione è l’iniezionearmata, nella quale si inserisce un’armaturacostituita da una o più barre di acciaio adaderenza migliorata in un foro di diametrosolitamente maggiore di quello usato per leiniezioni semplici. La funzione di questodispositivo è, oltre al consolidamento deigiunti, quello di “ricucire” la struttura muraria.
Figura 202 –Iniezioni di calcestruzzo armato.
8.8 SOLAI
Il consolidamento dei solai riguarda non solo il solaio in sé, ma anche il collegamento tra ilsolaio e la struttura portante che, se muraria, si avvantaggia non poco del contributo che isolai sono in grado di fornire all’intera struttura in elevazione.
Infatti un collegamento efficace tra solai emuratura fa sì che una eventuale tendenzaalla rotazione di un pannello murario siacontenuta dai solai che, collegandolo con lemurature trasversali, le chiamano acollaborare. Si può dire che un solaio benammorsato alle murature portanti costituiscala migliore tirantatura per un edificio.
Figura 203 – Il solaio può servire per incatenare lemurature tra loro, rendendole tutte collaboranti.
Nei solai privi di cordolo1 è facile che la muratura si infletta perché non collegataefficacemente ai solai. In zona sismica, inoltre, tale collegamento è obbligatorio e fa partedegli interventi di adeguamento delle vecchie costruzioni.
1 Si rammenta che il cordolo (di cemento armato) è una struttura alla quale il solaio è collegato e cheattraversa del tutto o in parte la muratura portante.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Per ripristinare il giunto, occorre pertanto impedire lo sfilamento del solaio nelle duedirezioni (verso l’interno e verso l’esterno dell’edificio).
Nei solai in legno o in ferro, sarà necessariofissare alle travi e al tavolato un piatto in ferroche, attraversato il muro, si collega per mezzodi cunei di tiraggio ad una piastra metallicasulla faccia esterna del muro.
Figura 204 – Collegamento delle travi di legno allamuratura
Se invece il solaio è staticamenteinsufficiente, gli interventi di consolidamentosono tesi a migliorare le prestazioni1 delmateriale deteriorato oppure ad affiancareuna struttura di rinforzo alla strutturaoriginaria.
Figura 205 – Consolidamento di un solaio in legno
8.9 ARCHI E VOLTE
Il dissesto delle volte è più grave di quello dei solai perché, oltre alla funzione diorizzontamento, le volte generano azioni spingenti sui piedritti che ne possono provocarel’inflessione.
1 I metodi sono svariati, e si applicano solo in quei casi in cui le strutture si presentanoparticolarmente interessanti sotto l’aspetto artistico ed architettonico.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Il consolidamento più tipico delle volteconsiste nel disporre una catena in ferro ingrado di neutralizzare o ridurre la spintaorizzontale; tale catena va disposta all’altezzadelle reni1.
Figura 206 – Incatenamento di un arco
Il tipo di intervento descritto riduce come detto la spinta laterale ma non risolve il dissestodella volta, infatti nei casi più frequenti di restauro non è più possibile cambiare laconfigurazione geometrica degli archi o delle volte, che richiederebbe la completademolizione e ricostruzione.
Per questo bisogna agire sui carichi applicati,tra i quali la maggior parte è costituita dalriempimento che, nelle vecchie volte, venivadisposto per formare il piano orizzontale perla posa dei pavimenti.
Figura 207 – Sezione di una volta con riempimento
1 Sezione della volta individuata da un arco di 30° sull’orizzontale.
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Per alleggerire la volta si esegue quindi unapuntellatura costituita da una centinatura ditavole aderenti all’intradosso della volta e sirimuovono i pavimenti, il sottofondo ed ilmateriale di riempimento.
Figura 208 – Puntellatura della volta
Si esegue successivamente un rinfianco incalcestruzzo e, dopo aver raschiato espazzolato i giunti della volta si esegue illavaggio con acqua. A questo punto si puòscegliere, in funzione del degrado deimateriali, se effettuare un getto diplaccaggio in calcestruzzo armato1 o unasemplice sigillatura dei giunti con malta dicemento.
Figura 209 – Esecuzione del getto di placcaggio
A questo punto, si può costruire un solaio astruttura indipendente e distaccato dalla voltao, se la struttura è abbastanza solida,realizzare una serie di muretti trasversali (dettifrenelli) appoggiati alla volta e sui qualirealizzare il nuovo solaio.
Figura 210 – Realizzazione del nuovo solaioappoggiato su frenelli
1 La cappa avrà uno spessore di 4-5 cm, armata con rete elettrosaldata collegata con chiodi metallicifissati all’estradosso della volta.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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8.10 STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO
Le membrature di cemento armato sono soggette a degrado se esposte ad ambientichimicamente aggressivi, se sono state realizzate con materiali scadenti o se il copriferro1
ha uno spessore insufficiente a proteggere l’armatura. Inoltre, sottodimensionamenti ocarichi eccessivo possono lesionare in vario modo la struttura.
Il ripristino di un elemento strutturaledegradato si effettua rimuovendo le parti dicalcestruzzo distaccate, pulendo l’armatura eripristinando il calcestruzzo mancante conprodotti adatti al restauro2.
Figura 211 – Sezione di una trave in cementoarmato con aggiunta di armatura
Se la struttura ha una sezione insufficiente sipuò maggiorarla ricorrendo sia al cementoarmato che al ferro, incollato alla traveesistente per mezzo di resine epossidiche.
Figura 212 – Rinforzo di una trave in c.a. per mezzodi piastra in ferro incollata con resine epossidiche
1 Si ricorda che il copriferro è lo strato di calcestruzzo che riveste l’armatura. Per legge lo spessoreminimo è di 2.5 cm.2 Il calcestruzzo o la malta di cemento sono inadatti perché il ritiro del nuovo materialedistaccherebbe la parte ricostruita dalla parte originaria. Si usano perciò malte di cemento speciali ingrado di aderire perfettamente sia all’armatura che al calcestruzzo rimasto in sito.
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8.11 INTERVENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO
Una branca specifica dei consolidamenti strutturali è quella che fa riferimento agli edificidanneggiati dal sisma1. L’argomento è molto complesso e qui si vogliono dare solo alcunicenni su come si può operare sull’intero edificio senza entrare nel dettaglio delle singoleoperazioni di consolidamento.
D’altra parte la normativa ha voluto stabilire concetti fondamentali, nel cui ambito ricercarela soluzione più adatta al caso specifico.
Essendo l’azione sismica concentrata incorrispondenza delle masse, è evidente chesi dovrà in primo luogo alleggerire l’edificiodove possibile, con particolare attenzione aicarichi gravanti sui solai più alti2 come, peresempio, i cassoni di accumulo dell’acqua.
Figura 213 – Spostamento delle masse nonstrutturali ai piani bassi e sopraelevazione per ilbilanciamento dei pesi in una costruzione
1 Si vedano la Circ. Min. LL.PP. del 30-7-81, n°21745: “Istruzioni relative alla normativa tecnica per lariparazione ed il rafforzamento degli edifici in muratura danneggiati dal sisma” e la Circ. Min. LL.PP.del 12-12-81, n°22120: “Istruzioni relative alla normativa tecnica per la riparazione ed il rafforzamentodegli edifici in cemento armato ed a struttura metallica danneggiati dal sisma”.2 L’azione sismica è infatti proporzionale non solo alla massa ma anche all’altezza dal suolo dellamassa stessa.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Si cercherà di eliminare gli elementistrutturali che possano provocare effettitorsionali sotto l’azione delle forzesismiche (pensiline, balconi, sporgenze ocollegamento a muri di contenimento delterreno).
Figura 214 – Il collegamento dell’edificio con ilmuro di contenimento determina torsioni nellastruttura in caso di sisma
Se l’edificio è fortemente asimmetrico, sicercherà di modificarne la pianta in mododa renderlo simmetrico costruendo unnuovo corpo di fabbrica.
Figura 215 – Regolarizzazione della simmetriaplanimetrica per mezzo di una nuovacostruzione
Anche l’irregolarità di forma in elevazionepuò provocare dannose concentrazioni dicarico. Queste irregolarità possono essereeliminate inserendo opportuni giuntiall’interno della struttura.
Figura 216 – Regolarizzazione della forma inelevazione realizzata con un giunto
Gli interventi brevemente illustrati tendono a correggere favorevolmente il comportamentosotto sisma della costruzione riducendo gli effetti negativi di una inadeguata progettazioneche, a volte, è la principale causa dei dissesti.
8.12 CENNI SULLE DEMOLIZIONI
Quando gli interventi di consolidamento sono economicamente svantaggiosi o quando unedificio è in gran parte già crollato sarà necessario demolirlo, in tutto o in parte.
La demolizione va eseguita con una attenta opera di scomposizione procedendo nell’ordineinverso a quello seguito nella costruzione, sempre presidiando le masse con idoneepuntellature capaci di far fronte ai cambiamenti di equilibrio statico che si determinano nellevarie fasi della demolizione.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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È sbagliato pensare che la demolizione per crollo sia più economica di quella effettuatacome descritto, cioè per scomposizione, perché non bisogna ignorare i costi aggiuntivi perla protezione delle maestranze e degli edifici adiacenti. Infatti, il crollo non può essereprevisto in tutti i suoi aspetti e il rischio di danni alle persone e alle cose rende questamodalità di demolizione controproducente sia in termini morali che economici.
Si descrivono di seguito, a titolo esemplificativo, le fasi da seguire per la demolizione di unavolta muraria:
• realizzazione di puntellature per contenere, in assenza della volta, la spinta laterale dieventuali volte adiacenti;
• costruzione di una centinatura simile a quella che si sarebbe realizzata per lacostruzione della volta stessa;
• costruzione di un sottopalco di sicurezzae di un palco superiore a servizio dellamanodopera;
Figura 217 – Sottopalco di sicurezza e palco dilavoro per la demolizione della volta
• demolizione e rimozione del pavimento, del relativo massetto e del riempimento dellavolta;
• rimozione dei singoli elementi della volta, seguendo il procedimento inverso a quellodella costruzione.
Come si vede, il processo di demolizione è altrettanto complesso quanto quello dellacostruzione. Non bisogna quindi sottovalutare l’importanza di questa pratica soprattutto,come già detto, in funzione della sicurezza.
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8.13 CONSOLIDAMENTO DEGLI ARGINI
Alla tracimazione degli argini si puòrimediare costruendo1 soprassogli incorrispondenza della sommità dell’argine. Taliargini aggiuntivi possono essere costruiti consacchetti di terra, rincalzati verso campagnacon altra terra sciolta. Nel caso in cui siprevede un sormonto limitato (dell’ordine di20-30 cm) si possono realizzaresemplicemente con terra di riporto.
Figura 218 – Argine in froldo e suoi completamenti
Nel caso si formi un fontanazzo2 lo si può contenere con un piccolo argine che ne circondi losbocco e consenta il formarsi di una contropressione che ne arresti il flusso. Dei fontanazzici si accorge dall'intorbidamento delle acque nei pozzi, dall’incremento di deflusso di acquetorbide nei fossati, o dalla presenza di pozze d’acqua nei solchi dei campi arati.
Alle rotture per sfiancamento si rimedia stendendo sulle superfici deteriorate teloni inplastica o adottando rinforzi costituiti da lastre in cemento armato o da rivestimenti inpietra.
Come provvedimenti di pronto intervento sipossono mettere in opera massi naturali odartificiali gettati in acqua immediatamente amonte della zona minacciata3.
Figura 219 – Utilizzo di massi con funzioneprotettiva
1 Durante le fasi di piena e prima del raggiungimento del livello massimo.2 Una via d’acqua interna all’argine che progressivamente si allarga a causa del trascinamento delleparticelle di terreno e che causa una falla nell’argine.3 Le dimensioni dei massi devono essere proporzionali alla velocità della corrente fluviale perevitarne l’asportazione. Si possono anche adottare gabbioni metallici riempiti di pietrame.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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In alternativa, si possono disporre tronchid’albero tagliati e trattenuti con funiassicurate a picchetti entro terra.
Figura 220 - Utilizzo di tronchi con funzioneprotettiva
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9. COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI
9.1 RESISTENZA AL FUOCO
La resistenza al fuoco di una struttura consiste nella proprietà dei suoi elementi dicontinuare ad esercitare la loro funzione per un certo tempo, anche se sottoposti alle altetemperature che si manifestano in un incendio.
La resistenza al fuoco può essere riferita ad elementi portanti, come i muri, i solai, le travi,oppure a quegli elementi la cui caratteristica statica non è determinante, come i tramezzi, icontrosoffitti o le porte, ma che hanno una funzione tagliafuoco. La funzione di questi ultimielementi è estremamente importante, perché molto spesso si affida a loro la resistenza alfuoco complessiva di un edificio1.
La valutazione della resistenza al fuoco costituisce un procedimento assai complesso che inItalia viene determinata presso il Centro Studi ed Esperienze del Corpo Nazionale deiVV.F. secondo le norme stabilite dalla circolare n°91 del 14 settembre 1961, emanata dalMinistero dell’Interno.
Il “procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costruttivi diconglomerato cementizio armato, normale e precompresso” viene inoltre stabilito dalla UNI9502, nella quale sono fissate le modalità della misurazione.
Inoltre, i criteri per la determinazione della resistenza al fuoco e i metodi di calcolo vengonodefiniti dagli eurocodici CEE, tuttora in fase di studio.
In generale, gli elementi da sottoporre allaprova vengono disposti in uno specialeforno, all’interno del quale la temperaturaaumenta seguendo una determinata curvatempo-temperatura, riportata in figura.
Durante il procedimento, se viene testato unelemento strutturale, vengono applicati icarichi di progetto.
Figura 221 – Curva tempo-temperatura
1 Negli edifici in acciaio, per esempio, la protezione dal fuoco è affidata a rivestimenti resistenti alfuoco che rivestono ogni parte della struttura. In caso di incendio questi rivestimenti impediscono alfuoco di raggiungere la struttura per il tempo necessario.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Durante il periodo di prova non si dovrà verificare:
• perdita di stabilità statica (R);
• passaggio di fuoco o di fumo (E);
• aumento della temperatura sulla superficie opposta a quella esposta al fuoco oltre 150°C(I).
La resistenza al fuoco viene definita in diverse “classi” che indicano il tempo minimo diresistenza che la struttura deve garantire come portanza o protezione, in modo dapermettere sia ai mezzi di soccorso di intervenire, sia alle persone di mettersi in salvo. Ogniclasse stabilisce questo periodo di tempo, espresso in minuti, arrotondato ad uno deiseguenti valori: 15, 30, 60, 90, 120, 150 e 180.
Omologare una struttura tagliafuoco per una resistenza al fuoco di – ad esempio - 120 minutisignifica quindi che, sottoposta ad un “incendio standard”, questa resta per almeno due oreintegra, senza lasciar passare fumo o fiamme, senza che la faccia opposta al fuoco superi i150°C ed emetta fiamma o gas infiammabili. Inoltre, se la struttura assolve anche funzionistatiche, essa deve conservare, sempre per due ore, le sue capacità portanti.
9.2 EFFETTI DELL’INCENDIO SUI MATERIALI DA COSTRUZIONE
L’incendio provoca sui materiali effetti diversi, dipendenti dalla loro natura. I materiali fragilial calore (come il vetro) si rompono, alcuni fondono (stagno, piombo, ecc.), altri siincendiano (legno, carta).
Le pietre naturali reagiscono diversamente:
• le pietre calcaree possono essere decomposte dal calore, iniziando dagli strati esterniesposti al fuoco;
• i marmi si spezzano;• i graniti si sfaldano sia per effetto della dilatazione termica dei vari componenti1, sia per
la presenza del quarzo che si dilata per circa la metà in una direzione rispetto all’altradirezione, ad essa ortogonale;
• le arenarie si sfaldano secondo piani perpendicolari al flusso termico
Le pietre artificiali di cemento, di pomice, di scorie o calcestruzzi cellulari non subisconoapprezzabili alterazioni, tranne lievi sfaldamenti superficiali che si verificano anche sottol’azione dell’acqua di estinzione.
1 Il granito è composto da grani di materiale diverso, cementati tra loro. Uno dei componenti principaliè il quarzo, di aspetto vetroso.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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I laterizi si comportano diversamentesecondo che si tratti di mattoni pieni osemipieni oppure di mattoni forati; i primi sicomportano ottimamente (fino ad arrivare allavetrificazione e fusione superficiale, dopoprolungata esposizione a temperatureelevate), mentre i secondi si possono romperecon frattura fragile per effetto degli sforzi ditaglio indotti dalla differenza di temperaturafra i vari strati.
Figura 222 – Mattone forato esposto al fuoco
Il gesso ha un comportamento al calore caratteristico: a 128°C evapora parte dell’acqua diidratazione molecolare1; a 163°C evapora il contenuto residuo dell’acqua. Durante questifenomeni di evaporazione la temperatura resta costante. Questa caratteristica fa del gessoun ottimo materiale ignifugo.
Sotto l’azione del calore, le malte di calce ordinaria perdono anidride carbonica assorbendocalore; quelle di cemento liberano l’acqua di idratazione molecolare.
Il comportamento al calore dei calcestruzzi varia al variare della composizione e naturadegli inerti2, della granulometria3, del grado di costipamento, ecc.; la conduttività termicadecresce con l’aumentare della temperatura.
9.3 EFFETTI DELL’INCENDIO SULLE STRUTTURE
Gli effetti dell’incendio sulle strutture dipendono da determinati fattori: la distribuzione delcalore nelle strutture, la degradazione dei materiali con conseguente diminuzione dellaresistenza e la dilatazione termica delle strutture stesse.
La diversa distribuzione di calore può determinare notevoli differenze di dilatazioneall’interno degli elementi strutturali, quindi sforzi di taglio che possono portare allosfaldamento superficiale o al distacco di parti.
1 L’acqua di idratazione molecolare è quella che è sempre presente all’interno del gesso, comeelemento costituente.2 Gli inerti, derivati dalla frantumazione delle rocce, possono essere silicei, calcari, basaltici ecc.3 La granulometria di un calcestruzzo rappresenta il contenuto degli inerti di varie dimensioni(percentuale di grani da 3 cm di diametro, da 2 cm e così via).
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
162
APPROFONDIMENTO
Un esempio tipico degli effetti derivati da una diversa distribuzione di calore è loscorticamento della parte inferiore dei solai in latero-cemento in locali colpiti da unincendio relativamente modesto: il rapido e violento aumento di temperatura che subisconole facce inferiori delle pignatte provoca in esse una forte dilatazione termica, mentre lefacce intermedie e superiori restano di dimensioni invariate.
Le sollecitazioni che ne derivano incorrispondenza dei sottili setti verticali dicollegamento superano largamente i limiti diresistenza del laterizio e quindi la pignatta sirompe.
Rottura della pignatta in un solaio esposto al fuoco
La degradazione dei materiali con l’aumentare della temperatura viene essenzialmenterappresentata dalla diminuzione della resistenza sotto sforzo dei materiali che, una voltasuperato il limite minimo, può portare al cedimento della struttura.
La dilatazione termica ha conseguenze diverse rispetto allo schema statico della strutturaed in particolare rispetto alla natura e disposizione dei vincoli.
Nel caso di strutture isostatiche1 ladilatazione non provoca tensioni aggiuntiveall’interno della struttura ma solodeformazioni che però, se notevoli, possonocomunque provocare dissesti. Infatti unadeformazione eccessiva può essere tale dafar scorrere, per esempio, un vincolo diappoggio oltre la capacità del vincolo stessodi assolvere alla sua funzione, conconseguente crollo.
Figura 223 – La struttura si dilata a tal punto daabbandonare il vincolo di appoggio
1 Una struttura isostatica è tale quando il numero di vincoli che la sostiene è quello strettamentenecessario per il suo equilibrio: la conseguenza è che la struttura si può dilatare senza contrasti.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
163
Se la struttura non è isostatica1 la suadilatazione è contrastata dai vincoli e quindi ilsuo allungamento comporta un aumentodelle tensioni interne che può superare i valoriammissibili per il materiale.
Figura 224 – Aumento delle azioni dicompressione in una trave con conseguente caricodi punta
In una struttura intelaiata gli allungamentidelle strutture orizzontali aggravano lecondizioni statiche dei pilastri, che si trovanoa lavorare a pressoflessione anziché acompressione semplice.
Figura 225 – La dilatazione delle travi in un telaioprovoca pressoflessione nei pilastri
9.4 EFFETTI DELL’INCENDIO SUL CALCESTRUZZO
Il calcestruzzo, come è noto, è costituito da inerti granulari legati da pasta cementizia.
Il comportamento termico del calcestruzzo confezionato con cemento Portland ècaratterizzato da una modesta dilatazione fino a 100°C, per poi subire una contrazione finoa 1000°C e nel conseguente raffreddamento alla temperatura ambiente.
Questo fenomeno di iniziale dilatazione, seguito da una contrazione irreversibile, è dovutoalla progressiva disidratazione con conseguente distruzione della struttura cristallina dellamalta cementizia.
Gli inerti, invece, presentano una differente dilatazione termica rispetto alla maltacementizia che li lega, e questo avviene già a temperature inferiori ai 500°C.
Per temperature superiori, oltre i 600°C, intervengono negli inerti fenomeni didissociazione chimica che inducono elevate contrazioni.
Per gli inerti di natura silicea si verifica il fenomeno della frantumazione esplosiva, dovutaalla diversa dilatazione termica tra gli inerti stessi e la malta che li contiene.
Per effetto delle alte temperature, il calcestruzzo subisce cambiamenti delle propriecaratteristiche meccaniche dovute alla progressiva distruzione della struttura cristallina ealla perdita dell’acqua di idratazione.
Per una valutazione sufficientemente approssimata delle caratteristiche meccaniche delcalcestruzzo alle varie temperature possono risultare validi i valori della resistenza acompressione riportati nella tabella che segue.
1 In questo caso la struttura si dice iperstatica.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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Temperatura 0°C 250°C 600°C 900°C 1000°CColore grigio grigio rosa fulvo giallo
Aspetto normale normale poroso molto poroso friabile eporoso
Resistenza acompressione
100% 100% 45% nessuna nessuna
Per una prima analisi, condotta visivamente su strutture incendiate, possono essere utili leindicazioni dei valori di resistenza a compressione in funzione del colore assunto dalcalcestruzzo e del suo aspetto superficiale.
Infatti, con il variare della temperatura dai 600 ai 1000°C il calcestruzzo assume diversecolorazioni1 passando dal grigio chiaro al rosa, poi al grigio scuro, al fulvo ed infine al giallo.Parallelamente, la sua superficie diventa sempre più porosa e friabile.
Mentre il calcestruzzo segue il suo processo di disgregazione, anche il ferro d’armaturasubisce la modifica della sua natura cristallina perdendo le sue caratteristiche meccanichefino a divenire plastico2. È importante individuare la temperatura alla quale, nelle armaturedel cemento armato, si crea una tensione nell’acciaio tale da indurre un allungamento pari al2 per mille (corrispondente al suo limite elastico) oltre il quale l’acciaio diventa plastico3.
Per gli acciai comunemente usati in edilizia la temperatura critica varia tra 500 e 550°C,inferiore a quella del calcestruzzo, valutabile intorno ai 600°C.
1 Il cambiamento di colore è causato dalla modifica delle componenti chimiche del calcestruzzo.2 L’acciaio nella fase plastica perde gran parte delle sue caratteristiche meccaniche: si pensi al filo diferro che subisce un trattamento di cottura per diventare più lavorabile.3 Tale temperatura è definita temperatura critica.
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È da tenere presente il fatto che, mentre nelcampo delle temperature di impiego l’acciaioed il calcestruzzo hanno la stessadilatazione termica, alle alte temperature1
l’acciaio continua a dilatarsi mentre ilcalcestruzzo subisce una contrazione. Sicreano in questo modo stati tensionalicontraddittori che portano alla frantumazionedel calcestruzzo.
Figura 226 – Frantumazione del calcestruzzo allealte temperature
Per quanto riguarda l’aspetto globale di una struttura danneggiata dal fuoco, si nota che glielementi strutturali con alto rapporto di superficie esterna rispetto al volume hanno uncomportamento al fuoco peggiore di quelli massicci.Ciò è dovuto al fatto che il calore penetra più facilmente fino a coinvolgere l’intero volumese lo spessore è sottile, mentre il nucleo più profondo risulta protetto dagli strati più esternidove gli spessori sono elevati.
9.5 EFFETTI DELL’INCENDIO SUL LEGNO
Il legno non brucia subito, se messo a contatto con il fuoco. Prima deve subire un processodetto pirolisi, per il quale la combustione procede per strati successivi con molta regolaritàe lentezza. Ciò è dovuto alla omogeneità e all’alto potere isolante del legno.
La velocità con la quale il fronte di combustione penetra nella massa legnosa non èsuperiore a 6-7 decimi di millimetro al minuto. La normativa vigente indica, per maggioresicurezza, valori di velocità superiori e, precisamente:
per le travi: 0,8 mm/minuto per l’estradosso ed i fianchi – 1,1 mm/minuto perl’intradosso
per i pilastri: 0,7 mm/minuto per tutti i lati
Per rallentare la velocità di penetrazione della combustione si può ricorrereall’ignifugazione, consistente nell’applicazione di sostanze che impregnano il legnorendendolo più difficilmente combustibile.
L’ignifugazione è un provvedimento opportuno per il legno usato in spessore sottile, comeaccade nel caso di tavolati, rivestimenti, pannelli ecc. Quando invece il legno ha unospessore elevato2, è più conveniente maggiorare le sezioni resistenti in modo che dopo uncerto periodo di tempo stabilito dalle norme3 la sezione ridotta abbia le caratteristichestatiche sufficienti ad assolvere il suo compito strutturale.
1 Superiori alle temperature critiche dell’acciaio e del calcestruzzo.2 Se ha cioè uno spessore minimo di 8-10 cm.3 Tale periodo può essere pari a 30, 60, 90 o 120 minuti.
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Infatti, sotto lo strato incendiato il legno incombustomantiene inalterate le sue caratteristichemeccaniche, risultando di regola molto netta lasuperficie di separazione tra le due parti.
Figura 227 – Maggiorazione della sezione comeprotezione antincendio
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10. SCHEDE DEI DANNI
10.1 RILIEVO DEI DANNI
I recenti terremoti hanno costretto ad organizzare una metodologia di rilievo dei danni chefosse sufficientemente precisa ma nello stesso tempo semplice, in modo da poter essereutile soprattutto nelle fasi immediatamente successive al sisma.
Il rilievo dei danni, infatti, permette di intervenire con le misure di emergenza appropriatesenza aggravare ulteriormente la situazione delle persone coinvolte nel disastro.
La scheda inserita nella circolare M.I. n°28/91 è di seguito allegata. Mentre la prima partenon pone particolari problemi di interpretazione1, la seconda è più delicata, specialmente perquanto riguarda la valutazione dell’entità del danno. La scheda di rilevamento, unificata pertutti gli operatori, permette di effettuare i rilievi con semplicità anche da parte di personalenon addestrato in modo specifico.
Per la valutazione dei danni strutturali si può fare riferimento alle schede tecniche di seguitoriportate, tenendo presente che il giudizio globale sulle condizioni statiche dell’edificio nonderiva da una somma di fattori ma da una valutazione d’insieme dei dissesti.
1 Si tratta di trascrivere i dati geometrici e catastali dell’edificio danneggiato, oltre ai dati tipologicidella struttura portante.
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10.2 SCHEDA DI RILEVAMENTO
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10.3 SCHEDE TECNICHE PER IL RILEVAMENTO DEI DANNI
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10.4 COMUNICAZIONE DEI DANNI
A rilievo effettuato, occorre comunicare agli Enti preposti i risultati del rilievo, indicandosempre i seguenti dati:
QUANDO si è intervenuti (giorno e ora)
DOVE si è intervenuti (via, piazza, ecc.)
COSA si è rilevato (lesioni, crollo, ecc.)
QUALI sono stati i provvedimenti adottati (sgombero, puntellamenti, chiusura al traffico,ecc.)
CHI era presente (ufficio tecnico del Comune, VV.UU., ecc.)
QUALI devono essere i provvedimenti da adottare (rinforzare il transennamento,realizzare tettoie, procedere a lavori di ripristino1, ecc.)
Il fax o la lettera vanno indirizzati alle autorità competenti quali:
• Sindaco• Provincia• Genio Civile• Carabinieri• A.N.A.S.• Società Autostrade• Sovraintendenza Beni Ambientali ed Architettonici• Per conoscenza, alla locale Prefettura.Si riporta di seguito un facsimile di lettera di comunicazione:
1 Questi lavori vanno sempre condotti sotto la direzione di un tecnico qualificato.
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10.5 INTERVENTO DI VERIFICA SU UNA FRANA
In caso di frana, l’intervento dovrà iniziare con una ispezione/verifica della zona che nondovrà ridursi ad un semplice sopralluogo, ma essere un rilievo litologico1 e geomorfologico2
del tutto particolare esteso a tutta l’area di influenza.
Durante questa fase andranno accertati, per esempio, la presenza di fratture nel terrenocircostante i fabbricati, la perdita di verticalità degli alberi e dei pali e del loro allineamento,la rottura di tubi interrati e di altre strutture rigide (muri di sostegno, marciapiedi, strade,ecc.), la tensione o l’allentamento di cavi aerei (telefonici o elettrici).
Inoltre, verrà chiesto agli abitanti del luogo se abbiano notato, in tempi relativamenterecenti, il formarsi di nuove cavità e convessità nei versanti, o rapide evoluzioni di quellepreesistenti. Si dovrà chiedere se sono stati notati nuovi affioramenti d’acqua,intorbidimento di sorgenti, rotolamento di massi rocciosi o allungamento e allargamentodelle lesioni nei manufatti e delle fratture negli ammassi rocciosi.
Quando è possibile è buona norma, prima di iniziare i sopralluoghi di verifica, munirsi dibuone carte topografiche3 e tematiche4.
1 Cioè concernente lo studio delle rocce.2 Cioè relativo alla morfologia del terreno e delle sue stratificazioni, studiata sia attraversol’osservazione che per mezzo di indagini geologiche più approfondite (sondaggi, ecc.).3 In particolare, sono ottimi strumenti le Tavolette in scala 1:25000 dell’Istituto Geografico Militare –IGM.4 Carte geologiche, geomorfologiche, ecc.
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11. INDICE DELLE FIGURE
Figura 1 – Pressione dell’acqua su una diga a gravità ............................................................ 3Figura 2 – Casi di carico concentrato ...................................................................................... 4Figura 3 – Suddivisione del territorio in regioni per stabilire il carico della neve .................... 8Figura 4 – Suddivisione del territorio in zone per stabilire il carico del vento .......................... 9Figura 5 – Giunto di dilatazione............................................................................................. 10Figura 6 – Diagramma della pressione del terreno su muro di sostegno .............................. 10Figura 7 – Grado di sismicità ................................................................................................. 11Figura 8 – Altezze massime in zona sismica......................................................................... 12Figura 9 – Analisi statica........................................................................................................ 13Figura 10 – Sollecitazione ..................................................................................................... 15Figura 11 – Idealizzazione delle sollecitazioni....................................................................... 16Figura 12 – Il muro, appoggiato su un architrave troppo elastico, si fessura. ....................... 17Figura 13 – Corpo libero di muoversi nel piano ..................................................................... 18Figura 14 – Corpo appoggiato ............................................................................................... 19Figura 15 – Corpo incernierato .............................................................................................. 20Figura 16 – Corpo incastrato ................................................................................................. 21Figura 17 – Utilizzo dei vincoli per isolare una parte della struttura e studiarlaseparatamente....................................................................................................................... 21Figura 18 – Schematizzazione del ribaltamento di un muro.................................................. 22Figura 19 – Caratteristiche di una forza................................................................................. 22Figura 20 – Caratteristiche di un momento............................................................................ 23Figura 21 – Solido sottoposto a compressione...................................................................... 23Figura 22 – Lesioni da schiacciamento ................................................................................. 24Figura 23 – Diversi casi di carico di punta ............................................................................. 24Figura 24 – Ponte sospeso.................................................................................................... 25Figura 25 – Trave appoggiata con carico centrato ................................................................ 26Figura 26 – Trave appoggiata con carico centrato ................................................................ 27Figura 27 – Diagramma dei momenti in una trave appoggiata sollecitata con un caricocentrato.................................................................................................................................. 27Figura 28 – Sollecitazione di taglio puro................................................................................ 28Figura 29 – Sollecitazione di taglio e momento flettente. ...................................................... 29Figura 30 – Manovella ........................................................................................................... 29Figura 31 – Mazzo di carte ruotato ........................................................................................ 30Figura 32 – Torsione pari all’azione sismica per il braccio di un edificio intorno al vanoascensore (più rigido) sotto sisma. ........................................................................................ 30Figura 33 – Pilastro sottoposto a compressione.................................................................... 31Figura 34 – Pilastro sottoposto a pressoflessione ................................................................. 31Figura 35 – Sezioni di legno lamellare................................................................................... 33Figura 36 – Requisiti del legno da considerare per la determinazione della categoria diappartenenza......................................................................................................................... 34Figura 37 – Struttura in legno lamellare, dove si nota l’estrema flessibilità costruttiva delmateriale. ............................................................................................................................... 38Figura 38 – Mura poligonali di Amelia (Terni)........................................................................ 39Figura 39 – Andamento delle tensioni all’interno del calcestruzzo ........................................ 43Figura 40 – Composizione del calcestruzzo .......................................................................... 43Figura 41 – Betoniera ............................................................................................................ 44Figura 42 – Trave inflessa di cemento armato con disposizione dell’armatura. .................... 45Figura 43 – Staffe e barre correnti nel cemento armato. ....................................................... 45Figura 44 – Mattone UNI ....................................................................................................... 46Figura 45 – Tipi di mattoni forati ............................................................................................ 47Figura 46 – Solaio in laterocemento ...................................................................................... 48
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Figura 47 – Solaio in ferro e tavelle ....................................................................................... 48Figura 48 – Profilati standard................................................................................................. 49Figura 49 – Profilati L e T – formati a freddo ......................................................................... 49Figura 50 – Tipi di lamiera grecata. ....................................................................................... 50Figura 51 -- Muro su terreno non uniforme ............................................................................ 51Figura 52 – Struttura muraria e struttura intelaiata ................................................................ 52Figura 53 – Muri portanti e di spina ....................................................................................... 53Figura 54 – Archi, architravi e volte ....................................................................................... 54Figura 55 – Struttura mista muratura - cemento armato........................................................ 55Figura 56 – immagine delle fondazioni in c.a. di un edificio................................................... 56Figura 57 – Lesioni dovute a cedimenti differenziali .............................................................. 58Figura 58 – Plinto, trave rovescia, platea............................................................................... 59Figura 59 – Pali, pozzo, cassone, diaframma........................................................................ 59Figura 60 – Fondazione continua e suo consolidamento per mezzo di micropali ................. 59Figura 61 – Taglio del muro con guaina ................................................................................ 60Figura 62 – Riseghe di fondazione ........................................................................................ 60Figura 63 – Fondazione a campana ...................................................................................... 61Figura 64 – Rottura di una fondazione per effetto delle azioni taglianti ................................. 61Figura 65 – Paragone tra una fondazione in muratura ed una in c.a..................................... 61Figura 66 – Plinto e zattera di fondazione ............................................................................. 62Figura 67 – Pali di punta e per attrito..................................................................................... 63Figura 68 – Pali trivellati e battuti........................................................................................... 63Figura 69 – Sezione di edificio in muratura............................................................................ 64Figura 70 – Andamento delle tensioni ................................................................................... 67Figura 71 – Archi, volte, architravi ......................................................................................... 68Figura 72 – Trave, trave reticolare, solaio ............................................................................. 68Figura 73 – Fessure in un arco .............................................................................................. 69Figura 74 – Arco .................................................................................................................... 69Figura 75 – Archi incatenati .................................................................................................. 70Figura 76 – Forme degli archi ................................................................................................ 70Figura 77 – Piattabanda od architrave................................................................................... 70Figura 78 – Tipi di volte.......................................................................................................... 71Figura 79 – Funzione controventante dei solai ...................................................................... 73Figura 80 – Ammorsatura di un travetto ................................................................................ 73Figura 81 – Sfilaggio di un solaio dalla muratura................................................................... 74Figura 82 – Altezza di un solaio............................................................................................. 74Figura 83 – Solaio in legno a semplice o doppia orditura ...................................................... 75Figura 84 – Solai in ferro e mattoni........................................................................................ 75Figura 85 – Solai in ferro e tavelloni ...................................................................................... 76Figura 86 – Solai in ferro e calcestruzzo................................................................................ 76Figura 87 – Solaio lamiera grecata e calcestruzzo ................................................................ 77Figura 88 – Solaio RDB Celersap.......................................................................................... 77Figura 89 – Solaio gettato in opera........................................................................................ 79Figura 90 – Solaio con travetti a traliccio ............................................................................... 79Figura 91 – Soletta in c.a. ...................................................................................................... 80Figura 92 - Scala.................................................................................................................... 80Figura 93 – Gradino di scala a mensola ................................................................................ 81Figura 94 – Scala a soletta .................................................................................................... 81Figura 95 – Scala con trave a ginocchio – doppia e semplice............................................... 82Figura 96 – Tetto spingente ................................................................................................... 83Figura 97 – Capriata in legno tipo Palladio ............................................................................ 83Figura 98 – Schema statico di una capriata........................................................................... 83Figura 99 – Copertura di una grande luce con travi di legno lamellare ................................. 84
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Figura 100 – Costruzione su terreno scosceso ..................................................................... 85Figura 101 – Mucchio di terreno sciolto................................................................................. 85Figura 102 – Muro di contenimento con cuneo di spinta ....................................................... 86Figura 103 – Muro a gravità................................................................................................... 88Figura 104 – Muro di contenimento in c.a. ............................................................................ 88Figura 105 – Muro a contrafforti ............................................................................................ 88Figura 106 – Schema delle condizioni di stabilità di un corpo su un piano inclinato ............. 89Figura 107 – Mattone appoggiato su un asse di legno inclinato............................................ 90Figura 108 – Schema grafico della superficie di slittamento di un pendio o di una scarpata 90Figura 109 – Schematizzazione di una frana ........................................................................ 91Figura 110 – Sezione schematica di un argine per protezione fluviale ................................. 91Figura 111 – Argine in froldo e suoi completamenti .............................................................. 92Figura 112 – Caratteristiche di una lesione ........................................................................... 94Figura 113 – Fasi di evoluzione di una frattura...................................................................... 94Figura 114 – Incasso a doppia coda di rondine..................................................................... 95Figura 115 – Lesione passante ............................................................................................. 95Figura 116 – Grafico ampiezza lesione/tempo ...................................................................... 96Figura 117 – Apposizione dei segni di cuspide ..................................................................... 96Figura 118 – Deformimetro.................................................................................................... 96Figura 119 – Disposizione di tre basi per un deformimetro ................................................... 97Figura 120 – Cedimento e assestamento.............................................................................. 98Figura 121 -- Cedimento intermedio ...................................................................................... 99Figura 122 – Cedimento intermedio lungo, medio e corto..................................................... 99Figura 123 – Cedimento terminale ...................................................................................... 100Figura 124 – Cedimenti lunghi, medi e corti ........................................................................ 100Figura 125 – Traslazione di edifici contigui.......................................................................... 101Figura 126 – Traslazione verticale intermedia in un muro con aperture.............................. 101Figura 127 -- Traslazione verticale terminale in un muro con aperture ............................... 101Figura 128 – Fratture tra muri interconnessi........................................................................ 102Figura 129 – Dissesto da traslazione orizzontale ................................................................ 102Figura 130 – Dissesto da traslazione inclinata .................................................................... 103Figura 131 – Dissesto da rotazione ..................................................................................... 103Figura 132 – Dissesto da rotazione ..................................................................................... 103Figura 133 – Dissesto da rotazione principale..................................................................... 104Figura 134 – Cedimento per rotazione del muro di facciata di un edificio ........................... 104Figura 135 -- Cedimento per rotazione del muro di facciata in un edificio con distacco delmuro..................................................................................................................................... 104Figura 136 – Fessurazione per rotazione del muro di facciata............................................ 105Figura 137 – Lesioni in corrispondenza dell’attacco muro-trave ......................................... 106Figura 138 - Compressione e schiacciamento .................................................................... 107Figura 139 – Secondo stadio di schiacciamento ................................................................. 108Figura 140 – Terzo stadio di schiacciamento ...................................................................... 108Figura 141 - Pressoflessione ............................................................................................... 109Figura 142 – Muratura “a sacco” dove l’accuratezza di costruzione è limitata alle superficiesterne................................................................................................................................. 110Figura 143 – Spinta di archi e volte ..................................................................................... 111Figura 144 – Variazioni di forma delle volte......................................................................... 112Figura 145 - Spanciamento ................................................................................................. 112Figura 146 - Frattura............................................................................................................ 113Figura 147 – Lesione da deformazione del solaio ............................................................... 113Figura 148 – Oscillazione .................................................................................................... 114Figura 149 – Sollecitazioni sismiche.................................................................................... 115Figura 150 – Lesioni da sisma............................................................................................. 115Figura 151 - Fessurazioni "a croce di S.Andrea"................................................................. 116Figura 152 – Lesioni da sisma............................................................................................. 117
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Figura 153 – Azione sismica concentrata sulla copertura ................................................... 117Figura 154 – Evidente distacco di un muro di spina dal muro perimetrale, dovuto ad unmancato ammorsamento murario. ....................................................................................... 118Figura 155 –Fratture da ritiro causate da un architrave di calcestruzzo. ............................. 120Figura 156 – Cedimento fondale terminale.......................................................................... 121Figura 157 – Cedimento fondale intermedio........................................................................ 121Figura 158 – Cedimento fondale inclinato ........................................................................... 122Figura 159 – Fessure da flessione – trave isolata ............................................................... 122Figura 160 – Fessure da flessione – trave continua ............................................................ 122Figura 161 – Fessure da taglio ............................................................................................ 123Figura 162 – Dissesto da schiacciamento in un pilastro..................................................... 123Figura 163 - Lesioni da flessione sui pilastri ........................................................................ 123Figura 164 – Lesioni da ossidazione sui pilastri .................................................................. 124Figura 165 – Dissesto teorico messo a confronto con un dissesto reale............................. 125Figura 166 – Durante un nubifragio, l’aumento di peso specifico del terreno può provocareuna frana.............................................................................................................................. 128Figura 167 – L’erosione causata dallo scorrimento dell’acqua determina il franamentodell’argine in un canale ........................................................................................................ 129Figura 168 – Frana causata dall’aumento del carico ........................................................... 129Figura 169 – Frana di un pendio roccioso causata dalla solubilizzazione dell’argilla checementa tra loro gli elementi del terreno.............................................................................. 129Figura 170 Aumento di livello dell'acqua dovuto a mancanza di manutenzione degli argini 130Figura 171 – Puntello di sostegno, di ritegno e misto .......................................................... 132Figura 172 – Puntello reticolare in legno ............................................................................. 133Figura 173 – Puntello alle grandi masse.............................................................................. 134Figura 174 – Sbadacchiatura in legno ................................................................................. 135Figura 175 - Puntellamento di piattabanda .......................................................................... 136Figura 176 - Puntellamento di un arco................................................................................. 137Figura 177 - Puntellamento di un muro esterno................................................................... 137Figura 178 - Puntellamento di una facciata ......................................................................... 138Figura 179 - Puntellamento di una nervatura....................................................................... 138Figura 180 - Puntellamento di pilastri .................................................................................. 138Figura 181 - Puntellamento del pilastro basale.................................................................... 139Figura 182 - Controventamento inefficace........................................................................... 139Figura 183 - Controventamento non distribuito.................................................................... 139Figura 184 - Controventamento interno inefficace............................................................... 140Figura 185 - Soluzioni per il controventamento di una porta ............................................... 140Figura 186 - Soluzioni per la puntellatura di un arco ........................................................... 140Figura 187 – Disposizione dei tiranti per contrastare la deformazione di un muro soggetto apressoflessione .................................................................................................................... 141Figura 188 – Capochiave a piastra circolare ....................................................................... 141Figura 189 – Giunto a forchetta ........................................................................................... 142Figura 190 – La dilatazione termica allunga il tirante, che viene fissato ai capichiave ........ 142Figura 191 – Raffreddandosi, il tirante si tende e contrasta lo spanciamento del muro ...... 143Figura 192 – La sabbia contenuta in un sacchetto, benché incoerente, sviluppacaratteristiche portanti.......................................................................................................... 144Figura 193 – Catena in ferro applicata ad una colonna in muratura.................................... 144Figura 194 – Placcaggio di un muro con intonaco armato................................................... 145Figura 195 – Fondazione consolidata per mezzo di micropali ............................................. 145Figura 196 – Puntellatura dell’edificio e scavo fino alla quota di fondazione....................... 146Figura 197 – Suddivisione della vecchia fondazione in sottocantieri ................................... 146Figura 198 – Realizzazione delle nuove opere di fondazione ............................................. 146Figura 199 – Sostruzione con il metodo a cuci e scuci........................................................ 147
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Figura 200 – Foratura della parete ...................................................................................... 148Figura 201 – Esecuzione della prima iniezione ................................................................... 148Figura 202 –Iniezioni di calcestruzzo armato. ..................................................................... 149Figura 203 – Il solaio può servire per incatenare le murature tra loro, rendendole tuttecollaboranti. ......................................................................................................................... 149Figura 204 – Collegamento delle travi di legno alla muratura ............................................. 150Figura 205 – Consolidamento di un solaio in legno............................................................. 150Figura 206 – Incatenamento di un arco ............................................................................... 151Figura 207 – Sezione di una volta con riempimento............................................................ 151Figura 208 – Puntellatura della volta ................................................................................... 152Figura 209 – Esecuzione del getto di placcaggio ................................................................ 152Figura 210 – Realizzazione del nuovo solaio appoggiato su frenelli ................................... 152Figura 211 – Sezione di una trave in cemento armato con aggiunta di armatura ............... 153Figura 212 – Rinforzo di una trave in c.a. per mezzo di piastra in ferro incollata con resineepossidiche.......................................................................................................................... 153Figura 213 – Spostamento delle masse non strutturali ai piani bassi e sopraelevazione per ilbilanciamento dei pesi in una costruzione ........................................................................... 154Figura 214 – Il collegamento dell’edificio con il muro di contenimento determina torsioni nellastruttura in caso di sisma..................................................................................................... 155Figura 215 – Regolarizzazione della simmetria planimetrica per mezzo di una nuovacostruzione .......................................................................................................................... 155Figura 216 – Regolarizzazione della forma in elevazione realizzata con un giunto ............ 155Figura 217 – Sottopalco di sicurezza e palco di lavoro per la demolizione della volta ........ 156Figura 218 – Argine in froldo e suoi completamenti ............................................................ 157Figura 219 – Utilizzo di massi con funzione protettiva......................................................... 157Figura 220 - Utilizzo di tronchi con funzione protettiva ........................................................ 158Figura 221 – Curva tempo-temperatura .............................................................................. 159Figura 222 – Mattone forato esposto al fuoco ..................................................................... 161Figura 223 – La struttura si dilata a tal punto da abbandonare il vincolo di appoggio......... 162Figura 224 – Aumento delle azioni di compressione in una trave con conseguente carico dipunta.................................................................................................................................... 163Figura 225 – La dilatazione delle travi in un telaio provoca pressoflessione nei pilastri...... 163Figura 226 – Frantumazione del calcestruzzo alle alte temperature ................................... 165Figura 227 – Maggiorazione della sezione come protezione antincendio ........................... 166