Muratura. Indagini I parte - Università degli Studi della Basilicata
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Corso di Riabilitazione Strutturale POTENZA, a.a. 2013 – 2014 Strutture in muratura soggette ad azioni sismiche. Livelli di Conoscenza e Indagini(1) Dott. Marco VONA Scuola di Ingegneria - Università di Basilicata [email protected] http://oldwww.unibas.it/utenti/vona/ Le principali innovazioni della NTC 2008 − La chiara definizione del LIVELLO DI CONOSCENZA, con riferimento alle indagini conoscitive − La presa in conto del livello di conoscenza nella valutazione (assessment) − La definizione delle possibili indagini (distruttive e non) − In alternativa all’adeguamento, si prevede un miglioramento controllato o adeguamento “ridotto”, con livelli ridotti di azioni sismiche Importanza del livello di conoscenza COSTO COSTI / BENEFICI intervento acquisizione dati CONOSCENZA I LIVELLI DI CONOSCENZA NELLA VALUTAZIONE LC1 Conoscenza Limitata LC2 Conoscenza Adeguata LC3 Conoscenza Accurata Il livello di conoscenza LC acquisito determina: - metodo di analisi - valori dei fattori di confidenza da applicare alle proprietà dei materiali I LIVELLI DI CONOSCENZA NELLA VALUTAZIONE Gli aspetti che definiscono i livelli di conoscenza sono: • Geometria: caratteristiche geometriche degli elementi strutturali • Dettagli strutturali: quantità e disposizione delle armature (c.a.), collegamenti (acciaio), collegamenti tra elementi strutturali diversi, elementi non strutturali collaboranti • Materiali: proprietà meccaniche dei materiali I LIVELLI DI CONOSCENZA NELLA VALUTAZIONE Livelli di Conoscenza (LC) e Fattori di Confidenza (FC (FC)) GEOMETRIA Limitata LC1 Adeguata LC2 Accurata LC3 Da disegni di carpenteria originali con rilievo visivo a campione oppure rilievo ex-novo completo DETTAGLI STRUTTURALI PROPRIETÀ DEI MATERIALI Metodi di Analisi Progetto simulato in accordo alle norme dell’epoca e limitate verifiche in-situ Valori usuali per la pratica costruttiva dell’epoca e limitate prove in-situ Analisi lineare statica o dinamic a 1.35 Disegni costruttivi incompleti + limitate verifiche in situ oppure estese verifiche in-situ Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova originali + limitate oppure estese prove in-situ Tutti 1.20 Disegni costruttivi completi + limitate verifiche in situ oppure esaustive verifiche insitu Dalle specifiche originali di progetto o dai certificati di prova originali + estese oppure esaustive prove in-situ Tutti 1.00 FC + - Livello di conoscenza per edifici in muratura Il livello di conoscenza LC1 si intende raggiunto quando È stato effettuato il rilievo geometrico Verifiche in situ limitate sui dettagli costruttivi Indagini in situ limitate sulle proprietà dei materiali FC=1.35 Il livello di conoscenza LC2 si intende raggiunto quando È stato effettuato il rilievo geometrico Verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi Indagini in situ estese sulle proprietà dei materiali FC=1.2 Il livello di conoscenza LC3 si intende raggiunto quando È stato effettuati il rilievo geometrico Verifiche in situ estese ed esaustive sui dettagli costruttivi Indagini in situ esaustive sulle proprietà dei materiali FC=1 Livello di conoscenza per edifici in muratura LC1 •Resistenze: i minimi degli intervalli riportati in Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in esame •Moduli elastici: i valori medi degli intervalli riportati nella Tabella C8A.2.1 LC2 •Resistenze: medie degli intervalli riportati in Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in esame •Moduli elastici: valori medi degli intervalli riportati nella Tabella C8A.2.1 Livello di conoscenza per edifici in muratura LC3 a) sono disponibili tre o più valori sperimentali di resistenza •Resistenze: media dei risultati delle prove •Moduli elastici: media delle prove o valori medi degli intervalli riportati nella Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in considerazione b) Sono disponibili due valori sperimentali di resistenza •Resistenze: se il valore medio delle resistenze è compreso nell'intervallo riportato nella Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in considerazione si assumerà il valore medio dell'intervallo se è maggiore dell’estremo superiore dell’intervallo si assume quest’ultimo come resistenza, se è inferiore al minimo dell'intervallo, si utilizza come valore medio il valore medio sperimentale Livello di conoscenza per edifici in muratura LC3 b) Sono disponibili due valori sperimentali di resistenza • Moduli elastici: vale quanto indicato per il caso LC3 – caso a) c) È disponibile un solo valore sperimentale di resistenza • Resistenze: se il valore di resistenza è compreso nell'intervallo riportato nella Tabella C8A.2.1 per la tipologia muraria in considerazione, oppure superiore, si assume il valore medio dell'intervallo, se il valore di resistenza è inferiore al minimo dell'intervallo, si utilizza come valore medio il valore sperimentale • Moduli elastici: vale quanto indicato per il caso LC3 – caso a). Livello di conoscenza per edifici in muratura Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali INDAGINI SPERIMENTALI IN SITU Indagini qualitative Indagini quantitative Indagini storiche Rilievo geometrico Rilievo del quadro fessurativo Umidità Altre indagini non distruttive Monitoraggio e controllo della struttura Misura dello stato di sforzo locale Parametri geometrici e meccanici IN LABORATORIO Analisi chimiche Prove fisiche Prove meccaniche Parametri di input per i modelli di calcolo Determinazione della capacità portante della struttura Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo • Rilievo muratura • Volte • Solai • Scale • Individuazione carichi gravanti su ogni elemento di parete • Individuazione tipologia fondazioni • Rilievo dell’eventuale quadro fessurativo e deformativo Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo sommario Rilievo, piano per piano, di: −principali elementi strutturali resistenti a taglio −volte in muratura −stima a campione dell’orditura e della rigidezza dei solai Rilievo completo Rilievo completo, piano per piano, di: −tutti gli elementi in muratura −Volte e loro tipologia −Orditura di tutti i solai e valutazione accurata della loro rigidezza −valutazione dei carichi gravanti su ogni elemento di parete Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo completo ̶ Identificazione dell’aggregato ̶ il processo di trasformazione tipologico: identificazione delle Unità Edilizie Originarie UEO ̶ ampliamento, trasformazione o rifusione delle UEO ̶ la formazione di spazi di risulta interni all’aggregato (cortili accesso diretto o da androne, posizionamento di eventuali corpi aggiunti, scale esterne, ecc) ̶ rapporti tra le singole cellule murarie e i rapporti di regolarità e modularità ai diversi piani ̶ l’allineamento delle pareti, l’ortogonalità rispetto ai percorsi viari, le rotazioni e le intersezioni degli assi delle pareti Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo completo ̶ disassamenti e rastremazioni delle pareti in verticale, affiancamento di pareti, i muri poggianti “in falso” sui solai sottostanti ̶ lo sfalsamento di quota tra solai contigui (ciò fornisce indicazioni sia per ricercare possibili fonti di danno in rapporto ai carichi verticali e sismici, sia per affinare l’interpretazione dei meccanismi di aggregazione) ̶ la forma e la posizione delle bucature nei muri di prospetto: allineamento in orizzontale e in verticale, simmetria, ripetizione Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo piano per piano BIBLIOTECA CLASSENSE BIBLIOTECA CLASSENSE +0,02 WC WC 0,20 -0,42 -0,96 0,20 Cucina -1,04 6.14 -0,36 CHIOSTRO CHIOSTRO CORTILE INTERNO 2.14 5.61 0.55 3.86 -0,34 6.28 -1,09 CORTILE INTERNO 7.74 0.68 Mensa 0,00 0,00 6.20 -1,09 C.T. C.T. -0,08 -0,85 1,67 6.20 0,00 0,00 1,20 PIANO SEMINTERRATO PIANO RIALZATO Livello di conoscenza (LC): GEOMETRIA Rilievo piano per piano Aula Aula Aula Aula Aula Aula Aula Aula 9,91 5,56 PRIMO PIANO SECONDO PIANO Caratterizzazione delle murature Esame dei tipi presenti sulla base del materiale, del tipo di finitura del paramento (secondo classificazioni standard) e soprattutto valutando nel merito la qualità della apparecchiatura in relazione al grado di coesione trasversale che la stessa (in virtù della sua tessitura interna) Tipologia ed efficienza strutturale degli architravi al di sopra delle aperture Presenza di elementi strutturalmente efficienti atti ad eliminare o contrastare eventuali spinte (esempio: speroni) Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi a) Qualità del collegamento tra pareti verticali (ammorsamento nei cantonali e nei martelli catene, ecc.) Evidenziare i casi in cui collegamenti tra pareti ortogonali siano assenti Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi b) qualità e tipologia del collegamento tra solai e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano, catene Tali elementi andranno evidenziati onde mettere in luce le porzioni di struttura potenzialmente collegate e trattenute nei confronti dell’azione sismica o di strutture spingenti come volte Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi b) qualità e tipologia del collegamento tra solai e pareti ed eventuale presenza di cordoli di piano, catene Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi c) esistenza di architravi dotate di resistenza flessionale al di sopra delle aperture Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi 3.99 3.99 d) presenza di elementi strutturali spingenti e di eventuali elementi atti ad eliminare la spinta 10,12 4.26 4.26 10,12 5,56 4.26 2.05 3.66 2.10 3.66 CORTILE 3.04 5,56 1,67 1,67 cortile -0,96 -1,09 -1,09 -0,85 0,00 -0,42 2.39 2.51 2.47 -1,04 2.51 +0,02 2.39 chiostro 2.27 1,20 -0,96 Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi e) presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità f) tipologia e qualità della muratura (a un paramento, a due o più paramenti, con o senza collegamenti trasversali), eseguita in mattoni o in pietra (regolare, irregolare) Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Elementi di discontinuità della maglia muraria determinati da cavedi, canne fumarie, ecc Rilievo accurato di canne fumarie, nicchie, e discontinuità murarie in genere Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Elementi di discontinuità della maglia muraria determinati da cavedi, canne fumarie, ecc Rilievo accurato di canne fumarie, nicchie, e discontinuità murarie in genere Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Elementi di discontinuità della maglia muraria determinati da cavedi, canne fumarie, ecc Rilievo accurato di canne fumarie, nicchie Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Elementi di discontinuità della maglia muraria determinati da cavedi, canne fumarie, ecc Rilievo accurato di canne fumarie, nicchie Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Verifiche in situ limitate Sono basate unicamente su rilievi di tipo visivo e possono essere effettuate a campione Verifiche in situ estese e adeguate Rilievi di tipo visivo, ricorrendo a scrostature di intonaco, messa a nudo delle caratteristiche di ammorsamento tra muri ortogonali e solai nelle pareti Si possono esaminare a campione: −qualità del collegamento tra pareti ortogonali −qualità del collegamento tra solai e pareti −tipologia e qualità della muratura Livello di conoscenza (LC): Dettagli Costruttivi Verifiche in situ estese e adeguate Si devono esaminare in modo sistematico nell’intero edificio: −esistenza di architravi −presenza di elementi strutturali spingenti −presenza di elementi ad elevata vulnerabilità −quadro fessurativo L’efficacia di eventuali elementi atti a eliminare la spinta (catene) dovrebbe essere verificata sperimentalmente Quadro fessurativo Quadro fessurativo Presenza e rappresentazione ed anmalisi dell’eventuale quadro fessurativo Meccanismi 1 e 2 Meccanismo 3 Quadro fessurativo Presenza e rappresentazione ed anmalisi dell’eventuale quadro fessurativo Meccanismo 3 Quadro fessurativo Presenza e rappresentazione ed anmalisi dell’eventuale quadro fessurativo Meccanismi 1 e 2 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Verifiche in situ LIMITATE Esami visivi della tessitura della muratura e degli elementi (blocchi e malta) di cui è costituita. Almeno un esame per ogni tipo di muratura presente e per ogni piano dell’edificio- Non sono richieste prove sperimentali Verifiche in situ ESTESE Almeno una prova su ciascun tipo di muratura presente, in aggiunta alle verifiche visive Verifiche in situ ESAUSTIVE Almeno tre prove su ciascun tipo di muratura presente, in aggiunta alle verifiche visive Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prove di Laboratorio o in Situ PROVE DISTRUTTIVE PROVE MODERATAMENTE DISTRUTTIVE PROVE NON DISTRUTTIVE FASE DI PRELIEVO −Significatività dei risultati −Non distruttività del campionamento −Non disturbo del campione A causa della difficoltà di campionamento di prismi di muratura di dimensioni significative, generalmente il prelievo interessa solo singoli elementi (malta, pietre o mattoni) o assemblaggi di limitate dimensioni Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali La qualità della muratura deve essere verificata: a) in situ, mediante il rilievo della tessitura muraria in superficie e in sezione b) in laboratorio, mediante la caratterizzazione di malte, pietre e/o mattoni, porzioni di muratura prelevati in situ Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Il prelievo di materiale per le prove di laboratorio deve essere condotto in modo da bilanciare le esigenze di significatività dei risultati e l’esigenza di non invasività del campionamento Il campione prelevato deve essere il più possibile indisturbato per essere effettivamente rappresentativo della situazione in situ Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Le finalità di queste prove possono essere molteplici. Possono interessare: −La caratterizzazione dei materiali da un punto di vista chimico, fisico / meccanico −L’individuazione dell’origine stessa del materiale, per impiegarne di simili nell’intervento di riparazione −La conoscenza della composizione della muratura −La misura del degrado, della durabilità, della resistenza ad agenti aggressivi di nuovi materiali da impiegare nel restauro Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Data la difficoltà di campionamento di prismi di muratura di dimensioni significative, generalmente il prelievo interessa solo singoli elementi (malta, pietre o mattoni) o assemblaggi di limitate dimensioni Prelievo di mattoni, pietre e malte La metodologia di campionamento dipende direttamente dalle caratteristiche del singolo materiale Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prelievo di mattoni, pietre e malte In linea generale, possono essere espressi alcuni principi guida: 1. il prelievo deve essere condotto nel rispetto dell’integrità dell’edificio 2. la quantità di materiale prelevato deve essere compatibile con lo scopo della prova e le richieste in termini di affidabilità della tecnica sperimentale 3. se il fine delle prove è la caratterizzazione e la verifica dell’estensione del danno, il prelievo di materiale deve essere effettuato su diverse parti dell’edificio; in questo modo è possibile individuare l’eventuale presenza di vari tipi di degrado Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prelievo di mattoni, pietre e malte 3. il campionamento deve riguardare porzioni dell’edificio non soggette all’azione della pioggia o a precedenti riparazioni, specialmente se il fine dell’indagine è la caratterizzazione dei leganti e degli aggregati delle malte 4. il numero di campioni deve essere sufficientemente alto, perché il risultato sia statisticamente significativo e rappresentativo della condizione della muratura Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prove sulle malte Attualmente non esistono prove standardizzate per la definizione della composizione, delle caratteristiche chimico-fisico e meccaniche di malte prelevate da edifici esistenti Spesso è molto difficile prelevare campioni di dimensioni sufficienti per l’esecuzione di prove meccaniche; quindi, le uniche informazioni attendibili, riguardano la composizione della malta e lo stato di degrado Le analisi chimiche e petrografiche, meno costose di altri tipi di prove, possono individuare il tipo di legante e di aggregato, il rapporto legante aggregato, il grado e l’estensione della carbonatazione, la presenza di reazioni chimiche e di sostanze di nuova formazione (reazioni pozzolaniche, reazioni tra aggregati e leganti, reazioni alcaliaggregati ecc.) Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali Prove sulle malte 1. Inesistenza di prove standardizzate per le caratteristiche chimico-fisico e meccaniche 2. Difficoltà di prelevare campioni di dimensioni sufficienti per la caratterizzazione meccanica 3. Acquisizione di informazioni relativamente a composizione della malta e stato del degrado Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE Analisi chimiche e petrografiche −Tipo di legante e di aggregato −Rapporto legante/aggregato −Grado ed estensione della carbonatazione; −Presenza di reazioni chimiche e di sostanze di nuova formazione (reazionipozzolaniche, reazioni tra aggregati e leganti, reazioni alcali -aggregati ecc.) Trattamenti termici o chimici, Metodi ottici −Separazione inerti/legante granulometria −Realizzazione di campioni per la valutazione della Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE La granulometria e la distribuzione degli aggregati può essere misurata attraverso la separazione degli aggregati stessi dal legante (trattamenti termici o chimici o con metodi ottici) % cumulativa Passsante La conoscenza della composizione di una malta anche se non esatta al 100% permette la riproduzione di malte 100 o miscele da iniezione 80 con caratteristiche simili 60 a quelle originarie o 40 comunque compatibili, 20 da usare in eventuali 0 operazioni di riparazione Setaccio Passante mm % 16.000 100.00 8.000 100.00 5.600 97.92 4.750 97.41 2.000 93.50 0.850 88.36 0.425 73.05 0.250 52.12 0.180 25.67 0.106 7.11 0.075 0.00 0.01 0.10 1.00 10.00 Luce netta del setaccio 100.00 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE: Riconoscimento dei Sali solubili Il riconoscimento dei sali può fornire indicazioni sulle cause di degrado ed accertare la loro presenza contribuisce a determinare lo stato di conservazione della muratura. Le analisi chimiche sono rivolte a verificare la presenza di: 1. Solfati. Disciolti nei leganti, sono altamente dannosi perché fortemente solubili, quindi facilmente trasportabili nella muratura, e cristallizzano innescano il meccanismo di sfogliamento 2. Nitrati. Derivano dalla decomposizione di sostanze organiche e indicano spesso la risalita di acqua inquinata nelle pareti 3. Alogenuri. Presenti nelle antiche murature sono legati a fenomeni di migrazione di Sali Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE ATTREZZATURA DI PROVA Banco a fatica servoassistito Trasduttori di spostamento induttivi C-F tra le piastre, G-J sui lati MODALITÀ DI PROVA Ciclica a carico imposto. Velocità di prova: valore di rottura in 1 - 1.5 minuti DIMENSIONE PROVINI 40x40x100mm Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SULLE MALTE: Analisi chimiche perdita al fuoco CO2 SiO2 Al2O3 + Fe2O3 Rapporto legante/aggregato 13.7 11.7 50.38 15.48 Fe2O3 CaO MgO SO3 2.77 14.83 1.61 0.19 Residuo insolubile Na2O K2O Sil.Sol Gardo Carbonatazione 64.06 1.17 1.3 0.38 Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PIETRE E MATTONI Prove Chimiche Prove per l’individuazione di solfati alcalini Analisi ottiche e mineralogiche Osservazioni ottiche (stereomicroscopio, SEM) Osservazioni petrografichesu sezione sottile Prove di Durabilità Prove di gelo e disgelo Prove di cristallizzazione salina Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PIETRE E MATTONI Prove Meccaniche Prove di compressione e di trazione indiretta Prove di durezza superficiale Prove Fisiche Misura del peso specifico Misura dell’assorbimento d’acqua per immersione totale o per risalita capillare Diffrattometria a raggi X Porosimetria a mercurio Misura dei coefficienti di espansione termica e in acqua Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PIETRE E MATTONI ATTREZZATURA DI PROVA Banco a fatica servoassistito B cella di carico, C trasduttore Trasduttori di spostamento induttivi F-I tra le piastre, J-M sui lati Estensometri D-E sui lati MODALITÀ DI PROVA Monotona (controllo di spostamento) DIMENSIONE PROVINI 40x40x120 (3 cubi sovrapposti) Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PIETRE E MATTONI: prova statica Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PARETI: prova ciclica Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PARETI: prova ciclica Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE SU PARETI: prova di compressione diagonale Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE DISTRUTTIVE IN SITU: prove su pannelli Adottate sia per la compressione che per il taglio, vengono realizzate in sito isolando il campione con dei tagli verticali per eliminare il confinamento laterale ed applicando il carico attraverso una struttura di contrasto Per l’esecuzione delle prove distruttive a taglio secondo tale procedura, possono efficacemente utilizzarsi gli stipiti delle aperture come superficie sulle quali applicare l’attrezzatura di contrasto Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE DISTRUTTIVE IN SITU: prove su pannelli Isolamento di una striscia di muro con due tagli verticali e messa in carico mediante martinetto nella zona centrale della parete Strumentazione della parete secondo le due diagonali dei due semipannelli individuati dalla retta di applicazione del carico Lo schema della prova è del tipo “beam test” e corrisponde all’applicazione di un carico di compressione diagonale sui due semipannelli Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE DISTRUTTIVE IN SITU: prove su pannelli La prova è effettuata in presenza della compressione esistente nella parete per effetto dei carichi ad essa sovrastanti Nei casi in cui questi si rivelino insufficienti, il carico di compressione viene fornito mediante mezzi e modalità simili allo svolgimento della prova di compressione diretta Livello di conoscenza (LC): Proprietà dei materiali PROVE DISTRUTTIVE IN SITU: prove su pannelli Isolamento di pannelli di forma circa quadrata per fare prove di compressione diagonale
