Costruzioni e dissesti statici

Ministero dell’Interno
Corpo 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 STATICI
1.
AZIONI SULLE COSTRUZIONI....................................................................................... 3
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
2.
GENERALITÀ ................................................................................................................... 3
CARICHI PERMANENTI ..................................................................................................... 3
SOVRACCARICHI VARIABILI .............................................................................................. 6
CARICO DELLA NEVE ....................................................................................................... 8
AZIONE DEL VENTO ......................................................................................................... 9
VARIAZIONI TERMICHE ................................................................................................... 10
SPINTA DELLE TERRE .................................................................................................... 10
AZIONI SISMICHE ........................................................................................................... 11
SOLLECITAZIONI NEI MATERIALI .............................................................................. 15
2.1 GENERALITÀ ................................................................................................................. 15
2.2 I VINCOLI ...................................................................................................................... 18
2.3 LA FORZA ..................................................................................................................... 22
2.4 IL MOMENTO ................................................................................................................. 23
2.5 COMPRESSIONE ........................................................................................................... 23
2.6 TRAZIONE ..................................................................................................................... 25
2.7 FLESSIONE ................................................................................................................... 25
2.8 TAGLIO ......................................................................................................................... 28
2.9 TORSIONE .................................................................................................................... 29
2.10 PRESSOFLESSIONE ................................................................................................... 30
3.
MATERIALI DA COSTRUZIONE................................................................................... 32
3.1 GENERALITÀ ................................................................................................................. 32
3.2 LEGNO ......................................................................................................................... 33
3.3 PIETRA ......................................................................................................................... 38
3.4 SABBIA E GHIAIA ........................................................................................................... 41
3.5 LEGANTI ....................................................................................................................... 41
3.6 MALTE.......................................................................................................................... 42
3.7 CALCESTRUZZO ............................................................................................................ 43
3.8 CEMENTO ARMATO ....................................................................................................... 44
3.9 LATERIZIO .................................................................................................................... 46
3.10 FERRO – ACCIAIO ..................................................................................................... 48
3.11 TERRENO.................................................................................................................. 50
4.
TIPOLOGIE COSTRUTTIVE.......................................................................................... 52
4.1
4.2
4.3
4.4
5.
GENERALITÀ ................................................................................................................. 52
STRUTTURE MURARIE ................................................................................................... 53
STRUTTURE INTELAIATE ................................................................................................ 54
STRUTTURE MISTE ........................................................................................................ 55
ELEMENTI STRUTTURALI ........................................................................................... 56
5.1 GENERALITÀ ................................................................................................................. 56
5.2 FONDAZIONI: NOZIONI GENERALI ................................................................................... 56
5.3 FONDAZIONI DIRETTE .................................................................................................... 60
5.4 FONDAZIONI PROFONDE ................................................................................................ 62
5.5 STRUTTURE VERTICALI .................................................................................................. 64
5.6 STRUTTURE ORIZZONTALI: CLASSIFICAZIONE ................................................................. 68
5.7 ARCHI, VOLTE ED ARCHITRAVI ....................................................................................... 69
5.8 SOLAI ........................................................................................................................... 72
5.9 SCALE .......................................................................................................................... 80
5.10 COPERTURE ............................................................................................................. 82
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
6.
ELEMENTI STRUTTURALI RELATIVI AL TERRENO.................................................. 85
6.1 OPERE DI CONTENIMENTO ............................................................................................. 85
6.2 PENDII NATURALI E ARTIFICIALI ...................................................................................... 89
6.3 ARGINI .......................................................................................................................... 91
7.
DISSESTI ....................................................................................................................... 93
7.1 GENERALITÀ ................................................................................................................. 93
7.2 LESIONI ........................................................................................................................ 93
7.3 STRUMENTI DI CONTROLLO DELLE LESIONI ..................................................................... 95
7.4 CEDIMENTO DELLE FONDAZIONI ..................................................................................... 97
7.5 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE MURARIE ..................................................................... 105
7.6 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO................................................... 118
7.7 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO E IN LEGNO ................................................. 124
7.8 METODI DIAGNOSTICI – RIEPILOGO DEI DISSESTI .......................................................... 125
7.9 INSTABILITÀ DI PENDII E SCARPATE............................................................................... 128
7.10 DISSESTI NEGLI ARGINI ............................................................................................ 130
8.
CONSOLIDAMENTI ..................................................................................................... 131
8.1 GENERALITÀ ............................................................................................................... 131
8.2 PUNTELLI .................................................................................................................... 132
8.3 ESEMPI DI PUNTELLATURE ........................................................................................... 136
8.4 TIRANTI ...................................................................................................................... 141
8.5 CERCHIATURE ............................................................................................................ 144
8.6 FONDAZIONI ................................................................................................................ 145
8.7 MURATURE ................................................................................................................. 147
8.8 SOLAI ......................................................................................................................... 149
8.9 ARCHI E VOLTE ........................................................................................................... 150
8.10 STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO ............................................................................ 153
8.11 INTERVENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO .................................................................... 154
8.12 CENNI SULLE DEMOLIZIONI ....................................................................................... 155
8.13 CONSOLIDAMENTO DEGLI ARGINI.............................................................................. 157
9.
COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI..................................................... 159
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
10.
RESISTENZA AL FUOCO ............................................................................................... 159
EFFETTI DELL’INCENDIO SUI MATERIALI DA COSTRUZIONE ............................................. 160
EFFETTI DELL’INCENDIO SULLE STRUTTURE .................................................................. 161
EFFETTI DELL’INCENDIO SUL CALCESTRUZZO ............................................................... 163
EFFETTI DELL’INCENDIO SUL LEGNO ............................................................................. 165
SCHEDE DEI DANNI................................................................................................ 167
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
11.
2
RILIEVO DEI DANNI ................................................................................................... 167
SCHEDA DI RILEVAMENTO ........................................................................................ 168
SCHEDE TECNICHE PER IL RILEVAMENTO DEI DANNI .................................................. 172
COMUNICAZIONE DEI DANNI ..................................................................................... 179
INTERVENTO DI VERIFICA SU UNA FRANA................................................................... 180
INDICE DELLE FIGURE........................................................................................... 181
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
1.
AZIONI SULLE COSTRUZIONI
1.1 GENERALITÀ
Per comprendere la rispondenza di una costruzione ai requisiti di stabilità necessari alla
sicurezza, è necessario stabilire quali siano esattamente le azioni alle quali la costruzione è
sottoposta e che potrebbero causare lesioni o disfunzioni.
Tali azioni provocano infatti sollecitazioni nei materiali che vanno contenute entro i valori
ammissibili 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 della
costruzione, sono considerati carichi permanenti.
Per avere un’idea dei pesi dei materiali più comuni usati nell’edilizia, si veda la tabella
riportata 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 metro
quadrato) se si tratta di elementi costruttivi piani (solai), oppure in kg/ml (chilogrammi a
metro lineare) quando si tratta di elementi lineari (travi).
I carichi di questo tipo possono essere
uniformemente distribuiti o variare da
punto a punto, come la spinta del terreno
o dell'acqua su un muro di sostegno o una
diga.
Figura 1 – Pressione dell’acqua su una
diga 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.
3
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
In alcuni casi il carico potrà essere concentrato, quindi dato in kg, se la superficie di
applicazione è piccola rispetto alla struttura sollecitata.
Figura 2 – Casi di carico concentrato
4
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Pesi per unità di volume dei principali materiali strutturali
kg/m3
Conglomerato cementizio ordinario
2400
Conglomerato cementizio ordinario armato (e/o
precompresso)
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
Tufo vulcanico
1700
Calcare compatto
2600
Calcare tenero
2200
Granito
2700
Pietrame
Laterizio (pieno)
1800
Malta di calce
2100
Malta di cemento
2100
5
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
1.3 SOVRACCARICHI VARIABILI
In un edificio si svolgono attività che possono provocare situazioni di carico che variano nel
tempo. Per esempio, in un ambiente destinato a sala di riunioni possono trovarsi un numero
molto vario di persone; oppure in una abitazione i mobili possono essere disposti in qualsiasi
modo.
La normativa prevede nove categorie di sovraccarichi variabili per cercare di ridurre il
numero delle infinite condizioni di carico. In questo modo si potranno applicare i valori definiti
come 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 sulla
struttura per effettuare verifiche localizzate (i carichi orizzontali sono utili soprattutto per
verificare la tenuta dei parapetti).
L’entità dei carichi variabili previsti dalla normativa è piuttosto elevata per tenere conto della
peggiore tra le possibilità di carico. Per esempio, il carico prescritto dalla normativa per gli
edifici di abitazione è di 200 kg/mq, quindi una stanza da 12 mq sarebbe sollecitata da un
sovraccarico 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 parete
da 4x3 m, questa da sola pesa almeno 1800 kg.
6
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Sovraccarichi variabili (come da normativa)
Cat.
Tipo di locale
Verticali
ripartiti
Verticali
concentrati
Orizzontali
lineari
kg/m2
kg
kg/m
1
Ambienti non suscettibili di affollamento (locali abitazione 200
e relativi servizi, alberghi, uffici non aperti al pubblico) e
relativi terrazzi a livello praticabili
200
100
2
Ambienti suscettibili di affollamento (ristoranti, caffè,
banche, ospedali, uffici aperti al pubblico, caserme) e
relativi terrazzi a livello praticabili
300
200
100
3
Ambienti suscettibili di grande affollamento (sale
400
convegni, cinema, teatri, chiese, negozi, tribune con posti
fissi) e relativi terrazzi a livello praticabili
300
150
4
Sale da ballo, palestre, tribune libere, aree di vendita con 500
esposizione diffusa (mercati, grandi magazzini, librerie,
ecc.) e relativi terrazzi a livello praticabili
400
300
5
Balconi, ballatoi e scale comuni (esclusi quelli pertinenti
alla Cat. 4)
400
200
150
6
Sottotetti accessibili (per sola manutenzione)
100
200
100
7
Coperture
-
non accessibili
50
120
-
accessibili: secondo categoria di appartenenza (da 1
a 4)
--
--
--
-
speciali (impianti, eliporti, altro): secondo il caso
--
--
--
8
Rimesse e parcheggi:
8
-
per autovetture di peso a pieno carico fino a 3000 kg 250
200 x 10
100
8
-
per transito di automezzi di peso superiore a 3000
kg: da valutarsi caso per caso
--
--
--
9
Archivi, biblioteche, magazzini, depositi, laboratori,
officine e simili: da valutarsi secondo il caso ma
comunque
≥ 600
600
100
7
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
1.4 CARICO DELLA NEVE
Per stabilire il carico della neve su una copertura la normativa prescrive un calcolo
abbastanza 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 regioni
per stabilire il carico della neve
8
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
1.5 AZIONE DEL VENTO
Analogamente a quanto stabilito dalla normativa per la determinazione del carico della neve
si 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 per
stabilire il carico del vento
9
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
1.6 VARIAZIONI TERMICHE
Qualsiasi materiale cambia di volume al variare della temperatura. Il fenomeno non è quasi
mai direttamente osservabile, perché le variazioni dimensionali sono minime1; tuttavia tali
deformazioni possono provocare azioni anche molto elevate nelle strutture.
Per questo motivo, negli edifici molto grandi si
usa inserire un giunto di dilatazione ogni 25-30
m per evitare lesioni causate da una
deformazione 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 entità
inferiore ai primi.
In ogni caso, la spinta delle terre su un muro di
sostegno aumenta all’aumentare della
profondità (come la pressione dell’acqua).
Figura 6 – Diagramma della pressione del
terreno su muro di sostegno
1
Il coefficiente di dilatazione termica del ferro è uguale a 0,0012% per ogni grado di aumento di
temperatura, ovvero passando da 20° a 45° (differenza di temperatura = 25° - come imposto dalla
normativa) 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 determinata
dal contenuto d’acqua che il terreno è in grado di assorbire.
10
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
1.8 AZIONI SISMICHE
Il rapido movimento del suolo in caso di terremoto provoca azioni sulle strutture che
possono arrivare a distruggerle1.
La normativa classifica le zone sismiche in tre
categorie, 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 sul
quale sono stati impilati degli oggetti si ottiene una simulazione degli effetti del terremoto su un
edificio.
11
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
L’appartenenza di una costruzione ad una di queste zone comporta la verifica sismica delle
sue strutture. Inoltre, vengono prescritte limitazioni di altezza rispetto alla larghezza stradale
ed 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 zona
sismica
1
Si tratta di norme relative alle opere di fondazione e alla distanza minima tra edifici a contatto.
12
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
La normativa traccia due strade per determinare gli effetti del sisma sulle strutture. Per
edifici con struttura regolare e con elementi di fabbrica di luce standard è ammessa l’analisi
statica. Altrimenti è necessario ricorrere all’analisi dinamica, molto più complessa e
praticamente ineseguibile senza l’ausilio di un elaboratore elettronico.
L’analisi statica simula l’azione di un terremoto1 con due
insiemi di forze orizzontali2 agenti non contemporaneamente
secondo due direzioni ortogonali di progetto3. Tali forze sono
generalmente applicate ai solai dell’edificio lungo le due
direzioni descritte. Generalmente, essendo le forze
proporzionali all’altezza, esse sono maggiori per i solai più
alti.
Figura 9 – Analisi statica
L’analisi statica schematizza quindi il terremoto, che è un’azione di tipo vibratorio, con una
azione di tipo statico equivalente. L’analisi dinamica, invece, simula4 un sisma simile a
quelli verificatisi nella zona di costruzione e il comportamento “reale” della struttura durante il
terremoto.
Entrambi i metodi tendono comunque ad approssimare un evento che è comunque
naturale e difficilmente riducibile a standard. Accade talvolta che l’azione sismica si esplichi
in maniera imprevedibile e concentri la sua azione in maniera diversa da quella che ci si
aspettava, con risultati disastrosi.
1
L’azione che si prende in considerazione deriva dal movimento “ondulatorio” del terreno che si
verifica durante il terremoto, cioè lo spostamento del terreno in avanti e indietro lungo una direzione
purtroppo 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 dei
suoi lati. Verificando la struttura per tutte e due le ipotesi di carico separatamente si contempla anche
il caso di un terremoto agente lungo la diagonale.
4
Ogni configurazione geologica ha un diverso tipo di terremoto che, se viene registrato dai
sismografi, fornisce una base dati per una simulazione efficace.
13
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Nell'analisi dinamica viene elaborato uno spettro sismico di progetto, che definisce le
modalità di vibrazione propria dell'edificio. In questo modo, sarà possibile verificare la
struttura con molta accuratezza.
Spettri sismici di progetto
14
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 tavola
appoggiata a due cavalletti, la tavola si
abbassa sotto il nostro peso1. Nello stesso
identico modo si inflette una trave di cemento
armato sotto carico, anche se in modo molto
meno evidente2.
Figura 10 – Sollecitazione
Le azioni sulle strutture definite al capitolo precedente determinano sollecitazioni3 nei
materiali.
1
In questo caso:
Peso del corpo Æ Flessione
equivale a dire:
Azione Æ 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
Calcestruzzo
Legno
3
2 100 000
220 000 – 360 000
100 000
La causa (azione) provoca nel materiale un effetto (sollecitazione).
15
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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
16
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
E' molto importante stabilire con esattezza le sollecitazioni alle quali sarà sottoposta ogni
parte dell’edificio, perché si dovrà verificare che il materiale usato sia sufficiente ad
assorbirle senza lesioni o deformazioni eccessive1.
Figura 12 – Il muro, appoggiato su un
architrave 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, sarà
possibile derivare da una lesione le azioni che la hanno provocata e tentare quindi di
risolvere il problema che la ha causata.
Attraverso lo studio delle deformazioni è inoltre possibile determinare con esattezza le
azioni 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 rottura
di elementi costruttivi non strutturali. Un esempio tipico è la rottura di un muro appoggiato su un
architrave troppo elastico: la trave si flette sotto carico ma il muro, più rigido, non riesce ad adattarsi
alla nuova forma e si fessura.
2
Applicando un carico noto ad una trave di cemento armato della quale non si conosce l’armatura e
misurando strumentalmente la deformazione da esso provocata si può calcolarne la rigidezza. In
questo modo si effettuano le perizie strutturali.
17
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
2.2 I VINCOLI
Si definiscono vincoli i modi in cui un elemento strutturale può essere collegato agli altri
elementi (per esempio: una trave ad un pilastro, un muro alla sua fondazione, ecc.) od al
terreno1.
Per capire il concetto di vincolo, è necessario definire i
modi in cui può muoversi un oggetto su un piano: può
traslare2 o ruotare. Un corpo libero di muoversi in
questo 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 alcuni
casi si tratta di un semplice appoggio.
2
La traslazione può avvenire nelle due direzioni del piano: X ed Y, che sono convenzionalmente
ortogonali tra loro e dirette la prima da sinistra a destra, la seconda dal basso verso l’alto
18
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Se ad un punto dell’oggetto viene impedita la
traslazione in una sola delle due possibili direzioni,
ma non la traslazione nell’altra direzione e la rotazione
intorno al punto stesso, si è applicato un vincolo che
viene denominato appoggio1.
Figura 14 – Corpo appoggiato
APPROFONDIMENTO
Costruttivamente, gli appoggi si realizzano in modo da corrispondere alla loro
idealizzazione.
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 dei
ponti per consentire lo scorrimento provocato dalle forti dilatazioni termiche dell’impalcato sulle pile.
19
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Se ad un punto dell’oggetto viene impedita la
traslazione in tutte e due le possibili direzioni, ma non
la rotazione intorno al punto stesso, si è applicato un
vincolo 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 non
proseguono oltre il pilastro. In questo modo si considerano vincolate le aste di parete delle travi
reticolari (le aste verticali e diagonali).
20
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Se ad un punto dell’oggetto viene impedita sia la
traslazione che la rotazione intorno al punto stesso, si
è applicato un vincolo che viene denominato incastro.
Figura 16 – Corpo incastrato
I vincoli così idealmente definiti sono piuttosto rari nelle costruzioni: si pensi alle difficoltà
tecniche per la realizzazione di una cerniera ideale. Tuttavia, per la comprensione del
funzionamento di una struttura è indispensabile capire dove può verificarsi o meno una
situazione schematizzabile con un vincolo di incastro o di cerniera.
Per esempio, nel telaio rappresentato in figura è piuttosto
evidente che il nodo C ruota sotto l’applicazione del carico,
differentemente dal nodo I. Si può quindi schematizzare la
trave T come vincolata da una cerniera e da un incastro e
studiarla a parte, come elemento isolato; le deduzioni fatte
saranno comunque valide.
Figura 17 – Utilizzo dei vincoli per isolare una parte della struttura
e studiarla separatamente.
21
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Concludendo, i vincoli permettono di isolare il singolo elemento di una struttura e di studiarlo
con maggiore semplicità. Un esempio aiuterà a capire quanto detto.
La parte verticale di un muro di contenimento del
terreno realizzato in muratura su una fondazione in
cemento armato è vincolato alla fondazione come in
figura: con una cerniera situata sul punto intorno al
quale il muro ruoterebbe in caso di cedimento. Questa
astrazione permette di calcolare se il peso del muro è
in grado o meno di bilanciare la pressione del terreno1.
Figura 18 – Schematizzazione del ribaltamento di un
muro
2.3 LA FORZA
La forza è una azione caratterizzata da un punto di
applicazione, da una direzione e da una intensità2.
Le unità di misura comunemente adottate in edilizia
per le forze sono il chilogrammo o la tonnellata (pari a
1000 kg).
Figura 19 – Caratteristiche di una forza
Nell’edilizia è raro che una azione sia schematizzabile come una forza, infatti le azioni sono
generalmente ripartite3 su una superficie e non su un punto. Tuttavia, per semplicità di
ragionamento e quando questo è lecito, alcune azioni vengono condensate in una singola
forza. 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 al
ribaltamento. 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 nei
materiali 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 le
sollecitazioni).
22
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
2.4 IL MOMENTO
Quando la direzione di una forza non passa attraverso
il punto di applicazione ma ad una distanza da esso
detta “braccio”, si genera un momento pari
all’intensità della forza moltiplicata il braccio. L’unità di
misura comunemente adottata in edilizia per il
momento è il kgm (chilogrammo per metro).
Il momento è molto importante perché provoca
sollecitazioni 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 le
murature2.
Un’azione centrata agente
perpendicolarmente (se non fosse
perpendicolare, provocherebbe anche una
flessione) sul centro di uno dei lati di un
solido provoca una sollecitazione di
compressione semplice ed una
conseguente deformazione consistente
nello schiacciamento del solido stesso.
Un’altra deformazione provocata dalla
compressione è l’abbottamento del solido
che assume la forma di una botte, anche se
questa alterazione è, in proporzione, molto
più piccola di quanto sia l’accorciamento.
Figura 21 – Solido sottoposto a
compressione
1
Pensando ad una struttura in cemento armato, le travi sono generalmente gli elementi più fragili in
quanto sollecitate prevalentemente a flessione, mentre i pilastri sono particolarmente sollecitati nelle
strutture sismiche perché devono resistere alle sollecitazioni di flessione provocate dal terremoto oltre
che al peso dei piani superiori che li sollecitano a compressione (si parla di sollecitazione di
pressoflessione).
2
Come si capirà meglio in seguito, la sollecitazione di compressione non si verifica mai da sola, ma
quasi sempre associata a flessione (la sollecitazione composta si chiama pressoflessione). Questo
è dovuto all’impossibilità effettiva che una azione agisca esattamente al centro di una sezione
resistente. La distanza tra il punto di applicazione ed il centro della sezione provoca un momento
flettente pari all’intensità della forza moltiplicata per la distanza stessa.
23
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Quando la compressione supera i valori di resistenza1 del
materiale iniziano ad apparire lesioni a andamento verticale,
infatti l’espansione laterale arriva a distaccare tra loro le fibre del
materiale fino a provocarne la rottura.
Figura 22 – Lesioni da schiacciamento
Gli elementi strutturali sollecitati a compressione
possono però cedere molto prima che il valore
della sollecitazione raggiunga il massimo
ammissibile. Questo si verifica quando la
lunghezza dell’elemento è molto superiore alla
larghezza – si dice in questo caso che l’elemento
strutturale è snello – mentre il fenomeno è
denominato 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 si
riesce 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
Legno
c.a.
Muratura
24
1600
100
60
8
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Si provi ad applicare una pressione crescente all’estremità di una riga lunga 60 cm
appoggiata verticalmente al pavimento.
Si nota che quasi subito la riga si flette lateralmente e che, se si volesse continuare ad
aumentare la pressione, si rompe.
Per rompere invece uno spezzone della stessa riga della lunghezza di 5 cm dovremmo
applicare una pressione molto superiore.
Ad esempio, si potrebbe pensare che un pilastro da 30x30 cm abbia la stessa portanza di
uno da 10x90 cm perché hanno la stessa sezione resistente. Questo può essere vero, a
patto che la loro altezza sia inferiore (in questo caso) a due metri. Se i due pilastri fossero alti
quattro 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 o
legno, infatti gli altri materiali, come la muratura o il calcestruzzo (non armato), sono poco
resistenti a trazione1.
Gli elementi strutturali che sono dedicati principalmente
ad assorbire azioni di trazione sono detti tiranti. Come
ad 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 nel
materiale la sollecitazione che riconosce come più efficace: la flessione. La flessione
provoca infatti nel materiale sia la sollecitazione di compressione che di trazione, ovviamente
in 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.
25
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Una trave appoggiata sottoposta ad un carico si inflette. Come conseguenza, la parte
superiore risulta compressa mentre quella inferiore è tesa (si noti l’avvicinamento della
parte 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 moltiplicata
per un braccio. Questo permette di aumentare l’intensità del momento (a parità di forza
applicata) aumentando il braccio, cioè della distanza tra la forza stessa ed il suo punto di
applicazione1.
Consideriamo un esempio: una trave su due appoggi
sollecitata da una forza applicata nel suo centro.
A causa della forza applicata, la trave sarà sollecitata
da un momento flettente di intensità pari, in ogni punto
della trave, al momento indotto dalla forza; o, per
meglio dire, dalle reazioni sugli appoggi che sono di
intensità pari a ½ della forza applicata.
Figura 25 – Trave appoggiata con carico centrato
1
Le leve funzionano sulla base di questo principio.
26
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Quando un carico concentrato agisce su una trave appoggiata provoca sugli appoggi
reazioni inversamente proporzionali alla distanza tra il carico e l’appoggio. Per cui, in una
trave un carico N concentrato provoca nell’appoggio una reazione pari a:
Reazione = Carico x Distanza dall’appoggio opposto / Lunghezza trave
Nel 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 ad
una distanza B dall’appoggio, il momento in quel punto
(e quindi la sollecitazione di flessione) è pari al
prodotto 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 può
tracciare un diagramma del momento che ne descrive l’andamento, che nel caso
esaminato è rappresentato in figura. I diagrammi sono molto utili a comprendere l’andamento
delle sollecitazioni nelle diverse sezioni degli elementi strutturali.
Il massimo della sollecitazione si verifica in corrispondenza del punto di applicazione della
forza. È in questo punto che, aumentando progressivamente l’intensità della forza applicata,
la trave inizierebbe a lesionarsi.
Figura 27 – Diagramma dei momenti in una trave
appoggiata sollecitata con un carico centrato.
27
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
I diagrammi dei momenti sono utili
soprattutto quando la configurazione
strutturale è complessa come nel caso in
figura, che rappresenta i diagrammi dei
momenti generati in un telaio da un carico
ripartito 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 di
taglio che si provoca con un paio di forbici su un foglio di carta: le lame delle forbici applicano
due forze opposte, quasi allineate (se fossero perfettamente allineate le due forze
provocherebbero una sollecitazione di compressione semplice), che determinano lo
scorrimento lungo il piano di taglio del materiale e quindi la rottura in quel punto.
Figura 28 – Sollecitazione di taglio
puro.
Quella che è stata applicata in questo modo è una sollecitazione di taglio pura.
28
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Se però si allarga la forbice, anche se
di poco, si provoca anche un momento
flettente proporzionale alla distanza tra
le direzioni di applicazione delle due
forze contrapposte1.
Figura 29 – Sollecitazione di taglio e
momento flettente.
2.9 TORSIONE
Se si applica un momento ad un elemento strutturale si provoca flessione, ma se si ruota il
piano di applicazione del momento si provoca una torsione. La torsione si può intendere
quindi come una “flessione trasversale”.
Chiarisce il concetto l’esempio della
manovella: la forza applicata alla
maniglia provoca una flessione sulla
parte A, mentre la parte B è sollecitata
a torsione.
Figura 30 – Manovella
1
Adottando un ragionamento inverso un momento flettente provoca un taglio nel materiale,
29
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
La torsione tende quindi a far scorrere le sezioni
di un solido intorno al loro centro, così come
avviene in un mazzo di carte stretto tra due mani
che 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 di
cemento armato, ma questa sollecitazione assume particolare importanza quando si
considera l’organismo edilizio nel suo insieme.
È' il caso della sollecitazione sismica, che può
provocare la torsione intorno all’asse verticale di
un edificio: questo tipo di sollecitazione è molto
dannoso.
Figura 32 – Torsione pari all’azione sismica per il
braccio 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 flessione
e taglio agiscano insieme).
Le sollecitazioni sono infatti quasi sempre tutte presenti nelle varie parti di una struttura, ma
per semplificare il calcolo e l’analisi strutturale, si tende normalmente ad ignorare quelle che
influiscono meno sulla statica dei vari elementi strutturali.
1
È sempre utile immaginare un materiale omogeneo come composto da strati sovrapposti, perché
le sollecitazioni agiscono sempre secondo direzioni preferenziali, rispetto alle quali il materiale
risponde 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 come
la flessione determina lo scorrimento reciproco tra i fogli. Se si aumenta il legame tra i fogli (per
esempio 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.
30
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
La sollecitazione composta più frequente in edilizia è
la pressoflessione. Si consideri un pilastro
sottoposto ad una sollecitazione di compressione
semplice.
Figura 33 – Pilastro sottoposto a compressione
Se si sposta di una distanza d il punto di applicazione
della forza rispetto al centro della sezione si provoca,
oltre alla compressione, un momento pari al prodotto
della 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 mai
sottovalutare l’effetto negativo dovuto alla non perfetta centratura di un carico su un
pilastro. Lo stesso discorso vale per le murature che spesso si lesionano in conseguenza del
momento provocato dall’eccentricità di carico.
31
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
3. MATERIALI DA COSTRUZIONE
3.1 GENERALITÀ
I materiali di base utilizzati per la costruzione possono essere classificati, da un punto di
vista tecnico, in due principali categorie:
•
materiali naturali, direttamente reperibili in natura, come il legno, le pietre più o meno
squadrate, le sabbie e le ghiaie;
•
materiali artificiali, ottenuti dalla lavorazione di materie prime naturali e che sono la
grande 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 di
due o più materiali diversi, combinati in modo da sfruttare al meglio le caratteristiche
meccaniche prevalenti di ognuno di loro. Un esempio molto importante di questo tipo di
combinazione è il cemento armato1, costituito da calcestruzzo e da barre di ferro
opportunamente disposte al suo interno.
APPROFONDIMENTO
Cemento armato – Nomenclatura
1
Il nome corretto è calcestruzzo armato, ma il nome correntemente usato è cemento armato.
32
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
3.2 LEGNO
Il legno è forse il più antico dei materiali da costruzione perché reperibile molto facilmente in
natura. Ogni diversa essenza ha caratteristiche tecniche ed estetiche particolari, ed una
classificazione 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, è
frequente l’impiego dell’abete o del pino, mentre al Centro sono molto usati il castagno o la
quercia.
Attualmente si fa largo uso del cosiddetto legno
lamellare, realizzato in segheria mediante
incollaggio di assi di legno tra loro; in questo
modo si ottengono elementi strutturali di
qualsiasi forma o dimensione.
Figura 35 – Sezioni di legno lamellare
APPROFONDIMENTO
La tecnologia del legno lamellare incollato viene sempre più spesso impiegata per la
realizzazione di elementi strutturali di dimensioni tali da non poter essere ricavati, quale
pezzo unico, dai tronchi di dimensioni commerciali.
Questa tecnologia consiste nell’assemblare strisce sottili di legno di spessore per lo più non
superiore 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 viene
adottata nelle strutture esposte agli agenti atmosferici.
Longitudinalmente la giunzione delle strisce avviene con incollaggio delle superfici di
contatto ampliate mediante fitta dentellatura a pettine; le giunzioni vengono sfalsate
nell’altezza della sezione complessiva.
33
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 sua
volta suddivisa in due sotto-categorie, a seconda del tipo di legno: resinoso e non
resinoso. Alle tre categorie di resistenza del legno corrispondono differenti caratteristiche
meccaniche.
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 da
considerare per la determinazione della
categoria di appartenenza.
Le travi (a sezione rettangolare) ed i pali (a sezione circolare) in legno hanno dimensioni
standardizzate1, che variano da 6x6 cm a 40x60 cm per le travi e da un diametro di 8 cm a
33 cm per i pali. Le lunghezze reperibili in commercio sono relative alla sezione: si va da 4
m 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.
34
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Tensioni ammissibili per legname da carpenteria
Tensioni ammissibili
Sollecitazione
(assiale o trasversale)
rispetto alle fibre
Cat. I
non
resinoso
Cat. II
resinoso
non
resinoso
kg/cm2
Cat. III
resinoso
non
resinoso
kg/cm2
resinoso
kg/cm2
Compressione
assiale
128
122
102
97
92
77
Compressione
trasversale
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
35
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
b
h
Wx
A
2
3
C x Wx
3
(cm)
(cm)
(cm )
(cm )
(cm )
6
6
36
36
36
7
8
9
10
12
14
16
8
48
64
64
*10
60
100
100
12
72
144
144
7
49
57
57
10
70
117
117
*12
84
168
168
14
98
229
229
8
64
85
85
*12
96
192
192
14
112
261
261
16
128
341
307
9
81
121
121
12
108
216
216
*14
126
294
294
16
144
384
346
18
162
486
437
10
100
167
167
14
140
327
327
*16
160
427
384
18
180
540
486
20
200
667
600
12
144
288
288
*18
216
648
583
*20
240
800
720
22
264
968
871
24
288
1152
1014
14
196
457
457
*20
280
933
840
*22
308
1129
1016
*24
336
1344
1183
28
392
1829
1509
16
256
683
615
20
320
1067
960
*24
384
1536
1352
28
448
2091
1725
32
512
2731
2185
* Sezione con rapporto ottimale fra i lati:
36
TRAVI – DIMENSIONI STANDARD
1/√2+1/√3
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
b
2
3
C x Wx
3
(cm)
(cm )
(cm )
(cm )
18
18
324
972
875
*26
468
2028
1724
*30
540
2700
2160
32
576
3073
2458
36
648
3888
3110
20
400
1333
1200
28
560
2613
2156
*32
640
3413
2730
36
720
4320
3456
40
800
5333
4266
22
484
1775
1598
30
660
3300
2640
*36
792
4752
3802
40
880
5867
4694
44
968
7099
5679
24
576
2304
2028
32
768
4097
3278
*38
912
5776
4621
42
1008
7056
5645
48
1125
9216
7373
26
676
2929
2490
36
936
5616
4493
46
1196
9169
7335
52
1352
11721
9377
22
24
26
28
30
35
40
* Sezione con rapporto ottimale fra i lati:
Wx
A
(cm)
20
TRAVI – DIMENSIONI STANDARD
h
28
784
3659
3019
*40
1120
7467
5974
50
1400
11666
9333
30
900
4500
3600
42
1260
8820
7056
52
1560
13526
10821
35
1125
7146
5717
40
1400
9333
7466
*50
1750
14583
11666
40
1600
10667
8534
50
2000
16667
13334
*60
2400
24000
19200
1/√2+1/√3
37
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Una lavorazione molto diffusa del legno sono le tavole e le assi, utilizzate per i solai di
calpestio e di copertura oltre che per i ponteggi.
Come già detto, è possibile ottenere travi di qualsiasi dimensione utilizzando il legno
lamellare.
Figura 37 – Struttura in legno lamellare,
dove si nota l’estrema flessibilità costruttiva
del 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 di
strutture murarie a secco, senza cioè interposizione di malta tra una pietra e l’altra. Opere di
questo tipo richiedono una estrema perizia da parte del muratore, che deve posizionare i
vari 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 di
contatto isolato possa fungere da cuneo e spaccare un elemento sotto il peso degli elementi ad esso
superiori.
38
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Figura 38 – Mura poligonali di Amelia (Terni)
Attualmente la muratura in pietra, a secco o con l’uso di malta, si usa soprattutto per motivi
estetici. Normalmente, infatti, si preferisce l’uso di mattoni, più economici, leggeri e
resistenti.
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. Le
rocce più compatte, come il granito, sono molto dure ma difficilmente lavorabili1; il contrario
vale 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 in
cava in lastre, come finitura delle coperture in sostituzione delle tegole, come rivestimento
o come pavimentazione.
1
Una pietra molto resistente richiede speciali apparecchiature per il suo taglio. In alternativa la si può
spaccare assestando un colpo di scalpello lungo una delle sue venature. Non tutte le pietre
possiedono però un sistema di venature, derivate dalla sedimentazione su strati della roccia originaria.
39
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
CARATTERISTICHE MECCANICHE DI ELEMENTI RESISTENTI NATURALI
Carico di rottura
trazione
2
40
compressione
2
E
3
(10 x kg/cm2)
(kg/cm )
(kg/cm )
Graniti
20 ÷ 60
1000 ÷ 1800
500 ÷ 600
Tufi vulcanici
7 ÷ 10
30 ÷ 70
30 ÷ 150
Calcari
30 ÷ 70
600 ÷ 1400
400 ÷ 700
Travertini
-
500 ÷ 600
-
Arenarie
10 ÷ 40
400 ÷ 200
80 ÷ 300
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
3.4 SABBIA E GHIAIA
Dalla frantumazione naturale o artificiale delle rocce più dure, silicee o calcaree, si ottengono
le 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 che
solitamente sono presenti nei banchi di estrazione.
La forma dei grani dipende dalla loro origine: tondeggiante e levigata è la sabbia e la
ghiaia di fiume, sottoposta alla continua erosione da parte dell’acqua; mentre è angoloso e
scabroso il materiale derivato dalla frantumazione naturale (cicli di gelo e disgelo) o
artificiale.
Questi materiali vengono usati da soli per riempimenti o drenaggi. Uniti ai vari tipi di legante
costituiscono le malte.
3.5 LEGANTI
I leganti sono materiali usati per “incollare” tra loro la sabbia e la ghiaia (detti “inerti”) e
formare le malte, usate a loro volta come intonaco o come “collante” tra le pietre o i mattoni
artificiali 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 presa
solo in presenza d’aria.
Le calci aeree si ottengono dalla cottura a circa 900°C e successiva polverizzazione di
rocce calcaree. Il materiale così ottenuto, comunemente denominato “calce viva”, viene
messo in commercio e “spento” in cantiere con aggiunta d’acqua. Questo procedimento
non è più in uso in quanto troppo costoso.
Il gesso si ottiene con un procedimento analogo ma il materiale di partenza, anziché
essere la roccia calcarea è la selenite. A presa ed indurimento avvenuto, il gesso è
sensibile all’umidità, che ne fa aumentare il volume fino a disgregare i materiali al
contorno; questo ne limita l’utilizzo ai luoghi asciutti. In caso di incendio il gesso è in
grado di assorbire una notevole quantità di calore e può essere quindi efficacemente
usato come protezione di altri materiali.
I leganti idraulici, oltre a far presa anche in assenza d’aria, hanno caratteristiche
meccaniche notevolmente superiori ai leganti aerei.
Le calci idrauliche possono essere naturali o artificiali. Le prime sono prodotte dalla
cottura 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 si
definiscono artificiali.
Il cemento è il più versatile e resistente dei leganti in generale. Il cemento Portland (dal
nome della prima cava) si ottiene per macinazione del clinker (consistente
essenzialmente in silicati di calcio) con aggiunta di gesso, calce, silice e ossido di ferro
per regolare il processo di idratazione. Altri tipi di cemento derivati dal Portland sono il
41
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
cemento d’altoforno, pozzolanico e alluminoso, aventi caratteristiche svariate. In
commercio esistono una grande quantità di cementi speciali, a presa rapida o per il
restauro1 del calcestruzzo armato.
3.6 MALTE
Mescolando con opportuni dosaggi i leganti con sabbia2 e acqua si ottengono i vari tipi di
malte. Le combinazioni sono diverse, e l’uso delle malte può essere la realizzazione di un
intonaco o il collegamento di pietre o mattoni nelle murature.
Le malte per muratura sono classificate dalla normativa, che ne prescrive i dosaggi e le
resistenze. In particolare la malta di cemento, di elevata resistenza, viene usata per la
fabbricazione di manufatti industriali (mattoni, tegole, mattonelle, ecc.).
APPROFONDIMENTO
CLASSIFICAZIONE E RESISTENZE MEDIE A COMPRESSIONE DELLE MALTE
Resistenza
Classe
Composizione
Tipo
cemento
calce
area
calce
idraulica
sabbia
pozzolana
cementizia
1
-
-
3
-
8
"
1
-
0,5
4
-
50
5
bastarda
1
-
1
5
-
M4
25
2,5
"
1
-
2
9
-
M4
25
2,5
pozzolanica
-
1
-
-
3
M4
25
2,5
idraulica
-
-
1
3
-
kg/cm2
N/mm2
M1
120
12
M2
80
M3
1
Il normale cemento, indurendosi, subisce una leggera contrazione chiamata “ritiro”. I cementi adatti
al restauro sono fabbricati in modo da non cambiare di volume: si prestano quindi a chiudere piccole
cavità 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
42
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
3.7 CALCESTRUZZO
Il calcestruzzo è ottenuto mescolando cemento, sabbia, ghiaia, acqua ed eventuali
additivi1 in quantità stabilite. Rispetto alle malte, il calcestruzzo è più resistente e viene
usato, insieme al ferro, nella fabbricazione del calcestruzzo armato, comunemente
chiamato cemento armato.
La resistenza maggiore rispetto alle malte
deriva dall’uso della ghiaia in aggiunta alla
sabbia, infatti gli sforzi vengono assorbiti
principalmente dai grani di ghiaia mentre la
sabbia ed il cemento servono soprattutto a
“tenere insieme” il tutto.
Figura 39 – Andamento delle tensioni all’interno
del calcestruzzo
La resistenza a compressione del calcestruzzo deriva quindi dallo sfruttamento dell’elevata
resistenza della pietra (sotto forma di ghiaia). La sua particolarità, rispetto alla pietra, è però
di essere fluido e di poter assumere quindi qualsiasi forma. Una volta indurito, il
calcestruzzo diviene quindi una “pietra” ma della forma che si vuole.
Per ottenere questo risultato è necessario
prestare attenzione alla composizione del
calcestruzzo. Il risultato da ottenere è
rappresentato nella figura: un conglomerato
dove lo spazio lasciato libero tra i grani di
sabbia e ghiaia sia il minore possibile, per
fare in modo che lo spessore di cemento che
li 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
43
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Le fasi attraverso le quali il calcestruzzo passa dallo stato liquido a quello solido vengono
chiamate presa ed indurimento.
La presa avviene dal momento del getto1 fino a quando sotto la pressione del dito la materia
non riceve più l’impronta; il tempo necessario va da mezz’ora a un’ora. L’indurimento è un
processo molto più lento che porta il calcestruzzo alle sue caratteristiche meccaniche ideali
dopo 28 giorni.
Perché il calcestruzzo sia conservato fluido
dal momento del suo confezionamento al
getto è necessario evitare la presa, e quindi
viene tenuto in costante movimento. Non
deve essere assolutamente aggiunta acqua
all’impasto, perché ne compromette
notevolmente la resistenza.
Figura 41 – Betoniera
3.8 CEMENTO ARMATO
Il calcestruzzo resiste molto bene alla compressione, mentre non è in grado di resistere
altrettanto ad una trazione.
Questo inconveniente è superato dalla capacità del calcestruzzo allo stato fluido di
incorporare armature metalliche resistenti a trazione. Ad indurimento avvenuto i due
materiali risultano legati tra loro e, in caso di sollecitazioni di trazione, interviene il ferro che
resiste benissimo alla trazione. L’opposto accade in caso di compressione.
Inserendo quindi alcune barre di ferro opportunamente disposte nel calcestruzzo è possibile
compensare la sua carenza di resistenza a trazione, perché il ferro resiste benissimo a
questo genere di sollecitazione. Questo materiale composto si chiama calcestruzzo
armato2.
1
Si chiama “getto” la procedura che consiste nel versare il calcestruzzo all’interno di una cassaforma realizzata
in legno o metallo. Affinché non si creino bolle d’aria all’interno, in questa fase è necessario “vibrare” il
calcestruzzo con appositi strumenti.
2
Il nome più comune è cemento armato, meno corretto ma più diffuso.
44
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Figura 42 – Trave inflessa di cemento armato
con disposizione dell’armatura.
In un elemento strutturale in cemento armato si distinguono due tipi di armatura differente: le
staffe e le barre correnti. Le prime avvolgono l’armatura in senso trasversale e servono ad
aumentare la resistenza del materiale a taglio, oltre che a legare tra loro le barre correnti. Le
seconde servono a rinforzare il calcestruzzo dove questo non è in grado, da solo, di fornire
la resistenza necessaria.
Figura 43 – Staffe e barre correnti nel cemento
armato.
Senza entrare nel merito, basta ricordare che nella maggior parte dei casi l’armatura
corrente 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.
45
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
3.9 LATERIZIO
Il laterizio si ottiene mediante cottura di argilla e permette di ottenere una vasta gamma di
prodotti. 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 le
dimensioni standard di 25x12x5.5 cm che
permettono – con un giunto di 1 cm – il
suo montaggio in qualsiasi posizione.
Figura 44 – Mattone UNI
APPROFONDIMENTO
Due mattoni sovrapposti sono alti:
5.5 + 1(giunto) + 5.5 = 12 cm (uguale alla
larghezza del mattone)
due mattoni affiancati sono larghi:
12 + 1(giunto) + 12 = 25 cm (uguale alla
lunghezza del mattone)
Il lato lungo 12 cm è chiamato “testa”, quindi
si conviene misurare lo spessore di muri in
“teste”.
Per esempio, un muro dello spessore di 38
cm è “a tre teste” (12 x 3 + 2 giunti da 1 cm
= 38 cm).
46
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
I mattoni forati sono forniti dall’industria in
grandissima quantità, adatti per ogni tipo di impiego.
La foratura permette di alleggerire il blocco a
parità, o quasi, di resistenza rispetto al mattone
pieno e permette di realizzare mattoni di dimensioni
maggiori a favore della velocità di costruzione.
Inoltre, i vuoti d’aria rendono la muratura
termicamente più isolante. L’aria è infatti un buon
isolante rispetto al laterizio e quindi il passaggio di
calore è più difficile. Tuttavia la muratura realizzata
con mattoni forati non è molto resistente al fuoco.
Figura 45 – Tipi di mattoni forati
47
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Un tipo particolare di mattone
forato è la pignatta, usata per la
costruzione di solai in cemento
armato e laterizio (la quasi totalità
dei solai realizzati oggi in Italia).
Figura 46 – Solaio in
laterocemento
Un altro tipo molto diffuso di mattone
forato è la tavella e il tavellone, di
forma molto allungata, che si usa per
la costruzione di solai in ferro e
laterizio.
Figura 47 – Solaio in ferro e tavelle
3.10 FERRO – ACCIAIO
Il ferro, come metallo puro, non ha applicazioni pratiche nell’edilizia. Quello che viene
comunemente denominato come tale è in effetti acciaio, ottenuto dalla fusione in altoforno
dei minerali di ferro e da lavorazioni successive che ne determinano la resistenza meccanica
o 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 primo
strato di ossidazione, così da avere un aspetto sempre “arrugginito”.
48
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Con l’acciaio si realizzano profilati di varia
forma che vengono comunemente usati
nell’edilizia. I profilati principali sono quelli a
“doppio T” (IPE1 ed HE2), usati come travi o
pilastri, 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 travi
composte, come i tralicci o le travi reticolari.
Un'altra serie di profilati sono i formati a freddo, con
sezioni molto assortite tra le quali quella circolare e
rettangolare6.
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 il
vecchio profilato NP, non più in produzione. Le dimensioni variano da un’altezza di 10 cm fino a 60
cm. 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 per
ogni dimensione: leggera (HEA), normale (HEB) e pesante (HEM). Le dimensioni variano da
un’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. Le
dimensioni variano da un’altezza di 2.5 cm fino a 30 cm. La dimensione della base non ha un rapporto
fisso 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 variano
da 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” di
grandi dimensioni occorre tagliare longitudinalmente un profilato “a doppio T”.
6
Bisogna fare attenzione nell’uso delle sezioni “chiuse” come i tubolari: la formazione di condensa
all’interno del profilato può infatti provocare corrosioni sulle quali non è possibile intervenire.
49
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 delle
fondazioni e dei muri di sostegno del terreno.
1
Se il solaio deve essere praticabile si completa la realizzazione del solaio con un getto di
calcestruzzo che a volte collabora alla resistenza del solaio.
2
Il terreno è molto usato come materiale da costruzione di opere stradali e di dighe.
50
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
La natura del terreno può essere molto varia e più o meno adatta a fondare un edificio. La
sua resistenza alla compressione è un dato rilevante, ma altrettanto importante è la sua
stabilità nel tempo.
L’argilla, ad esempio, è un terreno che
aumenta notevolmente il suo volume se
bagnato. Se un muro viene costruito su
uno strato non uniforme di argilla bagnata
potrebbe lesionarsi durante la stagione
secca perché una sua parte si abbassa
maggiormente.
Figura 51 -- Muro su terreno non uniforme
51
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
4. TIPOLOGIE COSTRUTTIVE
4.1 GENERALITÀ
Non è facile dare una classificazione generale delle tipologie costruttive oggi in uso, perché
l’industria fornisce continuamente nuovi sistemi di fabbricazione che integrano ed ampliano
lo spettro di possibilità di cui il progettista dispone per la realizzazione di un edificio.
Tuttavia si può sempre fare riferimento
a due categorie fondamentali del
costruire:
•
•
strutture murarie
strutture intelaiate1
Figura 52 – Struttura muraria e struttura
intelaiata
Le strutture intelaiate segnano storicamente il passaggio all’uso di materiali di derivazione
industriale, come l’acciaio e il cemento armato, avvenuto all’inizio del secolo come
conseguenza della rivoluzione industriale.
L’occasione di emanciparsi dalle rigide e limitative possibilità della muratura ha portato
all’inizio del secolo progettisti come Mies van der Rohe a creare edifici che hanno influito
profondamente 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 tra
loro in modo da realizzare un telaio che costituisce l’ossatura di un edificio, così come lo scheletro
umano è la struttura portante del corpo.
52
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
4.2 STRUTTURE MURARIE
Quando la struttura portante di un edificio è affidata a murature la sua forma stessa
costituisce la forma della struttura1.
Le murature presentano una scarsa resistenza alla trazione ed una buona resistenza alla
compressione. Pertanto, nel calcolo degli elementi strutturali murari, si considererà un
materiale non resistente a trazione.
Tra gli elementi portanti di una struttura muraria esiste una gerarchia, in base alla quale gli
elementi 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 muri
di spina (disposti trasversalmente ai muri portanti) servono ad irrigidire la struttura nel suo
complesso, oltre ad assolvere anch’essi una funzione portante.
1
Negli edifici intelaiati la forma non corrisponde alla struttura perché la muratura interna ed esterna è
portata invece che portante.
2
Questi ultimi possono essere così definiti quando il lato maggiore della sezione orizzontale non è
superiore a tre volte il lato minore.
3
Si definiscono orizzontamenti gli elementi di fabbrica orizzontali come i solai, le volte e gli architravi.
53
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Elementi orizzontali
•
•
archi e architravi
volte
Gli elementi strutturali orizzontali realizzati in
muratura hanno la particolarità di riuscire a
sfruttare, per mezzo della loro forma, la
resistenza a compressione della muratura.
Figura 54 – Archi, architravi e volte
La struttura muraria può essere completata con elementi di fabbrica realizzati con materiali
non 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 a
trazione e che possono quindi sopportare sollecitazioni di tipo flettente. Questo permette di
svincolarsi 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 a
pressoflessione.
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 le
cattedrali o le cupole. Nella pratica costruttiva normale è però impensabile ricorrere a tecnologie così
costose in termini di mano d’opera.
54
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Le travi reticolari hanno generalmente forma
rettangolare, con i lati superiore ed inferiore
(correnti) paralleli. Le capriate, utilizzate per
coperture a tetto, hanno invece forma
triangolare.
4.4 STRUTTURE MISTE
Nella pratica costruttiva è frequente che un
edificio, specie se di piccole dimensioni, sia
realizzato con una struttura muraria esterna
ed una struttura intelaiata interna. Questo
permette di eliminare murature portanti
all’interno del fabbricato e di realizzare così
più liberamente la distribuzione dei locali.
Figura 55 – Struttura mista muratura - cemento
armato
Questo tipo di struttura è però vietata in zona sismica, perché l’accostamento di materiali di
diverse caratteristiche fisiche può comportare azioni localizzate in grado di danneggiare
seriamente la costruzione.
55
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
5. ELEMENTI STRUTTURALI
5.1 GENERALITÀ
In un edificio è molto importante saper riconoscere le parti che lo costituiscono in modo da
poter 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 statico
che come funzione strutturale, si ottengono elementi strutturali che potranno essere
considerati e studiati singolarmente1.
5.2 FONDAZIONI: NOZIONI GENERALI
La fondazione può essere definita come la parte della struttura che ha la funzione di
trasmettere al terreno il peso ed i sovraccarichi agenti sull’edificio.
Nel procedimento costruttivo le fondazioni sono le prime ad essere realizzate. Il progetto
delle fondazioni dovrà tenere conto di tutte le possibili azioni alle quali sarà sottoposto
l’edificio e della natura del terreno.
Figura 56 – immagine delle fondazioni in c.a. di
un edificio
1
Non bisogna comunque trascurare l’aspetto strutturale globale dell’edificio. La divisione in elementi
strutturali serve soprattutto a facilitare la comprensione di fenomeni complessi, che altrimenti
risulterebbe molto più ardua.
56
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Prescrizioni generali (Punto A.2 del D.M. 11 marzo 88 “Norme tecniche riguardanti le
indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri
generali e le prescrizioni per la progettazione, l’esecuzione e il collaudo delle opere di
sostegno delle terre e delle opere di fondazione”)
“Le scelte di progetto, i calcoli e le verifiche devono essere sempre basati sulla
caratterizzazione 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 margine
di sicurezza nei riguardi delle situazioni ultime che possono manifestarsi sia nelle fasi
transitorie di costruzione sia nella fase definitiva per l'insieme manufatto-terreno. Le
situazioni di esercizio tenendo conto delle possibili variazioni di sollecitazione e
deformazione, devono ugualmente essere verificate con la dovuta sicurezza. La scelta dei
coefficienti di sicurezza deve essere motivata in rapporto al grado di approfondimento delle
indagini sui terreni, all'affidabilità della valutazione delle azioni esterne, tenuto conto del
previsto processo costruttivo e dei fattori ambientali. L'assunzione di valori inferiori a quelli
prescritti nei capitoli successivi deve essere giustificata con una analisi documentata.
Il progetto deve comprendere anche una valutazione dei prevedibili spostamenti dell'insieme
opera-terreno, nonché un giudizio sull'ammissibilità ditali spostamenti in rapporto alla
sicurezza e funzionalità del manufatto e di quelli ad esso adiacenti.
L'intensità e la direzione delle azioni statiche e dinamiche da considerare nei calcoli
geotecnici deve essere stabilita sulla base di una analisi che tenga conto della probabilità e
della frequenza di applicazione, del tempo di permanenza, della natura dei terreni presenti
nel sottosuolo e del tipo di opera …”
57
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Le opere di fondazione ed il terreno costituiscono un insieme che deve essere valutato nel
suo 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 se
le fondazioni siano appoggiate su molle. Durante la costruzione del fabbricato il peso
dell’edificio aumenta e, conseguentemente, le fondazioni si abbassano sotto il carico.
Se una parte delle fondazioni fosse
appoggiata su un terreno poco deformabile
ed un’altra parte su un terreno più morbido,
l’edificio risulterebbe soggetto ad una
flessione che potrebbe non essere in grado
di assorbire senza lesioni nella struttura o
nei pannelli murari non portanti.
In questo caso si parla di cedimenti
differenziali in fondazione.
Figura 57 – Lesioni dovute a cedimenti
differenziali
Per ottenere la descrizione del terreno fino agli strati più profondi si ricorre ad indagini
geologiche 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 per
mezzo di piastre di appoggio più o meno estese. Le seconde trasferiscono il carico
dell’edificio agli strati profondi del terreno nel caso in cui gli strati più superficiali risultino di
insufficiente portanza.
1
La deformabilità del terreno è una caratteristica difficile da individuare, perché dipende da molti
fattori naturali e quindi difficilmente definibili in modo assoluto, come il contenuto d’acqua che può
cambiare notevolmente nel tempo.
2
Le indagini più comuni si effettuano per mezzo di sondaggio: una sonda viene battuta da un peso
determinato, restituendo un diagramma che valuta la consistenza degli strati di terreno attraversati.
58
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Le fondazioni dirette possono essere
costituite da plinti, travi rovesce o platee.
Figura 58 – Plinto, trave rovescia, platea
Le fondazioni profonde possono essere
costituite da pali, pozzi, cassoni o
diaframmi.
Figura 59 – Pali, pozzo, cassone, diaframma
Per gli edifici a struttura portante in
muratura la trasmissione dei carichi al
terreno avviene in modo continuo, per
mezzo di fondazioni realizzate in muratura o
in cemento armato. I pali vengono usati solo
nel caso in cui si debba intervenire con
opere di consolidamento.
Figura 60 – Fondazione continua e suo
consolidamento per mezzo di micropali
59
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Un’altra caratteristica delle opere di fondazione è quella di assorbire l’umidità del terreno e
di trasportarla1 all’interno dell’edificio. L’unico modo efficace di evitare questo fenomeno, che
può alla lunga indebolire la struttura muraria, è quello di interporre in fase di costruzione
uno 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 muratura
Quando il terreno offre una resistenza sufficiente, le fondazioni vengono realizzate nel modo
più semplice, allargando sotto la struttura portante una base di appoggio
Per le strutture murarie questa base
continua può essere realizzata in muratura
o in calcestruzzo non armato. In questo
caso il raccordo tra il piano di fondazione ed il
muro in elevazione sarà eseguito a riseghe,
di larghezza massima di 20 cm e di altezza
all’incirca pari al doppio, in modo che l’angolo
alla 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 fino
ad altezze anche notevoli.
60
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nel caso si utilizzi del calcestruzzo non
armato, è possibile gettare la fondazione in
modo che assuma una sezione a trapezio,
con angolo alla base come nel caso
precedente.
Figura 63 – Fondazione a campana
La formazione della fondazione secondo
queste regole serve ad evitare la rottura
della fondazione stessa, che altrimenti
avverrebbe come mostrato in figura a causa
del taglio provocato nella fondazione stessa
dalla reazione del terreno.
Figura 64 – Rottura di una fondazione per effetto
delle azioni taglianti
Per superare il problema si può ricorrere al
cemento armato, che resiste molto bene alla
flessione e al taglio. In questo caso si può
allargare molto di più la base di appoggio
della fondazione senza doverla approfondire
troppo.
Figura 65 – Paragone tra una fondazione in
muratura ed una in c.a.
Quando si realizza una fondazione in cemento armato è buona regola eseguire il getto su
uno strato di calcestruzzo magro1 dello spessore di almeno 10 cm. Questo accorgimento
evita 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).
61
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 intelaiati
Quando la struttura portante dell’edificio è di tipo intelaiato, la fondazione può essere
limitata alla zona intorno ai pilastri. In questo caso si usa realizzare, se la portanza del
terreno è sufficiente, dei plinti di appoggio in calcestruzzo semplice od armato. Valgono
anche per i plinti le considerazioni fatte per le fondazioni continue, solo che in questo caso si
tratta di opere di fondazione singole, che possono essere proporzionate indipendentemente.
In alcuni casi la vicinanza tra i plinti di
fondazione comporta la fusione di alcuni di
essi in una unica opera di fondazione detta
zattera.
Figura 66 – Plinto e zattera di fondazione
Tanto minore è la resistenza del terreno1 tanto maggiore dovrà essere la superficie di
trasmissione dei carichi al terreno. Si ricorre perciò a travi rovesce2 e, se queste non
fossero ancora sufficienti, a platee. Se anche la platea non dovesse essere adeguata, sarà
necessario ricorrere a fondazioni profonde.
5.4 FONDAZIONI PROFONDE
Se il terreno superficiale3 non è abbastanza affidabile per adottare fondazioni dirette, si
ricorre ad opere che arrivano ad interessare gli strati più profondi del terreno. Le opere di
fondazione saranno quindi costituite da plinti o travi rovesce appoggiate su pali4 che
potranno 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 un
carico 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 dal
piano di campagna fino a circa 1.5 metri non è invece considerato perché troppo vicino alla
superficie 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 cemento
armato prefabbricato o gettato in opera (più raramente in legno o ferro). Possono essere sostituiti da
micropali (diametro da 6 a 30 cm) , da pozzi, cassoni o diaframmi.
62
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
I pali lavorano di punta quando attraversano
strati di terreno incoerente e si affidano
quindi alla portanza del terreno solo nella
parte terminale. Lavorano invece per
attrito quando il terreno attraversato ha
caratteristiche tali da riuscire a sostenere il
peso dell’edificio agendo lungo tutta la
superficie 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 questo
caso sono in generale prefabbricati per poi essere infissi tramite speciali apparecchiature
nel terreno.
Figura 68 – Pali trivellati e battuti
63
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
5.5 STRUTTURE VERTICALI
Dalle opere di fondazione si iniziano a costruire le opere in elevazione, ad andamento
verticale.
Nel caso di costruzioni in muratura la stessa geometria delle opere di fondazione rispecchia
quella 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 assottigliarsi
salendo verso la sommità dell’edificio; la struttura si adatta cioè al peso che deve sostenere
senza spreco di materiale.
Figura 69 – Sezione di edificio in muratura
Negli edifici in muratura da costruire in zona sismica esistono dei limiti dimensionali da
rispettare, 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 forte
sproporzione tra i lati. Simili a pareti, ma realizzati in cemento armato, i setti sono tipicamente
realizzati per costruire vani per ascensori o per contrapporsi più validamente di un pilastro alle azioni
orizzontali tipiche del sisma o del vento.
64
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Decreto ministeriale 16/1/96
Norme tecniche per le costruzioni in zone sismiche (estratto)
C.5.2. EDIFICI IN MURATURA ORDINARIA
Gli edifici in muratura ordinaria, devono essere costruiti nel rispetto delle seguenti
prescrizioni:
a) la pianta dell'edificio deve essere il più possibile compatta e simmetrica rispetto ai due
assi ortogonali; in particolare, nel caso di pianta rettangolare, il rapporto tra lato minore e lato
maggiore, al netto dei balconi, non deve risultare inferiore ad 1/3. La distribuzione delle
aperture dei muri, in pianta e in alzato, deve essere tale da garantire, per quanto possibile, la
simmetria strutturale;
b) ciascun muro maestro deve essere intersecato da altri muri maestri trasversali, ad esso
ben ammorsati, ad interasse non superiore a m 7;
c) al di sopra dei vani di porte e finestre devono essere disposti architravi in cemento armato
o in acciaio efficacemente ammorsati nella muratura;
d) le fondazioni possono essere realizzate con muratura ordinaria, purché sul piano di
spiccato venga disposto un cordolo di calcestruzzo armato, le cui dimensioni ed armatura
devono 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 fra
due solai successivi non deve superare m 5, fermo restando l'obbligo di garantire per i setti
murari 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 per
gli edifici con non più di due piani fuori terra l'uso di muratura listata con l'impiego di malta
cementizia. La listatura deve essere realizzata mediante fasce di conglomerato semplice o
armato 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 spessore
del muro; gli spessori dei muri devono essere non inferiori a quelli indicati nella seguente
tabella:
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 considerazione
per la verifica del generico piano esclusivamente le porzioni di muri che presentino continuità
verticale dal piano oggetto di verifica fino alle fondazioni;
65
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
l) nel caso di murature realizzate mediante blocchi artificiali semipieni, ovvero in pietra
naturale squadrata con elementi di resistenza caratteristica a compressione non inferiore a
30 kg/cmq, l'area della sezione di muratura resistente alle azioni orizzontali, espressa come
percentuale della superficie totale dell'edificio, e valutata al netto delle aperture, non deve
essere inferiore, per ciascun piano di verifica, ai valori di cui alle tabelle 4a e 4b in funzione
della sismicità della zona. Dette percentuali devono essere rispettate in entrambe le direzioni
principali. Nel caso di murature realizzate mediante blocchi artificiali pieni, l'area suddetta
non deve essere inferiore, per ciascun piano di verifica, alle percentuali che si ottengono
dalle tabelle 4a e 4b dividendo ciascuna percentuale per 1,25.
Nel caso di murature realizzate in pietra naturale squadrata, costituita da elementi di
resistenza caratteristica inferiore a 30 kg/cmq, l'area suddetta deve essere adeguatamente
incrementata sulla base di motivate valutazioni e comunque non deve essere inferiore, per
ciascun piano di verifica, alle percentuali che si ottengono dalle tabelle 4a e 4b moltiplicando
ciascuna percentuale per il rapporto 30/fbk ove fbk è il valore della resistenza caratteristica
degli elementi.
Tabella 4a
Area resistente ai vari piani (%)
(zone con S=12)
piano I
piano II
piano III
piano IV
Edifici a 1 piano
6
-
-
-
Edifici a 2 piani
6
6
-
-
Edifici a 3 piani
7
6
6
-
Edifici a 4 piani
7
7
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
5
-
-
-
-
Edifici a 2 piani
5
5
-
-
-
Edifici a 3 piani
6
5
5
-
-
Edifici a 4 piani
6
6
5
5
-
Edifici a 5 piani
7
7
6
6
5
Non sono da prendere in considerazione, ai fini del calcolo della percentuale di muratura
resistente, i muri aventi rapporto altezza/lunghezza superiore a 3.
Deve inoltre risultare, per ciascun piano di verifica:
σ = Ν/(0.50 Α) < σm
con 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 di
resistenza caratteristica a compressione della muratura.
Tale verifica deve essere effettuata, di regola, per i muri del piano più basso dell'edificio
nonché per i muri di ogni piano per il quale si determini almeno una delle seguenti situazioni:
66
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
- 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 sismiche
può essere omessa, ferma restando la necessità delle verifiche previste dagli appositi decreti
ministeriali nei riguardi dei carichi verticali e delle azioni orizzontali dovute al vento, nonché
nei riguardi del terreno di fondazione.
Qualora non tutte le precedenti prescrizioni siano rispettate l'edificio deve essere verificato
secondo quanto disposto al punto C.9.5., ferma restando la necessità delle verifiche citate
nel precedente comma e il rispetto delle prescrizioni indicate al punto C.5.1.
Le strutture in elevazione sono prevalentemente sollecitate a compressione o a
pressoflessione. La loro geometria è per questo motivo parallela ai pesi sostenuti, cioè
verticale.
Talvolta, però, sia per motivi di carattere architettonico che di tipo statico, le strutture in
elevazione possono essere inclinate. In questo caso si tratta di strutture ibride, aventi le
caratteristiche di sollecitazione proprie sia dei pilastri che delle travi.
È interessante vedere quale sia l’andamento
delle tensioni all’interno delle strutture
murarie dove siano state praticate delle
aperture: le linee di tensione si dispongono
infatti come una corrente d’acqua che
scorre in un canale con delle ostruzioni. Le
linee di tensione “aggirano” nello stesso
modo gli ostacoli costituiti dalle aperture.
Figura 70 – Andamento delle tensioni
Questa analogia sarà utile per capire, nel seguito, il motivo di alcuni dissesti strutturali.
67
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
5.6 STRUTTURE ORIZZONTALI: CLASSIFICAZIONE
Fino a questo punto gli elementi strutturali trattati sono prevalentemente sollecitati a
compressione, 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 le
epoche. Anche oggi, potendo utilizzare materiali sempre più resistenti, la copertura di luci
sempre più grandi caratterizza le opere ingegneristiche più importanti.
Gli elementi strutturali orizzontali si possono distinguere in due “famiglie” a seconda del
materiale con cui sono realizzate.
Opere realizzate in muratura:
•
•
•
archi
volte
architravi
Figura 71 – Archi, volte, architravi
Opere realizzate in legno, ferro o cemento
armato:
•
•
•
travi normali
travi reticolari
solai
Figura 72 – Trave, trave reticolare, solaio
68
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
5.7 ARCHI, VOLTE ED ARCHITRAVI
Sappiamo che la flessione induce una trazione, e che un elemento strutturale orizzontale si
inflette sotto il carico. Quindi, come è possibile realizzare una struttura orizzontale in
muratura?
L’arco, dal cui principio di funzionamento derivano le volte e gli architravi, risponde
brillantemente a questa domanda. Infatti l’arco è una struttura compressa. Per capire bene il
funzionamento di questa tipologia strutturale fondamentale occorre osservare le lesioni che
appaiono in un arco sottoposto a carico crescente.
Gli studi e le sperimentazioni permettono di
affermare che le prime fessure si verificano
in corrispondenza della sezione di chiave1
ed in due sezioni (reni) simmetriche inclinate
di 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’arco
sia presente questo tipo di sollecitazione, e che le sezioni descritte sono quelle critiche per
gli archi. Infatti, la parte critica di un arco è quella superiore alle sezioni di rene.
Tra la sezione al rene e quella in chiave di
un arco si crea un equilibrio tra i conci, che
è in grado di trasformare l’azione verticale R
in due componenti: una lungo l’arco (S),
perpendicolare alle superfici di contatto dei
conci, l’altra orizzontale (H).
Figura 74 – Arco
1
Si chiama in questo modo la sezione della sommità dell’arco. Il concio corrispondente si chiama
concio di chiave ed è di basilare importanza per il funzionamento degli archi. Generalmente, il concio
di chiave è più grande degli altri conci dell’arco.
69
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Dalle analisi appena fatte nasce un’altra, importante, considerazione: la struttura ad arco
causa azioni orizzontali sulle murature laterali, delle quali si deve tenere conto per la loro
verifica.
Quando le murature laterali non sono in
grado di assorbire le azioni orizzontali
prodotte dall’arco si ricorre a catene in ferro
che annullano tale effetto.
Figura 75 – Archi incatenati
Gli archi si definiscono in base alla loro
forma come in figura.
Figura 76 – Forme degli archi
Un tipo di arco molto particolare è la piattabanda, che
funziona come un arco ribassato con aggiunta di materiale
per riportare l’intradosso in piano, usato nel passato per
l’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 meno
complessa.
70
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Figura 78 – Tipi di volte
71
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Gli archi e le volte possono essere costruite anche in cemento armato o in ferro, cioè con
materiali resistenti a flessione. In questo caso si possono realizzare luci molto maggiori
come i ponti ad arco. Una tecnologia molto diffusa negli anni ’60 e poi quasi abbandonata
permetteva di realizzare volte di luci notevoli e di spessore molto limitato, chiamate strutture
a membrana.
Struttura a membrana
5.8 SOLAI
Quando per la costruzione di un orizzontamento si utilizza, invece della muratura, il legno o
un altro materiale resistente a flessione (cemento armato, ferro) l’elemento strutturale viene
definito solaio.
I solai sono di norma costituiti da una orditura di travi1 disposte parallelamente ad una
distanza di 40-60 cm. Su questa struttura vengono quindi appoggiati elementi secondari, in
laterizio o legno.
1
Data la piccola dimensione di queste travi, esse vengono denominate travetti.
72
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
La funzione strutturale dei solai, oltre che a
servire come “piani caricabili” degli edifici, è
anche quella di costituire una
controventatura orizzontale dell’edificio,
utile soprattutto nel caso di azioni sismiche.
Infatti si possono immaginare i solai come
grosse travi orizzontali molto rigide
vincolate alla struttura in elevazione, sia
essa muraria o intelaiata, che riescono a
distribuire in modo uniforme le azioni di tipo
orizzontale dovute al sisma od al vento.
Figura 79 – Funzione controventante dei solai
Nel caso degli edifici in muratura questo effetto controventante viene conseguito solo nel
caso di efficace unione tra i solai e la muratura. Non basta infatti che i travetti siano murati
per una certa lunghezza nella muratura, così come veniva fatto nel passato, ma è necessario
che venga realizzata una efficace ammorsatura.
Le ammorsature possono essere eseguite
realizzando un cordolo1 di cemento armato2
oppure fornendo ogni travetto di una
apparecchiatura di ancoraggio più o meno
complessa.
Figura 80 – Ammorsatura di un travetto
1
Viene chiamato cordolo l’elemento strutturale simile alla trave che però è appoggiato per tutta la
sua lunghezza e non solo agli estremi. La funzione dei cordoli è essenzialmente quella di distribuire
carichi in maniera uniforme.
2
Il cordolo può essere largo quanto l’intero spessore della muratura, oppure meno. In quest’ultimo
caso occorrerà realizzare apparecchiature di ammorsamento aggiuntive.
73
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
In ogni caso, l’obbiettivo da
raggiungere è che si deve
evitare che i l solaio possa
“sfilarsi” dalla muratura.
Figura 81 – Sfilaggio di un solaio
dalla muratura
In zona sismica, l’altezza dei
solai non può di norma essere
inferiore ad 1/25 della luce
coperta. Questo per garantire la
limitazione della loro elasticità e
conseguentemente limitare la
freccia di inflessione1. È
comunque consigliabile
mantenere questa limitazione
anche 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 dalla
forma 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.
74
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 travi
secondarie appoggiate a travi principali di dimensioni maggiori. Sui travetti può essere
fissato un assito in legno o in pianelle di laterizio, sui quali viene di norma gettato un
massetto1 che serve sia come base livellata per la pavimentazione sia come zavorra
utile 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 o
legno.
Se realizzato in laterizio tale
completamento può essere
eseguito con voltine di mattoni
disposti in foglio o a coltello. È facile
trovare questo tipo di struttura in
edifici anche abbastanza recenti,
ma oggi è in disuso se non in caso
di 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.
75
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Spesso un solaio in ferro può essere
realizzato con elementi di laterizio
speciali o con tavelloni appoggiate
alle putrelle portanti. Questo tipo di
solaio è ancora oggi molto diffuso per
la copertura di piccole luci.
Figura 85 – Solai in ferro e tavelloni
• I solai in ferro e calcestruzzo sono
usati soprattutto nei grandi edifici a
struttura intelaiata di acciaio, come i
grattacieli. La funzione del
calcestruzzo può essere di
semplice riempimento o
collaborante strutturalmente con
il solaio.
Figura 86 – Solai in ferro e calcestruzzo
76
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nel caso si utilizzino pannelli di
lamiera grecata, essi possono
essere riempiti o meno di
calcestruzzo, che sarà
collaborante se efficacemente
legato ai pannelli stessi che
saranno in questo caso dotati di
nervature o di ancoraggi saldati.
Figura 87 – Solaio lamiera grecata e
calcestruzzo
•
I solai in calcestruzzo e laterizio sono
senz’altro i più diffusi nell’edilizia
residenziale, sia per il loro basso
costo, sia per l’uso di tecnologie
facilmente producibili in cantiere. Tra i
vari tipi, quello che oggi incontra il
favore di progettisti e le imprese per la
rapidità di costruzione è il solaio a
travetti precompressi1 di cemento
armato a forma di “T” rovesciata con
pignatte2 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 realizzare
per via della portanza che già i travetti hanno prima del getto. Questo permette di limitare
il numero di puntelli3 necessari al sostegno del solaio durante e subito dopo il getto di
completamento in calcestruzzo.
1
La precompressione è un procedimento che permette di realizzare, a parità di sezione, elementi
strutturali in cemento armato con caratteristiche meccaniche maggiori del cemento armato
semplice.
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.
77
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
La funzione statica delle pignatte è quella di costituire una sorta di cassaforma per la
struttura che, da un punto di vista statico, è costituita dalla parte in calcestruzzo avente
forma di T. Alcuni tipi di pignatta sono però collaboranti e quindi con spessori più consistenti
e con foratura più fitta. Per il calcolo di questo tipo di solaio si fa normalmente riferimento a
dati forniti dalla Ditta costruttrice sotto forma di tabella, come quella riportata, in quanto il
calcolo manuale risulta molto complesso.
Monotrave 9x12
Interasse I = 60 cm
H
g0
cm
Kgf/m2
l/m
Luci massime ammissibili per solai portanti in
edilizia civile
2
l=m
Momenti massimi di
servizio
M
M
(+)
(-)
Kgfm
Taglio di
servizio
Conglom. In
opera
Altezza
solaio
Peso solaio
in opera
(P. S 48 M 9/60)
T
Kgf
12 + 4
215
52
4,20
4,50
4,80
1550
1670
1130
+5
240
62
4,50
4,80
5,10
1700
1900
1210
+6
265
72
4,70
5,10
5,40
1870
2140
1290
16 + 4
245
59
5,30
5,70
6,00
2230
2640
1500
+5
270
69
5,50
5,90
6,30
2390
2920
1580
+6
295
79
5,60
6,20
6,60
2560
3200
1670
20 + 4
275
67
6,00
6,60
7,00
2900
3860
1930
+5
300
77
6,10
6,80
7,20
3040
4190
2020
+6
325
87
6,00
7,00
7,50
3100
4540
2100
24 + 4
310
76
6,30
7,30
7,80
3300
5280
2360
+5
335
86
6,20
7,30
8,00
3300
5565
2460
+6
360
96
6,20
7,30
8,10
3340
5844
2550
78
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Anche nel caso dei solai in cemento e laterizio, molte tipologie costruttive sono state
abbandonate per l’elevato onere di manodopera che comportano.
Nel passato si realizzava una
puntellatura molto fitta sulla quale
venivano appoggiate pignatte di forma
particolare all’interno delle quali si
disponeva l’armatura dei travetti. Il getto
completava il solaio e i travetti
risultavano gettati in opera.
Figura 89 – Solaio gettato in opera
L’evoluzione di questo solaio fu segnata
dall’introduzione di travetti a traliccio
con l’intradosso in laterizio armato.
Questo solaio è stato sicuramente il più
usato negli anni del “boom edilizio”.
Figura 90 – Solaio con travetti a traliccio
79
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
• I solai in calcestruzzo armato sono
gettati in opera su una cassaforma che
può essere tale da formare nervature in
una o due direzioni (solai a cassettone).
Più normalmente i solai sono piani su
entrambi i lati e vengono denominati
solette.
Figura 91 – Soletta in c.a.
I solai di questo tipo sono penalizzati dall’elevato peso1, per cui il loro utilizzo è limitato a
situazioni 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 scale
sono un problema spesso difficile da risolvere. La forma stessa delle rampe impone la
realizzazione di piani inclinati che è difficile appoggiare ad una struttura portante.
I sovraccarichi accidentali da considerare per le scale sono normalmente pari al doppio di
quelli imposti dalla normativa per gli ambienti non suscettibili di affollamento2.
La geometria strutturale delle scale
contrasta, con le sue linee diagonali, con
quella normale degli edifici. In caso di
sisma, le scale sono generalmente ad alto
rischio 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 soletta
piena di c.a. di pari spessore.
2
Per i locali di abitazione il sovraccarico accidentale prescritto è di 200 kg/mq, mentre per le scale
tale sovraccarico deve essere portato a 400 kg/mq, così come per le strutture a sbalzo.
80
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Negli edifici in muratura le scale sono
spesso realizzate a mensola, nel senso
che ogni gradino costituisce una struttura a
sé, incastrata nella muratura e a sbalzo per
tutta la larghezza della rampa.
Figura 93 – Gradino di scala a mensola
Negli edifici intelaiati è più facile ricorrere a materiali più resistenti, quindi si realizzano
scale a soletta o con trave a ginocchio1.
Nel primo caso si getta una soletta
inclinata di cemento armato che forma una
vera e propria trave di limitato spessore
sulla quale i gradini vengono riportati
successivamente o gettati insieme alla
soletta.
Figura 94 – Scala a soletta
1
Il nome deriva dalla forma della trave, che presenta due punti di piegatura.
81
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nel caso si debbano superare luci eccessive
per una soletta, si sceglie in genere di
appoggiare le rampe su travi laterali dette a
ginocchio.
Figura 95 – Scala con trave a ginocchio – doppia
e semplice
In alternativa, è possibile realizzare una sola trave laterale, quindi sarà necessario che la
rampa 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, con
un’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 la
sola aggiunta di una stratificazione di materiali capace di rendere la copertura impermeabile
all’acqua e in grado di fornire un efficace isolamento termico. La copertura così realizzata è
detta terrazzo.
Negli edifici con copertura a tetto si può costruire un normale solaio inclinato, appoggiato a
travi orizzontali o anch’esse inclinate.
Nelle zone sismiche la copertura a tetto non può essere spingente, cioè la struttura non
deve produrre azioni orizzontali1.
1
Non si possono infatti tollerare azioni orizzontali che non siano dovute la sisma, perché si
creerebbe un effetto cumulativo molto dannoso per la stabilità della struttura.
82
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Ciò si verifica quando non viene realizzata
una catena in grado di assorbire ed
annullare le azioni orizzontali che si
verificano nel caso di mancanza di
appoggio centrale.
Figura 96 – Tetto spingente
La struttura portante di una copertura può essere costituita da capriate, originariamente
realizzate in legno ma che possono essere costruite anche in ferro o, più raramente, in
cemento armato.
La capriata è un caso particolare di
struttura reticolare, dove ogni elemento
assolve una funzione specifica.
Figura 97 – Capriata in legno tipo Palladio
La capriata assorbe “al suo interno” tutte le
sollecitazioni orizzontali derivanti
dall’inclinazione del tetto, per cui sugli
appoggi agiscono solo forze verticali.
Figura 98 – Schema statico di una capriata
83
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Per la copertura di grandi luci si ricorre
generalmente a travature in cemento
armato precompresso, a strutture
reticolari in ferro che sono leggere e
molto resistenti, oppure a travi in legno
lamellare incollato.
Figura 99 – Copertura di una grande luce con
travi di legno lamellare
84
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
6. ELEMENTI STRUTTURALI RELATIVI AL TERRENO
6.1 OPERE DI CONTENIMENTO
Spesso è necessario costruire su un terreno
scosceso, oppure si vogliono creare dei
terrazzamenti per rendere possibile la
coltivazione. In questi casi si dovrà costruire
un’opera che sia in grado di contrastare la
tendenza del terreno a disporsi secondo la
sua pendenza naturale.
Figura 100 – Costruzione su terreno scosceso
Ogni terreno lasciato libero di muoversi si
dispone infatti secondo una pendenza
caratterizzata dal suo angolo di attrito
interno, che varia con il tipo di terreno e con
il 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, ma
che si comporta come un qualsiasi altro terreno) si vedrà che non è possibile superare una certa
altezza perché la sabbia inizia, superata una certa pendenza, a franare. L’inclinazione
sull’orizzontale massima che si riesce a raggiungere è pari all’angolo di attrito interno della
sabbia. Proseguendo l’esperimento, si potrà notare che bagnando la sabbia, questa tende a franare
meno, perché l’aumento del contenuto d’acqua aumenta l’angolo di attrito, aumentando l’aderenza tra
i singoli grani.
85
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Maggiore è l’angolo di attrito interno, minore
sarà la quantità di terreno che bisognerà
sostenere. L’opera di contenimento è infatti
interessata dalla parte di terreno eccedente
la giacitura naturale, chiamato cuneo di
spinta.
Figura 102 – Muro di contenimento con cuneo di
spinta
La spinta del terreno su un’opera di contenimento si valuta, oltre che in base all’angolo di
attrito appena definito, in base al peso del terreno. Inoltre, per la verifica allo slittamento
del muro sul terreno, è necessario conoscere il coefficiente di attrito terra-muro.
86
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Tabella peso-angolo-attrito dei terreni
Terreno
Peso specifico
In Kg/m
Detriti rocciosi,
ciottoli
Ghiaie
Sabbia grossa
Sabbia fine
Sabbia argillosa fine
Terra vegetale
Argilla in banco,
marna fratturata
Terre forti, argilla
mista a sabbia o
ghiaia
2
Attrito
Angolo ϕ
asciutti
1450
47°
umidi
1500
43°
bagnati
1650
38°
asciutti
1400
40°
umidi
1500
35°
bagnati
1600
30°
asciutti
1400
32°
umidi
1500
32°
bagnati
1600
28°
asciutti
1400
25°
umidi
1525
30°
bagnati
1650
20°
asciutti
1500
35°
umidi
1600
35°
bagnati
1700
20°
asciutti
1500
40°
umidi
1600
35°
bagnati
1700
25°
asciutti
1700
45°
umidi
1900
35°
bagnati
2500
23°
asciutti
1700
50°
umidi
1800
40°
bagnati
2200
30°
87
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
I muri di contenimento possono essere
realizzati in muratura o in calcestruzzo non
armato. In questo caso il terreno viene
contrastato dal peso dell’opera, che risulterà
molto massiccia. I muri di questo tipo si
chiamano anche muri a gravità, e risultano di
spessore molto elevato, quindi
economicamente vantaggiosi per opere di
piccole dimensioni.
Figura 103 – Muro a gravità
Quando, per la costruzione del muro, viene
usato un materiale resistente a flessione,
come il cemento armato, si parla di muri a
sbalzo. In questo caso il muro avrà uno
spessore molto più sottile dei muri a gravità ma
una fondazione molto più estesa.
Figura 104 – Muro di contenimento in c.a.
In certi casi, quando per esempio si superano
altezza di 10 metri, sarà utile ricorre a strutture
dotate di contrafforti, cioè di muri trasversali
che formano delle nervature sul muro vero e
proprio.
Figura 105 – Muro a contrafforti
88
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
6.2 PENDII NATURALI E ARTIFICIALI
Non si possono escludere dal capitolo riguardante gli elementi strutturali quelle opere
realizzate in materiali naturali (terre, roccia od altro) destinate ad ottenere determinate
conformazioni 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 le
particelle 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 di
umidità del terreno.
Lo scorrimento verso il basso di un ammasso di
terreno può essere assimilato al moto di un
corpo su un piano inclinato.
La forza peso W della particella di terreno si
divide in due parti: una (A) che preme sulla
superficie di contatto e che suscita la
resistenza per attrito, l’altra (B) che invece
tende a farla muovere lungo il piano e che
viene detta forza di taglio.
Figura 106 – Schema delle condizioni di stabilità di
un corpo su un piano inclinato
Tenuto conto che la forza di gravità tende a fare scivolare (o rotolare) verso il basso la
particella, se essa non si muove significa che esiste una forza resistente tale da bilanciare
tale 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 delle
superfici a contatto. La coesione è invece legata alla natura chimica delle superfici e al grado
di umidità.
1
Si tratta sia dei pendii naturali, generati in tempi lunghi da cause naturali legate al modellamento
della superficie del suolo, sia di quelli artificiali, generati modificando con scavi o riporti la
configurazione originaria del suolo, creando superfici con inclinazione anche maggiore di quelle
naturali.
2
La coesione lega tra loro le particelle del terreno per mezzo di legami di tipo chimico, mentre
l’attrito è una caratteristica meccanica che limita la possibilità di scorrimento reciproco tra le
particelle. Gli effetti della coesione e dell’attrito sono quindi analoghi, per quanto concerne la stabilità
dei pendii, anche se di origine diversa.
89
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Si immagini di appoggiare ad un asse di legno
inclinato un mattone sporcato con argilla. La
forza di attrito tra l’asse ed il mattone dipende
dal suo peso e dalla natura delle superfici e
non cambia che al variare dell’inclinazione
dell’asse. La coesione fornita dall’argilla è
invece maggiore se l’argilla è asciutta, perché
se la si bagnasse diventerebbe scivolosa.
Figura 107 – Mattone appoggiato su un asse di
legno inclinato
Per quanto detto finora, una frana si mobilizza quando all’interno di un pendio o di una
scarpata le forze di taglio superano quelle di resistenza (attrito e coesione). Tale fenomeno
avviene su una superficie di slittamento che non è rettilinea, ma che si può approssimare, in
sezione, con un arco di cerchio.
Figura 108 – Schema grafico della superficie di
slittamento di un pendio o di una scarpata
Per determinare il grado di stabilità del pendio bisogna verificare l’equilibrio tra le forze in
gioco che sono:
1) Il peso del terreno verso valle (W1) che determina rispetto al centro della superficie di
scorrimento un momento dato dal peso W1 moltiplicato per il braccio b1 tra il centro di
scorrimento ed il baricentro del terreno stesso. Questo momento è antiorario, quindi è
stabilizzante1.
2) Il peso del terreno verso monte (W2) che determina rispetto al centro della superficie di
scorrimento un momento dato dal peso W2 moltiplicato per il braccio b2 tra il centro di
scorrimento ed il baricentro del terreno stesso. Questo momento è orario, quindi è
ribaltante2.
3) La terza forza in gioco è determinata dall’attrito lungo tutta la superficie di scorrimento
del terreno, che determina un momento stabilizzante in senso antiorario pari alla forza
di 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.
90
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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, il
pendio è in equilibrio. Se è inferiore all’unità il
momento ribaltante è maggiore della somma
dei momenti stabilizzanti e si verifica lo
scorrimento lungo la superficie descritta, con
conseguente 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 momento
ribaltante.
6.3 ARGINI
Per argine si intende qualunque costruzione in terra o in materiale artificiale destinata a
contenere acque stagnanti o correnti. Più in particolare, il termine si riferisce alle costruzioni
destinate 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’acqua
si trova spesso a quota superiore rispetto al piano di campagna1. Gli argini sono in questo
caso di fondamentale importanza per evitare le alluvioni che altrimenti si verificherebbero
durante le fasi di massima piena.
Generalmente, gli argini hanno forma trapezia
e si sviluppano parallelamente al corso del
fiume; i fianchi inclinati si dicono petti. L’argine
maestro è quello che non deve mai essere
tracimato; di norma è separato dall’alveo
fluviale da una striscia di terreno pianeggiante
(detta golena) che lo separa dall’argine
golenale.
Figura 110 – Sezione schematica di un argine per
protezione 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.
91
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nel caso in cui il petto dell’argine sia
direttamente lambito dalla corrente si dice che
l’argine è in froldo. Il corpo dell’argine viene
talvolta completato mediante rinforzi sia verso
l’acqua che verso la campagna. Inoltre, sotto
l’urgenza delle piene si procede spesso alla
realizzazione di piccoli sopraelevamenti detti
soprassogli1.
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 di
servizio per i mezzi destinati alla costruzione del soprassoglio.
92
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 del
terreno e i sovraccarichi sono tra le cause perturbatrici che cospirano a danno della
buona conservazione degli edifici. Inoltre, cause eccezionali come terremoti od inondazioni
contribuiscono 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 di
questi – le cause perturbatrici, occorre studiare e poi applicare i consolidamenti.
7.2 LESIONI
Un qualunque dissesto può essere preso in considerazione solo quando presenti sintomi
evidenti. Le lesioni sono il modo più immediato che abbiamo per interpretare lo stato di
dissesto di una costruzione.
Va rimarcato che non sempre le lesioni sono indice di uno stato di dissesto della
costruzione. Soprattutto negli edifici con struttura in muratura, di vecchia costruzione e
quando le fondazioni non sono state realizzate con particolare cura, sono presenti quadri
fessurativi 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 di
resistenza della costruzione nel suo complesso1.
1
È tipico il caso di lesioni che presentano un andamento “stagionale”: sia aprono durante la stagione
secca per poi richiudersi (talvolta in modo completo) con l’arrivo della stagione umida. Si tratta di
lesioni provocate da una variazione di volume di un terreno di fondazione argilloso, che si gonfia a
causa dell’umidità per poi ridursi quando secco (infatti, sui i terreni di questo tipo si formano crepe
durante l’estate).
93
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Durante il primo sopralluogo occorre definire il
quadro fessurativo della costruzione, rilevando
la posizione e la forma delle lesioni, con
particolare riferimento alla loro ampiezza ed
estensione.
Figura 112 – Caratteristiche di una lesione
Oltre all’osservazione e al rilievo delle lesioni è necessario studiare il loro progredire nel
tempo per conoscere le caratteristiche della loro evoluzione.
La frattura ha inizio con una prima fase detta
capillare per il suo piccolissimo sviluppo in
ampiezza, prosegue poi in una seconda fase
capillare progredita e, infine, in una terza di
completo distacco.
Figura 113 – Fasi di evoluzione di una frattura
Una caratteristica importante nello studio delle lesioni è la natura più o meno recente delle
fessure. La distinzione tra fratture vecchie e nuove è, in pratica, abbastanza agevole in
quanto le nuove si presentano con ciglia di frattura a spigoli vivi, con superfici di rottura di
tipo cristallino e pulite.
Le vecchie fratture hanno invece gli spigoli delle ciglia variamente sbeccate o arrotondate e
le 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.
94
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.3 STRUMENTI DI CONTROLLO DELLE LESIONI
Per accertare il progredire delle lesioni nel tempo vengono impiegate le biffe oppure gli
estensimetri (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 di
rondine con la sezione più stretta in
corrispondenza della frattura.
Figura 114 – Incasso a doppia coda di rondine
L’incasso deve arrivare fino al vivo della struttura quindi, previa pulitura con spazzola
metallica 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 a
tutto lo spessore della struttura, è bene
introdurre la malta il più possibile entro la
fessurazione stessa, per evitare che la
malta si fessuri a causa di una troppa veloce
essiccazione.
Figura 115 – Lesione passante
La malta da usare varia a seconda della posizione della biffa: se si opera all’interno e la
lesione è al riparo dall’umidità è preferibile usare il gesso, mentre in caso contrario si
confezionerà 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 vetro
è 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 dovute
all’ampliamento della lesione.
95
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
cui, in presenza di lievi movimenti la malta di fissaggio può cedere mentre la biffa
resterebbe integra.
In prossimità di ogni biffa occorre scrivere un
numero di riferimento e la data di
apposizione che saranno trascritti su un
apposito registro allo scopo di ricostruire, per
mezzo di un grafico, i movimenti della
struttura nel tempo.
Figura 116 – Grafico ampiezza lesione/tempo
Inoltre, è bene indicare con due segni indelebili
le zone in cui terminano i bracci della lesione in
modo che al successivo controllo si possa
rilevare anche un eventuale incremento di
lunghezza della lesione.
Figura 117 – Apposizione dei segni di cuspide
Il controllo delle biffe va eseguito ad intervalli di tempo approssimativamente costanti e
tanto più frequenti quanto più grave risulti il fenomeno di dissesto. Quando si riscontri la
rottura di una biffa, se ne colloca un'altra accanto alla prima ripetendo tutta l’operazione
descritta.
In alternativa alle biffe possono essere usati i
deformimetri, che sono apparecchi di precisione
in grado di misurare distanze con una
approssimazione di 1/100 fino ad 1/1000 di
millimetro.
Figura 118 – Deformimetro
96
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Per eseguire la misura si fissano due basi ai lati opposti della fessura e se ne rileva la
distanza con lo strumento; successivamente si effettuano altre misure ad intervalli di tempo
regolari per poter compilare il diagramma degli spostamenti.
Per meglio definire l’andamento nel tempo della
lesione è preferibile disporre tre basi, anziché
due; in questo modo si possono rilevare anche
possibili rotazioni tra una parte e l’altra della
fessura.
Figura 119 – Disposizione di tre basi per un
deformimetro
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 un
cedimento fondale di qualche tipo, che origina lesioni anche ad una quota molto più elevata
rispetto al terreno.
97
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Figura 120 – Cedimento e assestamento
Quando si parla di cedimenti ci si riferisce a spostamenti relativi fra due zone della
medesima struttura.
Infatti, se il moto è assoluto, cioè se tutta la struttura si sposta rigidamente non si può
parlare 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 dissesti
mediante lo studio delle lesioni, delle caratteristiche costruttive e delle condizioni
ambientali.
Per la diagnosi occorre tenere presenti le forme fessurative caratteristiche dei vari dissesti
elementari per poter determinare quale di esse (o quale loro combinazione) corrisponda ai
tipi in esame.
Per la classificazione dei cedimenti fondali ci riferiamo, per comodità, ad un muro continuo
di lunghezza indefinita, di altezza e spessore costante. Supponendo che una parte di detto
muro si ponga in moto relativo rispetto all’altra il cedimento può presentarsi nelle forme
descritte nel seguito.
7.4.1 Traslazione verticale
La prima categoria che analizzeremo è quella dei cedimenti fondali verticali, dovuti cioè ad
una contrazione del terreno di fondazione. Le cause possono essere determinate da un
cedimento 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 e
quindi un abbassamento.
2
In questo caso lo schiacciamento avviene a causa di un errore di calcolo: la parte della fondazione
interessata al cedimento non è in grado di assorbire il peso ed i sovraccarichi sovrastanti e si abbassa
sotto carico.
98
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Quando il cedimento avviene in una zona
interna rispetto alla lunghezza del muro, tale
cedimento viene detto intermedio.
Figura 121 -- Cedimento intermedio
Chiameremo lunghi, medi o corti i cedimenti
intermedi nei quali, rispettivamente, la lunghezza
del cedimento è maggiore, uguale o minore ad
una volta e mezza l’altezza del muro. Le fessure
hanno un andamento parabolico.
Figura 122 – Cedimento intermedio lungo, medio e
corto
Le fessure provocate dai tre tipi di cedimento intermedio sono diverse, come si è visto nelle
figure, e quindi occorre ricordare che la stessa causa ha diversi tipi di effetto.
99
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nel caso in cui il cedimento avviene al limite
della costruzione, con le stesse cause che
provocano il cedimento intermedio, si ha un
cedimento terminale. Questo tipo di dissesto è
più pericoloso del precedente perché
diminuiscono le possibilità di collaborazione da
parte delle altre strutture rimaste in sito.
Figura 123 – Cedimento terminale
Anche in questo caso si parla di cedimenti
lunghi, medi o corti se la lunghezza del
cedimento è maggiore, uguale o minore della
metà dell’altezza del manufatto.
Figura 124 – Cedimenti lunghi, medi e corti
100
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Un tipo di cedimento particolare è quello che si verifica tra edifici contigui.
Se l’edificio A in figura è affetto da un moto
assoluto di traslazione verticale (dal quale è
esente l’edificio B) nella superficie di contatto si
stabilisce uno stato di tensione che dà luogo ad
una serie di fratture che sono inclinate verso il
cedimento tanto più quanto più dalla base si
proceda verso la sommità.
Figura 125 – Traslazione di edifici contigui
Quanto descritto finora ha fatto riferimento ad un muro continuo senza aperture. Nel caso di
un muro “reale” avremo sicuramente finestre e porte che determinano un diverso tipo di
quadro fessurativo. Si faccia riferimento alle figure seguenti per capire la differenza.
Figura 126 – Traslazione verticale intermedia
in un muro con aperture
Figura 127 -- Traslazione verticale terminale in un
muro con aperture
L’edificio reale si discosta dal modello costituito dal muro continuo perché le superfici
murarie presentano tratti di minore resistenza dati dalle aperture.
Nel caso di fabbricati costituiti da più strutture murarie le fessurazioni causate da i
cedimenti fondali di traslazione subiscono delle variazioni rispetto a quelle dei muri isolati
viste finora.
101
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Infatti la connessione tra i muri longitudinali e i
muri trasversali genera delle sollecitazioni di
torsione causate dal reciproco contrasto tra i
muri, 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 di
tamponamento saranno simili a quelle che si verificano sulle pareti murarie con aperture
che abbiamo appena trattato, mentre per quanto riguarda le lesioni a livello di struttura si
rimanda al paragrafo "Cedimento delle strutture in cemento armato".
7.4.2 Traslazione orizzontale
La traslazione orizzontale è frequente negli edifici con la base fondale posta a poca
profondità su terreni argillosi. Dopo lunghi periodi di siccità questi terreni si contraggono
dando luogo a fenditure verticali che, dal piano di campagna, penetrano all’interno
trasmettendo 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 corrisponde
esattamente in orizzontale.
102
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.4.3 Traslazione inclinata
La traslazione inclinata risulta dalla combinazione della traslazione verticale ed orizzontale.
Il moto relativo è dovuto a perturbamenti del terreno di origine franosa che interessano
parte della base dell’impianto o, in modo difforme, la sua interezza.
Figura 130 – Dissesto da traslazione inclinata
7.4.4 Rotazione
Nei dissesti traslatori, insieme alla rottura iniziale,
insorge la rotazione dovuta al peso della parte di
edificio lesionata intorno alla sezione limite del
cedimento.
Figura 131 – Dissesto da rotazione
Successivamente alla rotazione, mancando
l’appoggio della fondazione alla parte centrale
dell’edificio, si determina un ulteriore dissesto da
traslazione verticale intermedia.
Figura 132 – Dissesto da rotazione
Quella appena vista è una rotazione di tipo secondario, provocata da una traslazione
verticale.
103
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Talvolta il terreno può deformarsi in modo da
generare una rotazione detta principale. In
questo caso il terreno presenta valori di
compressibilità diversi lungo la sua superficie,
oppure l’edificio è soggetto a carichi di intensità
differente.
Figura 133 – Dissesto da rotazione principale
Se un muro fosse soggetto a rotazione in senso
trasversale e, anziché isolato, fosse connesso
ad angolo o a T con un altro muro facente parte
dello stesso edificio, il mutuo incastro tra i due
muri impedirebbe la rotazione del muro soggetto
a dissesto. Di conseguenza, si avrebbe una
fessurazione come quella rappresentata in
figura.
Figura 134 – Cedimento per rotazione del muro di
facciata di un edificio
Infatti, se il muro dissestato non fosse collegato
al muro trasversale, esso ruoterebbe come in
questa figura, distaccandosi lungo la linea di
congiunzione.
Figura 135 -- Cedimento per rotazione del muro di
facciata in un edificio con distacco del muro
104
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nel caso di muri di facciata essi sono connessi,
oltre che ai muri trasversali, anche ai solai di
piano e alla copertura. In questo caso le lesioni
sarebbero riscontrate nella posizione indicata in
figura, cioè in corrispondenza degli architravi
delle porte1.
Figura 136 – Fessurazione per rotazione del muro di
facciata
7.5 CEDIMENTO DELLE STRUTTURE MURARIE
Quelli considerati finora sono i dissesti dovuti a cedimento fondale, che provocano
fessurazioni e dissesti nelle murature in elevazione.
Le murature presentano però dissesti tipici, dovuti per lo più ad insufficienza strutturale o
a 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 dai
cedimenti fondali2 per evitare di eseguire un intervento di consolidamento errato.
Inoltre, alcuni dei fenomeni accennati possono derivare da un dissesto primario3 e sarà
quindi 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 dei
sintomi di questo dissesto è quello della difficoltà di chiusura degli infissi.
2
Ovviamente, possono coesistere quadri fessurativi provocati sia da cedimenti fondali che murari. In
questo 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.
105
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.5.1 Assestamento
Durante la costruzione, a causa dell’aumento del peso, un muro subisce lievi processi di
traslazione 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 lo
spessore dei giunti di malta1, col numero di essi, col ritardo della presa e con la rapidità
con la quale procede l’avanzamento dei lavori2.
Negli edifici con struttura intelaiata possono
apparire, a causa dell’assestamento, leggere
lesioni orizzontali in corrispondenza dell’attacco
tra il muro di tamponamento e la trave superiore.
Figura 137 – Lesioni in corrispondenza dell’attacco
muro-trave
1
Nell’allettare pietre o mattoni il muratore li batte con il martello (battitura) proprio per ridurre lo
spessore 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.
106
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.5.2 Schiacciamento
È già stato detto che un solido, sottoposto a compressione assiale, subisce la contrazione
nella direzione del carico e una dilatazione in senso trasversale1.
Se la dilatazione trasversale supera le capacità di resistenza del solido questo si spezza
lungo 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 murario
cede nella ricerca di nuovi equilibri che infine trova, nonostante sia ormai fessurato, senza
necessariamente causare crolli2.
Lo schiacciamento presenta tre stadi successivi.
Il primo stadio è caratterizzato dal superamento della resistenza dei giunti orizzontali di
malta. I giunti sotto carico subiscono un accorciamento verticale, come se fossero soggetti
a carico di punta con conseguente espulsione verso l’esterno di pellicole di tinteggio e, col
progredire 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 esso
presente e, conseguentemente, accresce la sua resistenza.
107
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nel secondo stadio iniziano a crearsi una
serie di fratture discontinue verticali
all’interno del muro.
Figura 139 – Secondo stadio di schiacciamento
Nel terzo stadio, infine, le fratture del
secondo stadio si unificano in fratture di
notevole estensione che separano il muro
in due o più elementi verticali disconnessi.
Essendo tali elementi di spessore molto
minore rispetto a quello del muro, anche se
lo spessore totale del muro non diminuisce,
esiste il pericolo di collasso per carico di
punta del singolo elemento.
Figura 140 – Terzo stadio di schiacciamento
Lo schiacciamento può essere localizzato, come nel caso di una trave di solaio appoggiata
al muro, oppure diffuso, cioè provocato da un aumento del carico o da un insufficiente
dimensionamento.
Gli elementi strutturali che tipicamente sono sottoposti a schiacciamento sono i pilastri in
muratura e le colonne, che oltretutto non possono avvalersi della collaborazione portante
delle zone di muro contigue, non ancora toccate dal dissesto.
108
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.5.3 Pressoflessione
Le murature subiscono la rottura per pressoflessione prima che siano raggiunti i limiti di
resistenza del materiale allo schiacciamento. Questo è dovuto al fatto che la flessione si
somma alla compressione semplice generando in una parte della sezione una sollecitazione
di entità superiore.
La pressoflessione si instaura quando l’elemento strutturale è snello (soggetto quindi a
carico di punta) oppure quando l’azione di compressione non è centrata rispetto alla
sezione del muro.
La pressoflessione si instaura quando
l’elemento strutturale è snello (soggetto
quindi a carico di punta) oppure quando
l’azione di compressione non è centrata
rispetto alla sezione del muro.
Figura 141 - Pressoflessione
109
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Il carico di punta agisce quando il rapporto
tra l’altezza e lo spessore di un muro (o di
un pilastro, o di una colonna) supera un certo
limite1, ed è aggravato dalla cattiva
esecuzione, dall’impiego di malte scadenti
e dal difettoso collegamento trasversale tra
gli elementi costituenti2 (pietra o mattoni).
Figura 142 – Muratura “a sacco” dove
l’accuratezza di costruzione è limitata alle
superfici esterne
1
Il calcolo dei questo limite è di difficile esecuzione: di massima, le strutture murarie devono avere
una altezza non superiore a 15 volte lo spessore.
2
Per esempio, specialmente nei muri in pietra di vecchia esecuzione, il muratore può aver curato con
riguardo 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).
110
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Se un muro compatto resiste ad una certa
azione di compressione, un muro di pari
spessore ma diviso in due lungo la sua
lunghezza resiste ad un carico pari ad 1/4,
mentre se è diviso in tre resiste ad appena
1/9. Questo spiega il collasso di un muro
sottoposto a schiacciamento, perché le
lesioni interne tendono a formare muri di
spessore minore del muro originario.
Nella pressoflessione, il carico massimo in
condizioni di snellezza è espresso dalla
formula di Eulero (PE è il carico critico di
Eulero):
2
2
PE = π /4 · EJ/l
7.5.4 Spinta di archi e volte
Un arco od una volta in muratura dovrebbero
essere realizzate in modo che la loro spinta
verso l’esterno sia tale da non danneggiare la
costruzione. Tuttavia, a causa di una
variazione di forma o di un aumento dei
carichi sovrastanti, gli archi, le volte e i
relativi piedritti1 possono dissestarsi.
Figura 143 – Spinta di archi e volte
1
I piedritti sono le strutture verticali a sostegno dell’arco.
111
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 subiscono
l’azione disgregatrice del tempo.
Le variazioni di forma sono in genere
prodotte da una spinta eccessiva sui
piedritti, che determina una loro
divaricazione e un abbassamento in
chiave della volta o dell’arco oppure da un
cedimento dei piedritti che, a sua volta, può
essere causato da schiacciamento o da
dissesto delle fondazioni1.
Figura 144 – Variazioni di forma delle volte
La variazione di carichi può derivare da eccessivi sovraccarichi2, da lavori di
trasformazione interna o da sopralzi che inducono carichi non previsti nelle strutture voltate
o nei piedritti preesistenti.
I dissesti prodotti nelle strutture murarie sono:
•
lo “spanciamento” del piedritto e della
muratura sovrastante, non simmetrico
rispetto al centro di spinta, in cui la parte
superiore è più estesa quanto più i piani
sono alti e l’azione di ritegno dei solai
inefficace.
Figura 145 - Spanciamento
1
Rotazione, traslazione verticale, orizzontale o inclinata.
2
Per variazione di destinazione dei locali, o per la realizzazione di tramezzature pesanti.
112
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
•
la frattura degli archi o delle volte,
localizzate in corrispondenza della
sezione di chiave e alle reni1. Ciò vale
sia per gli archi a tutto sesto che per gli
archi a sesto ribassato o a sesto acuto.
Figura 146 - Frattura
7.5.5 Strutture orizzontali
Le 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 più
suscettibili di degradazione con l’uso e col tempo, perché oltre ad essere soggette a
turbamenti propri risentono dei cedimenti delle strutture murarie verticali che ne costituiscono
l’appoggio.
Nei vecchi edifici di abitazione ci si trova quasi sempre di fronte a solai realizzati con sezioni
insufficienti delle travi le quali, indebolite anche dalla fatiscenza, presentano deformazioni
notevoli, con conseguente imbarcamento dei pavimenti.
Le lesioni che denunciano un dissesto dei solai sono in genere localizzate in corrispondenza
della mezzeria e presentano un andamento parallelo od ortogonale ai travetti, a seconda del
tipo di solaio.
A causa di una eccessiva deformazione dei
solai, dovuta ad un errata costruzione o ad un
eccesso di carico, è frequente la lesione dei
tramezzi ad esso appoggiati, con fratture ad
andamento 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 sezione
normale all’arco rispetto all’orizzontale.
113
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.5.6 Fenomeni vibratori - Sisma
I fenomeni vibratori, molto lesivi per le strutture murarie, sono originati dal traffico
stradale1, dal vento, dalla presenza di macchinari e, ovviamente, dal terremoto.
Le sollecitazioni vibratorie si distinguono tra loro per intensità (ampiezza) e rapidità di
vibrazione (periodo di vibrazione). Le vibrazioni da traffico sono di piccola ampiezza e di
periodo breve, mentre le azioni sismiche hanno una ampiezza molto maggiore ed un
periodo più lungo.
Le azioni sono generalmente orizzontali2. Per quanto riguarda i muri verticali, essi possono
essere sollecitati perpendicolarmente o longitudinalmente rispetto al loro piano, secondo
la direzione del moto vibratorio.
Le pareti sollecitate perpendicolarmente sono
indotte ad oscillare intorno ai punti fermi
costituiti dagli orizzontamenti, per poi tornare
alla loro forma originale.
Figura 148 – Oscillazione
Questo tipo di sollecitazione non è particolarmente gravosa per la struttura, se è in buone
condizioni e riesce quindi a sopportare una piccola flessione senza innescare fenomeni di
pressoflessione 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 non
direttamente, 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).
114
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Le pareti che vengono maggiormente
sollecitate dai moti vibratori sono però quelle
parallele alla direzione del moto del terreno,
perché devono essere in grado di assorbire il
moto delle pareti ortogonali e soprattutto dei
solai.
Figura 149 – Sollecitazioni sismiche
Sottoposte a queste sollecitazioni, le pareti
longitudinali si fessurano con lesioni ad
andamento diagonale, inclinate di circa 45°.
Figura 150 – Lesioni da sisma
115
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Quando il moto del terreno s’inverte
appaiono lesioni opposte alle precedenti,
determinando le caratteristiche fessurazioni ”a
croce di S. Andrea” sulla facciata, tipiche
degli 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.
116
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Se i solai sono costituiti da travi di legno
semplicemente incastrate nella muratura è
possibile che la parete di appoggio sia
“punzonata” dalle travi stesse che, sottoposte
all’azione sismica, agiscono come un ariete
sulla struttura. Più dannosa ancora è l’azione
esercitata sulla struttura muraria dalle travi di
copertura.
Figura 152 – Lesioni da sisma
Come già detto, le azioni vibranti sono di tipo
inerziale, si concentrano cioè dove è
concentrata la massa. È quindi un grave
errore pensare, ristrutturando un vecchio
edificio in muratura, che sia più solido un tetto
pesante in cemento armato, perché “tiene
insieme” la muratura.
Se questo può essere vero in condizioni
normali, in caso di terremoto risulta
estremamente dannoso, perché l’azione
sismica1 si concentrerebbe sulla copertura
danneggiando seriamente la muratura
sottostante
Figura 153 – Azione sismica concentrata sulla
copertura
Infine, il terreno di fondazione sottoposto ad una vibrazione può essere – a seconda della
sua natura - soggetto a costipamenti o a smottamenti che influiscono sulle strutture
sovrastanti 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 struttura
leggera in legno.
117
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.5.7 Anomalie strutturali
Per concludere la parte riguardante i dissesti
negli edifici in muratura bisogna sottolineare
come nella realtà, soprattutto per gli edifici di
vecchia o vecchissima costruzione, le
strutture murarie non siano omogenee, ma
variamente affette da anomalie.
Tali anomalie possono dipendere da lavori
eseguiti in fasi successive alla costruzione e
che spesso non sono stati ispirati da sani
criteri tecnici o costruttivi. Altrimenti, ci si trova
di fronte a strutture originali che però sono
state realizzate con materiali scadenti o in
modo tecnicamente errato.
Figura 154 – Evidente distacco di un muro di spina
dal muro perimetrale, dovuto ad un mancato
ammorsamento murario.
L’elenco delle possibile anomalie che ci si può trovare di fronte sarebbe lunghissimo. Va
solo ricordato che la diagnosi dei dissesti è più facile da eseguire per le strutture murarie
esenti da difetti, perché le lesioni si avvicinano di più, in assenza di anomalie, a quelle
teoriche 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 la
costruzione di edifici sia civili che industriali. La realizzazione di opere in cemento armato è
oggi più conveniente rispetto al passato per l’aumento dei costi di manodopera che
incidono 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 “più
solida” o “più moderna”, e purtroppo questa linea di pensiero è spesso seguita anche dai
costruttori e dai progettisti nella costruzione anche di piccoli edifici1.
Anche negli interventi di ripristino di vecchi fabbricati in muratura è consueto l’uso
indiscriminato del cemento, oltre che per la realizzazione di opere in cemento armato
spesso 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 resistenza
in 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 muratura
è tecnicamente superfluo, anche se ci si trova in zona sismica. Il risultato è che si finisce col
risparmiare sulla qualità e sullo spessore della muratura di tamponamento a discapito, tra l’altro,
delle caratteristiche di isolamento termico e acustico.
118
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Volendo effettuare una casistica dei quadri fessurativi nelle strutture di cemento armato si
possono classificare come dissesti di tipo lieve quelli che si limitano a fessurazioni
superficiali e che possono arrivare al distacco del calcestruzzo in corrispondenza delle
barre 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 a
dissesti di tipo grave, che necessitano di un intervento immediato e dello sgombero
dell’edificio.
APPROFONDIMENTO
La crisi di una singola trave coinvolge solo se
stessa ed i carichi agenti, mentre la crisi di un
singolo pilastro coinvolge tutti i pilastri
sovrastanti e le travi ad essi collegati.
1
Il cedimento di un singolo pilastro può portare al crollo dell’intera struttura, diversamente dal
cedimento 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 di
armatura.
119
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.6.1 Ritiro e variazioni termiche
Non si tratta di un vero e proprio cedimento, ma può apparire come tale: il ritiro è un
fenomeno che si instaura nel calcestruzzo durante la fase di stagionatura1, allorché il
materiale subisce una contrazione del volume se esposto all’aria, o una dilatazione se
immerso in acqua. Questo fenomeno si assesta definitivamente solo dopo circa quattro anni
dal getto2.
Il ritiro provoca una serie di fessure che
possono essere confuse con lesioni di diversa
natura ma non è dannoso per le strutture, a
parte per il fatto che le fessure da ritiro
possono causare l’aggressione da parte della
ruggine delle armature metalliche3.
Figura 155 –Fratture da ritiro causate da un
architrave di calcestruzzo.
Va comunque osservato che, in presenza di armatura metallica, il fenomeno è
notevolmente ridotto. Inoltre, bagnando in modo abbondante e continuo la superficie del
getto si possono ulteriormente ridurne gli effetti.
1
È la fase che segue a quella della presa, durante la quale il calcestruzzo sviluppa le sue
caratteristiche meccaniche.
2
La gran parte del ritiro avviene comunque durante le prime settimane, per poi progredire sempre
più lentamente. Il periodo di quattro anni è quindi più che altro indicativo della natura di lunga durata
del fenomeno.
3
Normalmente, le armature metalliche sono protette dagli agenti ossidanti (umidità, acqua) da uno
strato di calcestruzzo dello spessore di almeno 2,5 cm detto copriferro. Le fessure, da ritiro o per
altra causa, permettono agli agenti ossidanti di superare il copriferro e di aggredire l’armatura.
120
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.6.2
Cedimenti fondali
Nella traslazione verticale terminale estesa
ad uno o più pilastri, le fratture sono
localizzate in corrispondenza dell’attacco
delle travi con i pilastri interessati al
cedimento e con i pilastri immediatamente
successivi, rimasti in sede. Appaiono quadri
fessurativi nelle murature di tamponamento
con andamento parabolico simili a quelli che
si verificano per le strutture murarie.
Figura 156 – Cedimento fondale terminale
Nella traslazione verticale intermedia le
fessure si stabiliscono con gli stessi caratteri
del cedimento terminale ma con disposizione
simmetrica.
Figura 157 – Cedimento fondale intermedio
121
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nella traslazione inclinata, dovuta per lo più a
moti franosi sotto il piede di fondazione, le
fratture iniziali hanno inizialmente le
caratteristiche della traslazione verticale che si
modificano successivamente per l’effetto della
componente orizzontale della traslazione.
Figura 158 – Cedimento fondale inclinato
7.6.3
Insufficienze statiche o costruttive
In caso di flessione, una trave di cemento
armato isolata è tesa in corrispondenza della
sua mezzeria, nella parte bassa. Se
l’armatura è insufficiente appaiono in quel
punto fratture verticali perché l’armatura,
sottoposta a trazione, si allunga
eccessivamente ed il calcestruzzo non è più
in grado di seguirla.
Figura 159 – Fessure da flessione – trave
isolata
Se la trave è continua, ovvero prosegue su
un’altra campata, si presenteranno fessure
anche nella parte alta, in corrispondenza
dell’appoggio centrale. Infatti una trave
continua è sottoposta a trazione anche in quel
punto.
Figura 160 – Fessure da flessione – trave
continua
122
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Se invece della flessione eccessiva agisce un
taglio che superi la capacità di resistenza della
trave, le fratture sono orientate di 45° e
appaiono in corrispondenza degli appoggi.
Figura 161 – Fessure da taglio
Le fratture da schiacciamento dei pilastri in
cemento armato sono rare ma molto
pericolose, perché determinano dei processi
distruttivi così veloci da rendere difficile, se
non impossibile, un intervento di recupero.
Figura 162 – Dissesto da schiacciamento in un
pilastro
In caso di sisma, è facile che un pilastro non
adeguatamente progettato presenti fessure
dovute ad un momento flettente non
previsto. Infatti il terremoto provoca una
flessione nei pilastri che invece si
dimensionano normalmente per sopportare
una 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. Non
è raro il crollo del solo piano pilotis (piano terreno costituito dai soli pilastri), senza distruzione della
struttura sovrastante.
123
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Le insufficienze costruttive sono determinate da uno strato di calcestruzzo troppo sottile
a protezione del ferro di armatura o da un cattivo confezionamento del calcestruzzo che
presenta al suo interno o in superficie bolle d’aria o “nidi di ghiaia”, cioè volumi di inerte
con poco contenuto di cemento.
In questi casi il principale pericolo è
l’ossidazione dell’armatura metallica, alla
quale segue il distacco del calcestruzzo
intorno ad essa1. Le lesioni risultanti non
vanno confuse con quelle, ben più
pericolose, 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 e
può accadere che gli elementi strutturali realizzati siano insufficienti. È chiaro che
l’incendio rappresenta una causa di dissesto di principale importanza nelle strutture
metalliche
I dissesti strutturali sono di facile rilevazione, perché si tratta di un materiale omogeneo
che, a differenza della muratura, del cemento armato e del legno, non “nasconde” le
manifestazioni del dissesto che è di carattere puramente deformativo2.
Anche nelle strutture in legno il fuoco è una causa di dissesto molto importante, insieme
all’azione del tempo che deteriora il materiale più rapidamente di tutti gli altri materiali
finora considerati.
I dissesti nelle travi in legno si localizzano principalmente in corrispondenza dei nodi di
attacco con la struttura portante, dove il materiale tende a deteriorarsi più rapidamente. In
corrispondenza del momento flettente massimo, cioè in mezzeria, è facile che si instaurino
i 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 abbiamo
considerato 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’espulsione
del calcestruzzo.
2
L’acciaio è un materiale che non presenta fessurazioni.
124
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
7.8 METODI DIAGNOSTICI – RIEPILOGO DEI DISSESTI
Trovandosi di fronte un edificio da sottoporre a verifica, occorre innanzitutto rilevare le
lesioni presenti, non limitandosi ad osservazioni localizzate nella zona del dissesto ma
estendendo l’analisi a tutto il fabbricato. Va inoltre osservato se nelle immediate vicinanze
esistono (o sono esistiti) dissesti analoghi, per ottenere informazioni aggiuntive che
potrebbero essere utili alla diagnosi
Nella ricerca delle relazioni tra lesioni e dissesti si seguirà un metodo deduttivo che
consiste nel considerare i dissesti ai quali possono essere soggetti i vari elementi strutturali
per determinare le corrispondenti caratteristiche deformative e fessurative. In questo
modo sarà possibile definire alcuni quadri elementari di dissesto che, opportunamente
combinati 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 Î LESIONE
sarà agevole risolvere il problema inverso:
LESIONE Î DISSESTO STATICO
e quindi applicare il consolidamento appropriato.
Figura 165 – Dissesto teorico messo a
confronto con un dissesto reale
Nella realtà, questo procedimento è complicato dalla presenza di discontinuità strutturali
non evidenti, che deviano o aggravano le fessurazioni dovute al dissesto. Inoltre la
sovrapposizione di effetti derivati da più dissesti non associati tra loro1 rende la diagnosi
estremamente difficile.
1
Come già detto, alcuni dissesti derivano da altri. Per esempio, la spinta di una volta può causare
pressoflessione e schiacciamento sul piedritto.
125
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Per favorire l’analisi, sarà utile fare riferimento agli schemi che seguono, dove sono riassunte
le 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 con
lesioni aventi un andamento variabile da
orizzontale in verticale passando dalla
base alla sommità dell'edificio, localizzate
su una fascia verticale.
Cedimento dell'estremità della
fondazione situata oltre la zona
lesionata.
Muratura portante con lesioni inclinate
localizzate su una fascia verticale in
corrispondenza delle aperture, cioè nelle
zone di minor resistenza.
Muratura portante con lesioni inclinate
localizzate su due fasce verticali in
prossimità delle aperture e nelle zone di
minor resistenza.
Cedimento verticale di un tratto
intermedio della fondazione.
Lesioni verticali situate in corrispondenza
delle zone di muratura portante a livello
delle aperture.
Schiacciamento della muratura.
Lesioni verticali localizzate su una fascia
verticale ad una estremità della facciata in
muratura portante.
Rotazione intorno ad un asse
orizzontale.
Lesioni di forma curva con la convessità
rivolta verso la superficie opposta
all'elemento che spinge situate sulla
muratura portante comune a due edifici
aventi solai quote diverse.
Ritiro e variazione di
temperatura.
126
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Tabella riepilogativa dei quadri fessurativi degli edifici con struttura portante in cemento
armato
Lesioni riscontrabili nella
costruzione
Cause generatrici
Trave di C.A. con lesioni
verticali ravvicinate disposte
all'intradosso in mezzeria e
all'estradosso in vicinanza degli
appoggi.
Sforzi di flessione eccessivi.
Trave di C.A. con lesioni
inclinate di 45° in vicinanza
degli appoggi.
Sforzi di taglio e flessione
eccessivi.
Lesioni nelle pareti aventi
andamento di parabole
convergenti verso il pilastro che
ha subito il cedimento.
Cedimento verticale di un
pilastro.
Apertura delle staffe di un
pilastro di C.A. con espulsione
del copriferro.
Schiacciamento di un pilastro.
Espulsione del copriferro in
corrispondenza degli spigoli di
travi e pilastri di C.A.
Ossidazione delle armature
metalliche.
Rottura di pareti interne con
andamento a 45°.
Azione del peso della parete
concentrata su un travetto del
solaio. In assenza di rompitratta
trasversali tale travetto non
riceve collaborazione da quelli
adiacenti e subisce una freccia
di inflessione che genera la
lesione della parete.
127
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 essere
agibile1, che non abbia cioè riportato danni gravi alle strutture. Inoltre, occorrerà stabilire se
la sua configurazione strutturale, che può essere mutata a seguito delle lesioni, sia
compatibile con i criteri di sicurezza.
Ci si dovrà infine accertare che nelle vicinanze non possano verificarsi crolli di altri edifici
che 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 che
turbano gli equilibri naturali provocando lo spostamento della masse di terreno sotto la spinta
della 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 nel
terreno; a titolo di esempio, una sabbia grossolana asciutta del peso in volume di 1,4
tonnellate/mc può aumentare il suo peso fino a 1,7 T/mc se bagnata.
Figura 166 – Durante un nubifragio, l’aumento di peso
specifico del terreno può provocare una frana
1
Per essere agibile, l’edificio deve garantire la sua stabilità anche nel caso che si ripeta un evento
sismico di intensità almeno uguale a quello che lo ha lesionato. Si rammenti che in molti casi le
scosse “di assestamento” sono di grado simile a quelle del terremoto “principale”.
128
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
L’aumento dell’inclinazione si verifica
soprattutto per effetto dell’erosione al piede
del pendio, operata dalle acque di
ruscellamento, dall’azione erosiva delle onde
marine, dell’acqua di deflusso di un canale o
da lavori di sbancamento. Anche la
deforestazione ha come conseguenza
l’aumento dell’inclinazione del pendio, perché
favorisce il deflusso delle acque superficiali.
Figura 167 – L’erosione causata dallo
scorrimento dell’acqua determina il franamento
dell’argine in un canale
La frana per aumento di carico si verifica
quando si sovrappongono carichi eccessivi a
monte del pendio. Tali carichi possono essere
costituiti sia da discariche di terreno od altro
materiale, sia da edifici che, insistendo sul
cuneo di spinta, provocano il franamento del
pendio.
Figura 168 – Frana causata dall’aumento del
carico
La diminuzione della coesione si verifica
prevalentemente nei terreni rocciosi a causa
dall’azione delle acque. Infatti l’umidità può
ridurre la forza dei legami che uniscono gli
elementi del terreno, diminuendo
drasticamente il valore dell’angolo di attrito
interno. Lo stesso fenomeno si verifica come
effetto della deforestazione, infatti le radici
delle piante legano il terreno aumentandone di
fatto la coesione.
Figura 169 – Frana di un pendio roccioso
causata dalla solubilizzazione dell’argilla che
cementa 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, cioè
delle forze che tendono a far scivolare tra loro gli strati di terreno.
129
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Nei materiali coerenti l’acqua ha un minimo effetto destabilizzante, limitato alla dissoluzione
del cemento (quando esso è solubile) che lega le particelle.
In quelli incoerenti, invece, ha diversi effetti secondo il valore di saturazione di acqua nel
terreno: se l’acqua è presente in piccole quantità crea un sottilissimo velo intorno alle
particelle che aumenta di fatto la coesione. Questo tipo di coesione, dovuta a forze di tipo
elettrostatico, è detta apparente ed è quella che permette per esempio di costruire i castelli
di sabbia.
Nel caso in cui si passi alla completa saturazione del terreno, cioè al completo riempimento
degli spazi tra le particelle, l’acqua elimina completamente la coesione apparente e riduce
sensibilmente 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 annulla
l’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 da
ricercare nell’insufficiente conoscenza dei terreni impiegati o nelle eccessive escursioni di
livello nell’acqua convogliata.
La tracimazione, che si può verificare in caso di piena, investe il versante esterno
dell’argine che, essendo privo di rivestimento o di protezione, può essere seriamente
danneggiato.
Un altro motivo che può causare la tracimazione è
l’aumento di scabrosità delle superfici dell’argine a
contatto con l’acqua, dovuto a mancanza di
manutenzione, che provoca l’aumento del livello delle
acque.
Figura 170 Aumento di livello dell'acqua dovuto a mancanza
di manutenzione degli argini
Un’altra causa di dissesto è il fontanazzo, ovvero una via d’acqua interna all’argine che
progressivamente si allarga a causa del trascinamento delle particelle di terreno e che
causa una falla nell’argine.
130
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8. CONSOLIDAMENTI
8.1 GENERALITÀ
Eseguita l’analisi dei dissesti, si procede allo studio delle opere di consolidamento
necessarie per garantire le condizioni di sicurezza e stabilità.
I consolidamenti possono essere provvisori o definitivi: i primi servono a garantire
condizioni transitorie di sicurezza1, mentre i secondi hanno lo scopo di ripristinare
definitivamente la struttura lesionata, restituendole le caratteristiche statiche previste delle
norme.
La necessità di eseguire interventi provvisori è particolarmente significativa in caso di
terremoto o di altro evento catastrofico. In questi casi la prima esigenza è quella di
intervenire rapidamente, ancora prima di avere le attrezzature necessarie per la
realizzazione di interventi più drastici che possono essere sia demolizioni che
consolidamenti. È evidente che, con i materiali che si possono reperire con rapidità, non si
possano realizzare che semplici puntellature atte ad evitare il crollo di parti di edificio
pericolanti.
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, per
verificare la correttezza dell’intervento ed adottare eventuali modifiche2.
1
Anche in fase di costruzione, vengono usati puntelli per sostenere le casseforme durante il getto
di 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 strada
scorretta. Nel campo della valutazione dei dissesti succede spesso di arrivare a conclusioni vere solo
in parte, soprattutto se non si ha avuto la possibilità di eseguire verifiche accurate. Durante
l’esecuzione dei lavori di consolidamento si ha occasione di esplorare più a fondo il problema perché
spesso vengono demolite – previa puntellatura – parti strutturali che nascondevano altri dissesti.
131
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.2 PUNTELLI
I puntelli sono elementi strutturali sollecitati a
compressione assiale, destinati all’appoggio
provvisorio delle strutture degradate.
Possono assolvere una funzione di sostegno
(quando assorbono azioni verticali), di ritegno
(quando assorbono azioni orizzontali) o
entrambe.
Figura 171 – Puntello di sostegno, di ritegno e
misto
I puntelli possono essere costruiti in legno, ferro, cemento armato e, raramente, in
muratura1. In ogni caso, essendo piuttosto elevata l’azione di compressione assiale alla
quale verrà sottoposto, il puntello dovrà essere dimensionato in modo da non inflettersi per
carico di punta.
1
È frequente, nelle città medioevali, imbattersi in “ponti” che collegano due edifici adiacenti. Tali
strutture sono ritegni in muratura che puntellano una delle due facciate, soggetta ad inflessione.
132
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Per questo motivo, i puntelli molto lunghi
vengono realizzati con una struttura
reticolare, costituita da maglie triangolari
indeformabili.
Figura 172 – Puntello reticolare in legno
Inoltre, le sue estremità (la testa ed il piede) dovranno essere in grado di trasferire senza
sollecitazioni 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 più
possibile 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 come
puntelli alle grandi masse, alle piccole masse o alle masse locali.
133
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
I puntelli alle grandi masse1 sono tali
quando servono da sostegno per elementi
strutturali indispensabili al sostegno dell’intero
edificio, 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 di
lunghezza in funzione dell’umidità.
134
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Contro i moti di masse murarie limitate, si
adottano invece i puntelli alle piccole
masse, tra i quali molto importanti sono le
sbadacchiature delle porte e delle finestre.
Figura 174 – Sbadacchiatura in legno
I puntelli alle masse locali sono infine piccole strutture utili a garantire la continuità del
lavoro di consolidamento durante le sospensioni del lavoro stesso.
APPROFONDIMENTO
Spesso le sbadacchiature sono realizzate in muratura e riempiono del tutto o in parte il vano
interessato al consolidamento.
Nell’esempio in figura si utilizza un nucleo
murario ed un puntello di sostegno e ritegno
per scaricare completamente un pilastro
murario che sarà successivamente demolito e
ricostruito. Alla fine dei lavori saranno rimossi
sia il puntello che il nucleo murario.
135
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.3 ESEMPI DI PUNTELLATURE
Nella realizzazione delle puntellature si deve operare con cautela e non forzare sulla parte
lesionata, disponendo i puntelli nel punto voluto, serrandoli gradualmente con dei cunei
contrapposti 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 da
contenere tutti i possibili spostamenti della struttura;
•
controventamento dei puntelli molto lunghi rispetto alla loro sezione, per evitare
fenomeni di instabilità per carico di punta.
Infine, se un edificio pericolante è circondato da edifici che sono ancora in buone condizioni
statiche si può ricorrere a puntellature di ritegno orizzontali, che collegano gli edifici sani a
quello dissestato rendendoli collaboranti.
Vediamo ora alcuni esempi di puntellamenti.
8.3.1 Puntellamento di una piattabanda
Nell’esempio in figura si ha una piattabanda
lesionata: il puntellamento viene realizzato con
una tavola posta sotto la piattabanda, sorretta
da un ritto, posato su una tavola (non
direttamente sul pavimento) e serrato alla
piattabanda con una doppia coppia di cunei.
Due sbadacchi orizzontali, appoggiati a tavole
verticali e serrati da cunei, servono a
mantenere la stabilità dei muri che possono
aver risentito delle cause che hanno prodotto
le lesioni sulla piattabanda.
Figura 175 - Puntellamento di piattabanda
136
.
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.3.2 Puntellamento di un arco
Nel caso di una lesione di un arco, come in
figura, si realizza un puntellamento generale a
raggiera, in modo da sorreggere tutta la
superficie dell'intradosso. Anche in questo
caso si usano dei doppi cunei per il
posizionamento dei puntelli.
Figura 176 - Puntellamento di un arco
.
8.3.3 Puntellamento di un muro esterno
Dovendo sostenere un muro pericolante si
può realizzare un puntellamento come in
figura, con una prima serie di legni robusti
posti a 45° ed una seconda a 60°, appoggiati
più in alto della zona in pericolo, con
collegamenti tra le due serie. Queste travi non
vengono appoggiate, in genere, direttamente
sulla muratura, ma su tavole fatte aderire al
muro, sulle quale sono fissati dei mensolotti
per contrastare la spinta dei puntelli.
Analogamente l'appoggio sul terreno non viene
fatto direttamente, ma su una trave che va dal
muro fino ad un picchettone infisso nel terreno
Figura 177 - Puntellamento di un muro esterno
.
137
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Quando si tratti di un'intera facciata occorrerà
incastellare le masse murarie attraverso le
aperture, inquadrate da sbadacchiature,
collegate alla puntellatura esterna.
Figura 178 - Puntellamento di una facciata
.
8.3.4 Puntellamento di opere in cemento armato
Nelle opere di consolidamento di strutture in cemento armato, è necessario predisporre una
puntellatura capace di sostenere il peso della struttura da consolidare.
Se si tratta di una nervatura occorre liberarla
.
dal carico della soletta mediante due travi sotto
ascella, affidate a ritti ben solidi.
Figura 179 - Puntellamento di una nervatura
Se si tratta di pilastri occorre sgravarli dal
carico, trasferendolo a delle stilate laterali,
realizzate in legname forte o in muratura o in
cemento armato.
Figura 180 - Puntellamento di pilastri
.
138
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Se si trattasse del consolidamento del solo
pilastro basale, possono bastare dei puntelli
provvisori in cemento armato o in legname
forte, convergenti verso l'alto in un punto
dell'asse del pilastro da consolidare.
Occorrerà naturalmente un puntello per
ciascuno dei travi primari e secondari che
concorrono sul pilastro.
Figura 181 - Puntellamento del pilastro basale
.
8.3.5 Errori nella realizzazione di puntellature
A conclusione di questo paragrafo vediamo alcuni esempi di possibili errori da evitare nella
realizzazione delle puntellature, per non comprometterne l'efficacia.
Nella realizzazione delle puntellature di
controventamento si devono evitare i due
errori riportati nelle figure:
- nel primo caso la controventatura non
costituisce un controventamento spaziale
Figura 182 - Controventamento inefficace
- nel secondo caso l'azione di puntellamento è
squilibrata e si concentra su un solo lato.
Figura 183 - Controventamento non distribuito
139
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Nel caso di controventamento interno,
questo deve essere esteso a tutti i piani,
altrimenti risulta inefficace, come quello
rappresentato in figura.
Figura 184 - Controventamento interno inefficace
Per il controventamento di una porta
nelle figure sono riportati, oltre alla
soluzione corretta, due possibili errori:
nel primo caso il puntello appoggia solo
in un punto; nel secondo la puntellatura
spinge sui muri laterali.
Figura 185 - Soluzioni per il
controventamento di una porta
ERRATI
CORRETTO
Un possibile errore (tutti i puntelli
convergono in un unico punto) nella
puntellatura di un arco è mostrato nella
figura, accanto ad una soluzione corretta
Figura 186 - Soluzioni per la puntellatura di
un arco
ERRATO
140
CORRETTO
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.4 TIRANTI
I tiranti, generalmente metallici, hanno grande efficacia nel consolidamento statico sia come
organi provvisori che, più frequentemente, come organi permanenti di presidio nei vari casi
di fatiscenza muraria.
I tiranti sono utili per stabilizzare deformazioni
murarie derivanti da inflessione delle
murature di facciata, o per eliminare la spinta
di archi e volte lesionate.
Figura 187 – Disposizione dei tiranti per contrastare
la deformazione di un muro soggetto a
pressoflessione
Gli elementi costituenti sono la catena1 e i
capichiave, ai quali è affidato il compito di
distribuire l’azione tirante alla muratura.
Figura 188 – Capochiave a piastra circolare
1
Realizzata in ferro tondo, quadro o piatto.
141
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
La catena non è generalmente montata in un
pezzo unico, per cui lungo di essa sono
spesso presenti giunti, che dovranno avere
forma tale da evitare sollecitazioni di flessione
dovute all’eccentricità.
Figura 189 – Giunto a forchetta
Contrariamente ai puntelli, i tiranti lavorano
per trazione che sviluppano sfruttando la
dilatazione termica del materiale: una volta
posti in opera essi vengono infatti riscaldati
con fiamme a mano per tutta la loro
lunghezza, in modo da allungarli per
dilatazione termica1.
Figura 190 – La dilatazione termica allunga il
tirante, che viene fissato ai capichiave
1
Si comprende quindi perché i tiranti vengono realizzati in ferro, che ha un coefficiente di
dilatazione molto alto e che è quindi in grado di allungarsi in modo soddisfacente.
142
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Raggiunta la massima lunghezza, il tirante
viene affrancato alle estremità e lasciato
raffreddare. Il tirante si contrae, tendendosi.
Figura 191 – Raffreddandosi, il tirante si tende e
contrasta 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 modo
economico e spesso risolutivo nei casi in cui non si possa agire direttamente sulla causa
dl dissesto.
APPROFONDIMENTO
La tirantatura di un muro di facciata può essere disposta in modo più omogeneo
realizzando una soletta di cemento armato (dello spessore di 4-5 cm) sopra il solaio in
corrispondenza del quale è necessario intervenire sul muro. L’armatura verrà prolungata
attraverso la muratura, con un interasse di 60-90 cm, e collegata ad una struttura
longitudinale metallica o in cemento armato, costruita all’interno di una predisposta traccia
esterna.
143
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.5 CERCHIATURE
Il principio di funzionamento delle
cerchiature, destinate a consolidare solidi
sottoposti a schiacciamento, è quello di
formare un contenimento del materiale in fase
di disgregazione per fargli acquisire
caratteristiche meccaniche. Il principio è lo
stesso per cui la sabbia incoerente se
contenuta in un sacchetto forma una
struttura solida.
Figura 192 – La sabbia contenuta in un sacchetto,
benché incoerente, sviluppa caratteristiche portanti
Per il consolidamento dei pilastri in muratura
o in pietra si fa ricorso già da molti secoli a
cerchiature in ferro montate a caldo che,
raffreddandosi, contrastano la dilatazione
trasversale del pilastro.
Figura 193 – Catena in ferro applicata ad una
colonna in muratura
144
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Per consolidare murature deteriorate si può
ricorrere al placcaggio della struttura con
intonaco di cemento armato1, collegato
attraverso fori con barre di armatura disposte
in numero di 4-6 al metro quadrato.
Figura 194 – Placcaggio di un muro con intonaco
armato
8.6 FONDAZIONI
Gran parte dei dissesti non sismici degli edifici sono provocati dai cedimenti fondali. Tali
cedimenti possono essere provocati da diverse cause che occorre stabilire con esattezza
per intervenire con un consolidamento appropriato2.
Generalmente sarà necessario ampliare ed
approfondire il piano di fondazione, in modo
continuo o discontinuo, secondo i casi. In mancanza
di terreno solido negli strati superficiali si ricorrerà
all’uso di pali trivellati di grande o piccolo diametro
(micropali).
Figura 195 – Fondazione consolidata per mezzo di
micropali
1
Lo spessore dell’intonaco dovrà essere di almeno 3-4 cm, armato con rete elettrosaldata a maglia
quadrata da 15-20 cm e diametro di 6-8 mm.
2
Vedi il capitolo riguardante i cedimenti fondali.
145
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
La più grande difficoltà nella realizzazione di queste opere dette di sottofondazione consiste
nell’impossibilità di agire se non per piccoli tratti, detti sottocantieri. Infatti le strutture di
fondazione sono indispensabili per il sostegno del fabbricato e non si può assolutamente
effettuare uno scavo sotto di esse se non con particolari accorgimenti.
Per consolidare la fondazione di un muro
continuo si potrà procedere nel modo
seguente:
Si esegue una puntellatura di tutto l’edificio
da consolidare e si effettua uno scavo per
tutta la lunghezza fino alla quota della base di
fondazione.
Figura 196 – Puntellatura dell’edificio e scavo fino
alla quota di fondazione
Si suddivide la vecchia fondazione in tratte
della lunghezza di 1-1.5 metri corrispondenti
ai pieni tra un’apertura e l’altra (cantieri dei
pieni). Si individuano poi i sottocantieri
corrispondenti ai vuoti (cantieri dei vuoti).
Ciascun cantiere viene numerato, per
indicare la successione dei lavori, iniziando
dai cantieri dei vuoti per estendersi ai pieni1.
Figura 197 – Suddivisione della vecchia
fondazione in sottocantieri
I lavori si iniziano quindi dal cantiere n°1 con
l’apertura di uno scavo per raggiungere il
nuovo piano di fondazione. Si procede quindi
alla realizzazione della nuova fondazione, sia
essa in muratura, in cemento armato o su
pali. Una volta consolidata la nuova
fondazione, si procede con i cantieri
successivi.
Figura 198 – Realizzazione delle nuove opere di
fondazione
1
La numerazione dovrà essere tale che ciascun numero differisca almeno di due unità dai numeri
dei due cantieri adiacenti.
146
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.7 MURATURE
Dopo qualche tempo dall’esecuzione dei
lavori di sottofondazione le lesioni della
muratura portante si fermano e la muratura
può essere ripristinata.
Uno dei metodi più idonei è la cosiddetta
sostruzione1 a cuci e scuci, realizzata con
mattoni pieni a sostituzione della parte di
muro interessata dalla lesione ed
efficacemente ammorsata al muro stesso.
Figura 199 – Sostruzione con il metodo a cuci e
scuci
Questo metodo, valido per le fessure dovute a cedimenti fondali, non è utile nei casi in cui il
dissesto è dovuto alla pressoflessione o allo schiacciamento, perché la lesione
tenderebbe a riprodursi. Infatti in questi casi il dissesto è provocato da una insufficiente
sezione muraria.
Per risanare tali dissesti, oltre alla ricostruzione, è possibile intervenire con il placcaggio con
intonaco armato (già trattato precedentemente) o con l’iniezione di cemento all’interno della
massa muraria.
Le iniezioni servono soprattutto in quei casi in cui la muratura è molto degradata nei giunti
di 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 e
limitate demolizioni e successive ricostruzioni.
147
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Utilizzando un trapano a rotazione, per non
accentuare con vibrazioni il degrado della
struttura, si formeranno una serie di fori
inclinati verso il basso, del diametro di 2-4
cm e di lunghezza pari a due terzi dello
spessore murario. I fori saranno effettuati
ogni 30-60 cm, secondo la compattezza
maggiore o minore della struttura.
Figura 200 – Foratura della parete
Successivamente saranno sigillate le fessure
e i giunti esterni, in modo che sia possibile
eseguire il lavaggio e la successiva iniezione
senza fuoriuscita di materiale. A questo punto
si può eseguire il lavaggio, con acqua a
pressione, per eliminare i residui incoerenti di
malta dalla muratura ed inumidire la struttura
per favorire la presa del legante. A lavaggio
ultimato si procederà con l’iniezione di malta
di cemento o di altro materiale legante1 fino
alla 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 o
prodotti bituminosi.
148
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Un particolare tipo di iniezione è l’iniezione
armata, nella quale si inserisce un’armatura
costituita da una o più barre di acciaio ad
aderenza migliorata in un foro di diametro
solitamente maggiore di quello usato per le
iniezioni semplici. La funzione di questo
dispositivo è, oltre al consolidamento dei
giunti, 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 il
solaio e la struttura portante che, se muraria, si avvantaggia non poco del contributo che i
solai sono in grado di fornire all’intera struttura in elevazione.
Infatti un collegamento efficace tra solai e
muratura fa sì che una eventuale tendenza
alla rotazione di un pannello murario sia
contenuta dai solai che, collegandolo con le
murature trasversali, le chiamano a
collaborare. Si può dire che un solaio ben
ammorsato alle murature portanti costituisca
la migliore tirantatura per un edificio.
Figura 203 – Il solaio può servire per incatenare le
murature tra loro, rendendole tutte collaboranti.
Nei solai privi di cordolo1 è facile che la muratura si infletta perché non collegata
efficacemente ai solai. In zona sismica, inoltre, tale collegamento è obbligatorio e fa parte
degli 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 che
attraversa del tutto o in parte la muratura portante.
149
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Per ripristinare il giunto, occorre pertanto impedire lo sfilamento del solaio nelle due
direzioni (verso l’interno e verso l’esterno dell’edificio).
Nei solai in legno o in ferro, sarà necessario
fissare alle travi e al tavolato un piatto in ferro
che, attraversato il muro, si collega per mezzo
di cunei di tiraggio ad una piastra metallica
sulla faccia esterna del muro.
Figura 204 – Collegamento delle travi di legno alla
muratura
Se invece il solaio è staticamente
insufficiente, gli interventi di consolidamento
sono tesi a migliorare le prestazioni1 del
materiale deteriorato oppure ad affiancare
una struttura di rinforzo alla struttura
originaria.
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 di
orizzontamento, le volte generano azioni spingenti sui piedritti che ne possono provocare
l’inflessione.
1
I metodi sono svariati, e si applicano solo in quei casi in cui le strutture si presentano
particolarmente interessanti sotto l’aspetto artistico ed architettonico.
150
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Il consolidamento più tipico delle volte
consiste nel disporre una catena in ferro in
grado di neutralizzare o ridurre la spinta
orizzontale; tale catena va disposta all’altezza
delle reni1.
Figura 206 – Incatenamento di un arco
Il tipo di intervento descritto riduce come detto la spinta laterale ma non risolve il dissesto
della volta, infatti nei casi più frequenti di restauro non è più possibile cambiare la
configurazione geometrica degli archi o delle volte, che richiederebbe la completa
demolizione e ricostruzione.
Per questo bisogna agire sui carichi applicati,
tra i quali la maggior parte è costituita dal
riempimento che, nelle vecchie volte, veniva
disposto per formare il piano orizzontale per
la posa dei pavimenti.
Figura 207 – Sezione di una volta con riempimento
1
Sezione della volta individuata da un arco di 30° sull’orizzontale.
151
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Per alleggerire la volta si esegue quindi una
puntellatura costituita da una centinatura di
tavole aderenti all’intradosso della volta e si
rimuovono i pavimenti, il sottofondo ed il
materiale di riempimento.
Figura 208 – Puntellatura della volta
Si esegue successivamente un rinfianco in
calcestruzzo e, dopo aver raschiato e
spazzolato i giunti della volta si esegue il
lavaggio con acqua. A questo punto si può
scegliere, in funzione del degrado dei
materiali, se effettuare un getto di
placcaggio in calcestruzzo armato1 o una
semplice sigillatura dei giunti con malta di
cemento.
Figura 209 – Esecuzione del getto di placcaggio
A questo punto, si può costruire un solaio a
struttura indipendente e distaccato dalla volta
o, se la struttura è abbastanza solida,
realizzare una serie di muretti trasversali (detti
frenelli) appoggiati alla volta e sui quali
realizzare il nuovo solaio.
Figura 210 – Realizzazione del nuovo solaio
appoggiato su frenelli
1
La cappa avrà uno spessore di 4-5 cm, armata con rete elettrosaldata collegata con chiodi metallici
fissati all’estradosso della volta.
152
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.10 STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO
Le membrature di cemento armato sono soggette a degrado se esposte ad ambienti
chimicamente aggressivi, se sono state realizzate con materiali scadenti o se il copriferro1
ha uno spessore insufficiente a proteggere l’armatura. Inoltre, sottodimensionamenti o
carichi eccessivo possono lesionare in vario modo la struttura.
Il ripristino di un elemento strutturale
degradato si effettua rimuovendo le parti di
calcestruzzo distaccate, pulendo l’armatura e
ripristinando il calcestruzzo mancante con
prodotti adatti al restauro2.
Figura 211 – Sezione di una trave in cemento
armato con aggiunta di armatura
Se la struttura ha una sezione insufficiente si
può maggiorarla ricorrendo sia al cemento
armato che al ferro, incollato alla trave
esistente per mezzo di resine epossidiche.
Figura 212 – Rinforzo di una trave in c.a. per mezzo
di 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 spessore
minimo è di 2.5 cm.
2
Il calcestruzzo o la malta di cemento sono inadatti perché il ritiro del nuovo materiale
distaccherebbe la parte ricostruita dalla parte originaria. Si usano perciò malte di cemento speciali in
grado di aderire perfettamente sia all’armatura che al calcestruzzo rimasto in sito.
153
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.11 INTERVENTI DI ADEGUAMENTO SISMICO
Una branca specifica dei consolidamenti strutturali è quella che fa riferimento agli edifici
danneggiati dal sisma1. L’argomento è molto complesso e qui si vogliono dare solo alcuni
cenni su come si può operare sull’intero edificio senza entrare nel dettaglio delle singole
operazioni di consolidamento.
D’altra parte la normativa ha voluto stabilire concetti fondamentali, nel cui ambito ricercare
la soluzione più adatta al caso specifico.
Essendo l’azione sismica concentrata in
corrispondenza delle masse, è evidente che
si dovrà in primo luogo alleggerire l’edificio
dove possibile, con particolare attenzione ai
carichi gravanti sui solai più alti2 come, per
esempio, i cassoni di accumulo dell’acqua.
Figura 213 – Spostamento delle masse non
strutturali ai piani bassi e sopraelevazione per il
bilanciamento 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 la
riparazione 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 rafforzamento
degli 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 della
massa stessa.
154
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Si cercherà di eliminare gli elementi
strutturali che possano provocare effetti
torsionali sotto l’azione delle forze
sismiche (pensiline, balconi, sporgenze o
collegamento a muri di contenimento del
terreno).
Figura 214 – Il collegamento dell’edificio con il
muro di contenimento determina torsioni nella
struttura in caso di sisma
Se l’edificio è fortemente asimmetrico, si
cercherà di modificarne la pianta in modo
da renderlo simmetrico costruendo un
nuovo corpo di fabbrica.
Figura 215 – Regolarizzazione della simmetria
planimetrica per mezzo di una nuova
costruzione
Anche l’irregolarità di forma in elevazione
può provocare dannose concentrazioni di
carico. Queste irregolarità possono essere
eliminate inserendo opportuni giunti
all’interno della struttura.
Figura 216 – Regolarizzazione della forma in
elevazione realizzata con un giunto
Gli interventi brevemente illustrati tendono a correggere favorevolmente il comportamento
sotto sisma della costruzione riducendo gli effetti negativi di una inadeguata progettazione
che, a volte, è la principale causa dei dissesti.
8.12 CENNI SULLE DEMOLIZIONI
Quando gli interventi di consolidamento sono economicamente svantaggiosi o quando un
edificio 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’ordine
inverso a quello seguito nella costruzione, sempre presidiando le masse con idonee
puntellature capaci di far fronte ai cambiamenti di equilibrio statico che si determinano nelle
varie fasi della demolizione.
155
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
È sbagliato pensare che la demolizione per crollo sia più economica di quella effettuata
come descritto, cioè per scomposizione, perché non bisogna ignorare i costi aggiuntivi per
la protezione delle maestranze e degli edifici adiacenti. Infatti, il crollo non può essere
previsto in tutti i suoi aspetti e il rischio di danni alle persone e alle cose rende questa
modalità di demolizione controproducente sia in termini morali che economici.
Si descrivono di seguito, a titolo esemplificativo, le fasi da seguire per la demolizione di una
volta muraria:
•
•
•
realizzazione di puntellature per contenere, in assenza della volta, la spinta laterale di
eventuali volte adiacenti;
costruzione di una centinatura simile a quella che si sarebbe realizzata per la
costruzione della volta stessa;
costruzione di un sottopalco di sicurezza
e di un palco superiore a servizio della
manodopera;
Figura 217 – Sottopalco di sicurezza e palco di
lavoro per la demolizione della volta
•
•
demolizione e rimozione del pavimento, del relativo massetto e del riempimento della
volta;
rimozione dei singoli elementi della volta, seguendo il procedimento inverso a quello
della costruzione.
Come si vede, il processo di demolizione è altrettanto complesso quanto quello della
costruzione. Non bisogna quindi sottovalutare l’importanza di questa pratica soprattutto,
come già detto, in funzione della sicurezza.
156
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
8.13 CONSOLIDAMENTO DEGLI ARGINI
Alla tracimazione degli argini si può
rimediare costruendo1 soprassogli in
corrispondenza della sommità dell’argine. Tali
argini aggiuntivi possono essere costruiti con
sacchetti di terra, rincalzati verso campagna
con altra terra sciolta. Nel caso in cui si
prevede un sormonto limitato (dell’ordine di
20-30 cm) si possono realizzare
semplicemente 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 lo
sbocco e consenta il formarsi di una contropressione che ne arresti il flusso. Dei fontanazzi
ci si accorge dall'intorbidamento delle acque nei pozzi, dall’incremento di deflusso di acque
torbide 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 in
plastica o adottando rinforzi costituiti da lastre in cemento armato o da rivestimenti in
pietra.
Come provvedimenti di pronto intervento si
possono mettere in opera massi naturali od
artificiali gettati in acqua immediatamente a
monte della zona minacciata3.
Figura 219 – Utilizzo di massi con funzione
protettiva
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 delle
particelle di terreno e che causa una falla nell’argine.
3
Le dimensioni dei massi devono essere proporzionali alla velocità della corrente fluviale per
evitarne l’asportazione. Si possono anche adottare gabbioni metallici riempiti di pietrame.
157
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
In alternativa, si possono disporre tronchi
d’albero tagliati e trattenuti con funi
assicurate a picchetti entro terra.
Figura 220 - Utilizzo di tronchi con funzione
protettiva
158
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
9. COMPORTAMENTO AL FUOCO DEI MATERIALI
9.1 RESISTENZA AL FUOCO
La resistenza al fuoco di una struttura consiste nella proprietà dei suoi elementi di
continuare ad esercitare la loro funzione per un certo tempo, anche se sottoposti alle alte
temperature 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, i
controsoffitti o le porte, ma che hanno una funzione tagliafuoco. La funzione di questi ultimi
elementi è estremamente importante, perché molto spesso si affida a loro la resistenza al
fuoco complessiva di un edificio1.
La valutazione della resistenza al fuoco costituisce un procedimento assai complesso che in
Italia viene determinata presso il Centro Studi ed Esperienze del Corpo Nazionale dei
VV.F. secondo le norme stabilite dalla circolare n°91 del 14 settembre 1961, emanata dal
Ministero dell’Interno.
Il “procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costruttivi di
conglomerato cementizio armato, normale e precompresso” viene inoltre stabilito dalla UNI
9502, nella quale sono fissate le modalità della misurazione.
Inoltre, i criteri per la determinazione della resistenza al fuoco e i metodi di calcolo vengono
definiti dagli eurocodici CEE, tuttora in fase di studio.
In generale, gli elementi da sottoporre alla
prova vengono disposti in uno speciale
forno, all’interno del quale la temperatura
aumenta seguendo una determinata curva
tempo-temperatura, riportata in figura.
Durante il procedimento, se viene testato un
elemento strutturale, vengono applicati i
carichi di progetto.
Figura 221 – Curva tempo-temperatura
1
Negli edifici in acciaio, per esempio, la protezione dal fuoco è affidata a rivestimenti resistenti al
fuoco che rivestono ogni parte della struttura. In caso di incendio questi rivestimenti impediscono al
fuoco di raggiungere la struttura per il tempo necessario.
159
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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 di
resistenza che la struttura deve garantire come portanza o protezione, in modo da
permettere sia ai mezzi di soccorso di intervenire, sia alle persone di mettersi in salvo. Ogni
classe stabilisce questo periodo di tempo, espresso in minuti, arrotondato ad uno dei
seguenti valori: 15, 30, 60, 90, 120, 150 e 180.
Omologare una struttura tagliafuoco per una resistenza al fuoco di – ad esempio - 120 minuti
significa quindi che, sottoposta ad un “incendio standard”, questa resta per almeno due ore
integra, senza lasciar passare fumo o fiamme, senza che la faccia opposta al fuoco superi i
150°C ed emetta fiamma o gas infiammabili. Inoltre, se la struttura assolve anche funzioni
statiche, 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 fragili
al calore (come il vetro) si rompono, alcuni fondono (stagno, piombo, ecc.), altri si
incendiano (legno, carta).
Le pietre naturali reagiscono diversamente:
•
•
•
•
le pietre calcaree possono essere decomposte dal calore, iniziando dagli strati esterni
esposti 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’altra
direzione, 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 subiscono
apprezzabili alterazioni, tranne lievi sfaldamenti superficiali che si verificano anche sotto
l’azione dell’acqua di estinzione.
1
Il granito è composto da grani di materiale diverso, cementati tra loro. Uno dei componenti principali
è il quarzo, di aspetto vetroso.
160
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
I laterizi si comportano diversamente
secondo che si tratti di mattoni pieni o
semipieni oppure di mattoni forati; i primi si
comportano ottimamente (fino ad arrivare alla
vetrificazione e fusione superficiale, dopo
prolungata esposizione a temperature
elevate), mentre i secondi si possono rompere
con frattura fragile per effetto degli sforzi di
taglio indotti dalla differenza di temperatura
fra 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 di
idratazione molecolare1; a 163°C evapora il contenuto residuo dell’acqua. Durante questi
fenomeni di evaporazione la temperatura resta costante. Questa caratteristica fa del gesso
un ottimo materiale ignifugo.
Sotto l’azione del calore, le malte di calce ordinaria perdono anidride carbonica assorbendo
calore; quelle di cemento liberano l’acqua di idratazione molecolare.
Il comportamento al calore dei calcestruzzi varia al variare della composizione e natura
degli inerti2, della granulometria3, del grado di costipamento, ecc.; la conduttività termica
decresce con l’aumentare della temperatura.
9.3 EFFETTI DELL’INCENDIO SULLE STRUTTURE
Gli effetti dell’incendio sulle strutture dipendono da determinati fattori: la distribuzione del
calore nelle strutture, la degradazione dei materiali con conseguente diminuzione della
resistenza e la dilatazione termica delle strutture stesse.
La diversa distribuzione di calore può determinare notevoli differenze di dilatazione
all’interno degli elementi strutturali, quindi sforzi di taglio che possono portare allo
sfaldamento superficiale o al distacco di parti.
1
L’acqua di idratazione molecolare è quella che è sempre presente all’interno del gesso, come
elemento 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).
161
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
APPROFONDIMENTO
Un esempio tipico degli effetti derivati da una diversa distribuzione di calore è lo
scorticamento della parte inferiore dei solai in latero-cemento in locali colpiti da un
incendio relativamente modesto: il rapido e violento aumento di temperatura che subiscono
le facce inferiori delle pignatte provoca in esse una forte dilatazione termica, mentre le
facce intermedie e superiori restano di dimensioni invariate.
Le sollecitazioni che ne derivano in
corrispondenza dei sottili setti verticali di
collegamento superano largamente i limiti di
resistenza del laterizio e quindi la pignatta si
rompe.
Rottura della pignatta in un solaio esposto al fuoco
La degradazione dei materiali con l’aumentare della temperatura viene essenzialmente
rappresentata dalla diminuzione della resistenza sotto sforzo dei materiali che, una volta
superato il limite minimo, può portare al cedimento della struttura.
La dilatazione termica ha conseguenze diverse rispetto allo schema statico della struttura
ed in particolare rispetto alla natura e disposizione dei vincoli.
Nel caso di strutture isostatiche1 la
dilatazione non provoca tensioni aggiuntive
all’interno della struttura ma solo
deformazioni che però, se notevoli, possono
comunque provocare dissesti. Infatti una
deformazione eccessiva può essere tale da
far scorrere, per esempio, un vincolo di
appoggio oltre la capacità del vincolo stesso
di assolvere alla sua funzione, con
conseguente crollo.
Figura 223 – La struttura si dilata a tal punto da
abbandonare il vincolo di appoggio
1
Una struttura isostatica è tale quando il numero di vincoli che la sostiene è quello strettamente
necessario per il suo equilibrio: la conseguenza è che la struttura si può dilatare senza contrasti.
162
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Se la struttura non è isostatica1 la sua
dilatazione è contrastata dai vincoli e quindi il
suo allungamento comporta un aumento
delle tensioni interne che può superare i valori
ammissibili per il materiale.
Figura 224 – Aumento delle azioni di
compressione in una trave con conseguente carico
di punta
In una struttura intelaiata gli allungamenti
delle strutture orizzontali aggravano le
condizioni statiche dei pilastri, che si trovano
a lavorare a pressoflessione anziché a
compressione semplice.
Figura 225 – La dilatazione delle travi in un telaio
provoca 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 è
caratterizzato da una modesta dilatazione fino a 100°C, per poi subire una contrazione fino
a 1000°C e nel conseguente raffreddamento alla temperatura ambiente.
Questo fenomeno di iniziale dilatazione, seguito da una contrazione irreversibile, è dovuto
alla progressiva disidratazione con conseguente distruzione della struttura cristallina della
malta cementizia.
Gli inerti, invece, presentano una differente dilatazione termica rispetto alla malta
cementizia che li lega, e questo avviene già a temperature inferiori ai 500°C.
Per temperature superiori, oltre i 600°C, intervengono negli inerti fenomeni di
dissociazione chimica che inducono elevate contrazioni.
Per gli inerti di natura silicea si verifica il fenomeno della frantumazione esplosiva, dovuta
alla diversa dilatazione termica tra gli inerti stessi e la malta che li contiene.
Per effetto delle alte temperature, il calcestruzzo subisce cambiamenti delle proprie
caratteristiche meccaniche dovute alla progressiva distruzione della struttura cristallina e
alla perdita dell’acqua di idratazione.
Per una valutazione sufficientemente approssimata delle caratteristiche meccaniche del
calcestruzzo alle varie temperature possono risultare validi i valori della resistenza a
compressione riportati nella tabella che segue.
1
In questo caso la struttura si dice iperstatica.
163
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Temperatura
Colore
Aspetto
Resistenza a
compressione
0°C
grigio
250°C
grigio
600°C
rosa
900°C
fulvo
1000°C
giallo
normale
normale
poroso
molto poroso
100%
100%
45%
nessuna
friabile e
poroso
nessuna
Per una prima analisi, condotta visivamente su strutture incendiate, possono essere utili le
indicazioni dei valori di resistenza a compressione in funzione del colore assunto dal
calcestruzzo e del suo aspetto superficiale.
Infatti, con il variare della temperatura dai 600 ai 1000°C il calcestruzzo assume diverse
colorazioni1 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’armatura
subisce la modifica della sua natura cristallina perdendo le sue caratteristiche meccaniche
fino a divenire plastico2. È importante individuare la temperatura alla quale, nelle armature
del cemento armato, si crea una tensione nell’acciaio tale da indurre un allungamento pari al
2 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 di
ferro che subisce un trattamento di cottura per diventare più lavorabile.
3
Tale temperatura è definita temperatura critica.
164
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
È da tenere presente il fatto che, mentre nel
campo delle temperature di impiego l’acciaio
ed il calcestruzzo hanno la stessa
dilatazione termica, alle alte temperature1
l’acciaio continua a dilatarsi mentre il
calcestruzzo subisce una contrazione. Si
creano in questo modo stati tensionali
contraddittori che portano alla frantumazione
del calcestruzzo.
Figura 226 – Frantumazione del calcestruzzo alle
alte temperature
Per quanto riguarda l’aspetto globale di una struttura danneggiata dal fuoco, si nota che gli
elementi strutturali con alto rapporto di superficie esterna rispetto al volume hanno un
comportamento al fuoco peggiore di quelli massicci.
Ciò è dovuto al fatto che il calore penetra più facilmente fino a coinvolgere l’intero volume
se lo spessore è sottile, mentre il nucleo più profondo risulta protetto dagli strati più esterni
dove 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 processo
detto pirolisi, per il quale la combustione procede per strati successivi con molta regolarità
e 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 è
superiore a 6-7 decimi di millimetro al minuto. La normativa vigente indica, per maggiore
sicurezza, valori di velocità superiori e, precisamente:
per le travi:
per i pilastri:
0,8 mm/minuto per l’estradosso ed i fianchi – 1,1 mm/minuto per
l’intradosso
0,7 mm/minuto per tutti i lati
Per rallentare la velocità di penetrazione della combustione si può ricorrere
all’ignifugazione, consistente nell’applicazione di sostanze che impregnano il legno
rendendolo più difficilmente combustibile.
L’ignifugazione è un provvedimento opportuno per il legno usato in spessore sottile, come
accade nel caso di tavolati, rivestimenti, pannelli ecc. Quando invece il legno ha uno
spessore elevato2, è più conveniente maggiorare le sezioni resistenti in modo che dopo un
certo periodo di tempo stabilito dalle norme3 la sezione ridotta abbia le caratteristiche
statiche 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.
165
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Infatti, sotto lo strato incendiato il legno incombusto
mantiene inalterate le sue caratteristiche
meccaniche, risultando di regola molto netta la
superficie di separazione tra le due parti.
Figura 227 – Maggiorazione della sezione come
protezione antincendio
166
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
10. SCHEDE DEI DANNI
10.1 RILIEVO DEI DANNI
I recenti terremoti hanno costretto ad organizzare una metodologia di rilievo dei danni che
fosse sufficientemente precisa ma nello stesso tempo semplice, in modo da poter essere
utile soprattutto nelle fasi immediatamente successive al sisma.
Il rilievo dei danni, infatti, permette di intervenire con le misure di emergenza appropriate
senza 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 parte
non pone particolari problemi di interpretazione1, la seconda è più delicata, specialmente per
quanto riguarda la valutazione dell’entità del danno. La scheda di rilevamento, unificata per
tutti gli operatori, permette di effettuare i rilievi con semplicità anche da parte di personale
non addestrato in modo specifico.
Per la valutazione dei danni strutturali si può fare riferimento alle schede tecniche di seguito
riportate, tenendo presente che il giudizio globale sulle condizioni statiche dell’edificio non
deriva 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 tipologici
della struttura portante.
167
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
10.2 SCHEDA DI RILEVAMENTO
168
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
169
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
170
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
10.3 SCHEDE TECNICHE PER IL RILEVAMENTO DEI DANNI
172
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
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COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
10.4 COMUNICAZIONE DEI DANNI
A rilievo effettuato, occorre comunicare agli Enti preposti i risultati del rilievo, indicando
sempre 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.
179
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
10.5 INTERVENTO DI VERIFICA SU UNA FRANA
In caso di frana, l’intervento dovrà iniziare con una ispezione/verifica della zona che non
dovrà 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 terreno
circostante 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 relativamente
recenti, il formarsi di nuove cavità e convessità nei versanti, o rapide evoluzioni di quelle
preesistenti. Si dovrà chiedere se sono stati notati nuovi affioramenti d’acqua,
intorbidimento di sorgenti, rotolamento di massi rocciosi o allungamento e allargamento
delle lesioni nei manufatti e delle fratture negli ammassi rocciosi.
Quando è possibile è buona norma, prima di iniziare i sopralluoghi di verifica, munirsi di
buone carte topografiche3 e tematiche4.
1
Cioè concernente lo studio delle rocce.
2
Cioè relativo alla morfologia del terreno e delle sue stratificazioni, studiata sia attraverso
l’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.
180
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
11. INDICE DELLE FIGURE
Figura 1 – Pressione dell’acqua su una diga a gravità ............................................................ 3
Figura 2 – Casi di carico concentrato ...................................................................................... 4
Figura 3 – Suddivisione del territorio in regioni per stabilire il carico della neve .................... 8
Figura 4 – Suddivisione del territorio in zone per stabilire il carico del vento .......................... 9
Figura 5 – Giunto di dilatazione ............................................................................................. 10
Figura 6 – Diagramma della pressione del terreno su muro di sostegno .............................. 10
Figura 7 – Grado di sismicità ................................................................................................. 11
Figura 8 – Altezze massime in zona sismica......................................................................... 12
Figura 9 – Analisi statica........................................................................................................ 13
Figura 10 – Sollecitazione ..................................................................................................... 15
Figura 11 – Idealizzazione delle sollecitazioni....................................................................... 16
Figura 12 – Il muro, appoggiato su un architrave troppo elastico, si fessura. ....................... 17
Figura 13 – Corpo libero di muoversi nel piano ..................................................................... 18
Figura 14 – Corpo appoggiato ............................................................................................... 19
Figura 15 – Corpo incernierato .............................................................................................. 20
Figura 16 – Corpo incastrato ................................................................................................. 21
Figura 17 – Utilizzo dei vincoli per isolare una parte della struttura e studiarla
separatamente....................................................................................................................... 21
Figura 18 – Schematizzazione del ribaltamento di un muro.................................................. 22
Figura 19 – Caratteristiche di una forza................................................................................. 22
Figura 20 – Caratteristiche di un momento............................................................................ 23
Figura 21 – Solido sottoposto a compressione...................................................................... 23
Figura 22 – Lesioni da schiacciamento ................................................................................. 24
Figura 23 – Diversi casi di carico di punta ............................................................................. 24
Figura 24 – Ponte sospeso.................................................................................................... 25
Figura 25 – Trave appoggiata con carico centrato ................................................................ 26
Figura 26 – Trave appoggiata con carico centrato ................................................................ 27
Figura 27 – Diagramma dei momenti in una trave appoggiata sollecitata con un carico
centrato.................................................................................................................................. 27
Figura 28 – Sollecitazione di taglio puro................................................................................ 28
Figura 29 – Sollecitazione di taglio e momento flettente. ...................................................... 29
Figura 30 – Manovella ........................................................................................................... 29
Figura 31 – Mazzo di carte ruotato ........................................................................................ 30
Figura 32 – Torsione pari all’azione sismica per il braccio di un edificio intorno al vano
ascensore (più rigido) sotto sisma. ........................................................................................ 30
Figura 33 – Pilastro sottoposto a compressione.................................................................... 31
Figura 34 – Pilastro sottoposto a pressoflessione ................................................................. 31
Figura 35 – Sezioni di legno lamellare................................................................................... 33
Figura 36 – Requisiti del legno da considerare per la determinazione della categoria di
appartenenza......................................................................................................................... 34
Figura 37 – Struttura in legno lamellare, dove si nota l’estrema flessibilità costruttiva del
materiale. ............................................................................................................................... 38
Figura 38 – Mura poligonali di Amelia (Terni)........................................................................ 39
Figura 39 – Andamento delle tensioni all’interno del calcestruzzo ........................................ 43
Figura 40 – Composizione del calcestruzzo .......................................................................... 43
Figura 41 – Betoniera ............................................................................................................ 44
Figura 42 – Trave inflessa di cemento armato con disposizione dell’armatura. .................... 45
Figura 43 – Staffe e barre correnti nel cemento armato. ....................................................... 45
Figura 44 – Mattone UNI ....................................................................................................... 46
Figura 45 – Tipi di mattoni forati ............................................................................................ 47
Figura 46 – Solaio in laterocemento ...................................................................................... 48
181
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Figura 47 – Solaio in ferro e tavelle ....................................................................................... 48
Figura 48 – Profilati standard................................................................................................. 49
Figura 49 – Profilati L e T – formati a freddo ......................................................................... 49
Figura 50 – Tipi di lamiera grecata. ....................................................................................... 50
Figura 51 -- Muro su terreno non uniforme ............................................................................ 51
Figura 52 – Struttura muraria e struttura intelaiata ................................................................ 52
Figura 53 – Muri portanti e di spina ....................................................................................... 53
Figura 54 – Archi, architravi e volte ....................................................................................... 54
Figura 55 – Struttura mista muratura - cemento armato ........................................................ 55
Figura 56 – immagine delle fondazioni in c.a. di un edificio................................................... 56
Figura 57 – Lesioni dovute a cedimenti differenziali .............................................................. 58
Figura 58 – Plinto, trave rovescia, platea............................................................................... 59
Figura 59 – Pali, pozzo, cassone, diaframma........................................................................ 59
Figura 60 – Fondazione continua e suo consolidamento per mezzo di micropali ................. 59
Figura 61 – Taglio del muro con guaina ................................................................................ 60
Figura 62 – Riseghe di fondazione ........................................................................................ 60
Figura 63 – Fondazione a campana ...................................................................................... 61
Figura 64 – Rottura di una fondazione per effetto delle azioni taglianti ................................. 61
Figura 65 – Paragone tra una fondazione in muratura ed una in c.a..................................... 61
Figura 66 – Plinto e zattera di fondazione ............................................................................. 62
Figura 67 – Pali di punta e per attrito..................................................................................... 63
Figura 68 – Pali trivellati e battuti........................................................................................... 63
Figura 69 – Sezione di edificio in muratura............................................................................ 64
Figura 70 – Andamento delle tensioni ................................................................................... 67
Figura 71 – Archi, volte, architravi ......................................................................................... 68
Figura 72 – Trave, trave reticolare, solaio ............................................................................. 68
Figura 73 – Fessure in un arco .............................................................................................. 69
Figura 74 – Arco .................................................................................................................... 69
Figura 75 – Archi incatenati .................................................................................................. 70
Figura 76 – Forme degli archi ................................................................................................ 70
Figura 77 – Piattabanda od architrave................................................................................... 70
Figura 78 – Tipi di volte.......................................................................................................... 71
Figura 79 – Funzione controventante dei solai ...................................................................... 73
Figura 80 – Ammorsatura di un travetto ................................................................................ 73
Figura 81 – Sfilaggio di un solaio dalla muratura................................................................... 74
Figura 82 – Altezza di un solaio............................................................................................. 74
Figura 83 – Solaio in legno a semplice o doppia orditura ...................................................... 75
Figura 84 – Solai in ferro e mattoni........................................................................................ 75
Figura 85 – Solai in ferro e tavelloni ...................................................................................... 76
Figura 86 – Solai in ferro e calcestruzzo................................................................................ 76
Figura 87 – Solaio lamiera grecata e calcestruzzo ................................................................ 77
Figura 88 – Solaio RDB Celersap.......................................................................................... 77
Figura 89 – Solaio gettato in opera........................................................................................ 79
Figura 90 – Solaio con travetti a traliccio ............................................................................... 79
Figura 91 – Soletta in c.a. ...................................................................................................... 80
Figura 92 - Scala.................................................................................................................... 80
Figura 93 – Gradino di scala a mensola ................................................................................ 81
Figura 94 – Scala a soletta .................................................................................................... 81
Figura 95 – Scala con trave a ginocchio – doppia e semplice............................................... 82
Figura 96 – Tetto spingente ................................................................................................... 83
Figura 97 – Capriata in legno tipo Palladio ............................................................................ 83
Figura 98 – Schema statico di una capriata........................................................................... 83
Figura 99 – Copertura di una grande luce con travi di legno lamellare ................................. 84
182
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Figura 100 – Costruzione su terreno scosceso ..................................................................... 85
Figura 101 – Mucchio di terreno sciolto................................................................................. 85
Figura 102 – Muro di contenimento con cuneo di spinta ....................................................... 86
Figura 103 – Muro a gravità................................................................................................... 88
Figura 104 – Muro di contenimento in c.a. ............................................................................ 88
Figura 105 – Muro a contrafforti ............................................................................................ 88
Figura 106 – Schema delle condizioni di stabilità di un corpo su un piano inclinato ............. 89
Figura 107 – Mattone appoggiato su un asse di legno inclinato............................................ 90
Figura 108 – Schema grafico della superficie di slittamento di un pendio o di una scarpata 90
Figura 109 – Schematizzazione di una frana ........................................................................ 91
Figura 110 – Sezione schematica di un argine per protezione fluviale ................................. 91
Figura 111 – Argine in froldo e suoi completamenti .............................................................. 92
Figura 112 – Caratteristiche di una lesione ........................................................................... 94
Figura 113 – Fasi di evoluzione di una frattura...................................................................... 94
Figura 114 – Incasso a doppia coda di rondine..................................................................... 95
Figura 115 – Lesione passante ............................................................................................. 95
Figura 116 – Grafico ampiezza lesione/tempo ...................................................................... 96
Figura 117 – Apposizione dei segni di cuspide ..................................................................... 96
Figura 118 – Deformimetro.................................................................................................... 96
Figura 119 – Disposizione di tre basi per un deformimetro ................................................... 97
Figura 120 – Cedimento e assestamento.............................................................................. 98
Figura 121 -- Cedimento intermedio ...................................................................................... 99
Figura 122 – Cedimento intermedio lungo, medio e corto..................................................... 99
Figura 123 – Cedimento terminale ...................................................................................... 100
Figura 124 – Cedimenti lunghi, medi e corti ........................................................................ 100
Figura 125 – Traslazione di edifici contigui.......................................................................... 101
Figura 126 – Traslazione verticale intermedia in un muro con aperture.............................. 101
Figura 127 -- Traslazione verticale terminale in un muro con aperture ............................... 101
Figura 128 – Fratture tra muri interconnessi........................................................................ 102
Figura 129 – Dissesto da traslazione orizzontale ................................................................ 102
Figura 130 – Dissesto da traslazione inclinata .................................................................... 103
Figura 131 – Dissesto da rotazione ..................................................................................... 103
Figura 132 – Dissesto da rotazione ..................................................................................... 103
Figura 133 – Dissesto da rotazione principale..................................................................... 104
Figura 134 – Cedimento per rotazione del muro di facciata di un edificio ........................... 104
Figura 135 -- Cedimento per rotazione del muro di facciata in un edificio con distacco del
muro..................................................................................................................................... 104
Figura 136 – Fessurazione per rotazione del muro di facciata............................................ 105
Figura 137 – Lesioni in corrispondenza dell’attacco muro-trave ......................................... 106
Figura 138 - Compressione e schiacciamento .................................................................... 107
Figura 139 – Secondo stadio di schiacciamento ................................................................. 108
Figura 140 – Terzo stadio di schiacciamento ...................................................................... 108
Figura 141 - Pressoflessione ............................................................................................... 109
Figura 142 – Muratura “a sacco” dove l’accuratezza di costruzione è limitata alle superfici
esterne................................................................................................................................. 110
Figura 143 – Spinta di archi e volte ..................................................................................... 111
Figura 144 – Variazioni di forma delle volte......................................................................... 112
Figura 145 - Spanciamento ................................................................................................. 112
Figura 146 - Frattura............................................................................................................ 113
Figura 147 – Lesione da deformazione del solaio ............................................................... 113
Figura 148 – Oscillazione .................................................................................................... 114
Figura 149 – Sollecitazioni sismiche.................................................................................... 115
Figura 150 – Lesioni da sisma............................................................................................. 115
Figura 151 - Fessurazioni "a croce di S.Andrea"................................................................. 116
Figura 152 – Lesioni da sisma............................................................................................. 117
183
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Figura 153 – Azione sismica concentrata sulla copertura ................................................... 117
Figura 154 – Evidente distacco di un muro di spina dal muro perimetrale, dovuto ad un
mancato ammorsamento murario. ....................................................................................... 118
Figura 155 –Fratture da ritiro causate da un architrave di calcestruzzo. ............................. 120
Figura 156 – Cedimento fondale terminale.......................................................................... 121
Figura 157 – Cedimento fondale intermedio........................................................................ 121
Figura 158 – Cedimento fondale inclinato ........................................................................... 122
Figura 159 – Fessure da flessione – trave isolata ............................................................... 122
Figura 160 – Fessure da flessione – trave continua ............................................................ 122
Figura 161 – Fessure da taglio ............................................................................................ 123
Figura 162 – Dissesto da schiacciamento in un pilastro..................................................... 123
Figura 163 - Lesioni da flessione sui pilastri ........................................................................ 123
Figura 164 – Lesioni da ossidazione sui pilastri .................................................................. 124
Figura 165 – Dissesto teorico messo a confronto con un dissesto reale............................. 125
Figura 166 – Durante un nubifragio, l’aumento di peso specifico del terreno può provocare
una frana.............................................................................................................................. 128
Figura 167 – L’erosione causata dallo scorrimento dell’acqua determina il franamento
dell’argine in un canale ........................................................................................................ 129
Figura 168 – Frana causata dall’aumento del carico ........................................................... 129
Figura 169 – Frana di un pendio roccioso causata dalla solubilizzazione dell’argilla che
cementa tra loro gli elementi del terreno.............................................................................. 129
Figura 170 Aumento di livello dell'acqua dovuto a mancanza di manutenzione degli argini 130
Figura 171 – Puntello di sostegno, di ritegno e misto .......................................................... 132
Figura 172 – Puntello reticolare in legno ............................................................................. 133
Figura 173 – Puntello alle grandi masse.............................................................................. 134
Figura 174 – Sbadacchiatura in legno ................................................................................. 135
Figura 175 - Puntellamento di piattabanda .......................................................................... 136
Figura 176 - Puntellamento di un arco................................................................................. 137
Figura 177 - Puntellamento di un muro esterno................................................................... 137
Figura 178 - Puntellamento di una facciata ......................................................................... 138
Figura 179 - Puntellamento di una nervatura....................................................................... 138
Figura 180 - Puntellamento di pilastri .................................................................................. 138
Figura 181 - Puntellamento del pilastro basale.................................................................... 139
Figura 182 - Controventamento inefficace........................................................................... 139
Figura 183 - Controventamento non distribuito.................................................................... 139
Figura 184 - Controventamento interno inefficace............................................................... 140
Figura 185 - Soluzioni per il controventamento di una porta ............................................... 140
Figura 186 - Soluzioni per la puntellatura di un arco ........................................................... 140
Figura 187 – Disposizione dei tiranti per contrastare la deformazione di un muro soggetto a
pressoflessione .................................................................................................................... 141
Figura 188 – Capochiave a piastra circolare ....................................................................... 141
Figura 189 – Giunto a forchetta ........................................................................................... 142
Figura 190 – La dilatazione termica allunga il tirante, che viene fissato ai capichiave ........ 142
Figura 191 – Raffreddandosi, il tirante si tende e contrasta lo spanciamento del muro ...... 143
Figura 192 – La sabbia contenuta in un sacchetto, benché incoerente, sviluppa
caratteristiche portanti.......................................................................................................... 144
Figura 193 – Catena in ferro applicata ad una colonna in muratura .................................... 144
Figura 194 – Placcaggio di un muro con intonaco armato................................................... 145
Figura 195 – Fondazione consolidata per mezzo di micropali ............................................. 145
Figura 196 – Puntellatura dell’edificio e scavo fino alla quota di fondazione....................... 146
Figura 197 – Suddivisione della vecchia fondazione in sottocantieri................................... 146
Figura 198 – Realizzazione delle nuove opere di fondazione ............................................. 146
Figura 199 – Sostruzione con il metodo a cuci e scuci........................................................ 147
184
COSTRUZIONI E DISSESTI STATICI
Figura 200 – Foratura della parete ...................................................................................... 148
Figura 201 – Esecuzione della prima iniezione ................................................................... 148
Figura 202 –Iniezioni di calcestruzzo armato. ..................................................................... 149
Figura 203 – Il solaio può servire per incatenare le murature tra loro, rendendole tutte
collaboranti. ......................................................................................................................... 149
Figura 204 – Collegamento delle travi di legno alla muratura ............................................. 150
Figura 205 – Consolidamento di un solaio in legno............................................................. 150
Figura 206 – Incatenamento di un arco ............................................................................... 151
Figura 207 – Sezione di una volta con riempimento............................................................ 151
Figura 208 – Puntellatura della volta ................................................................................... 152
Figura 209 – Esecuzione del getto di placcaggio ................................................................ 152
Figura 210 – Realizzazione del nuovo solaio appoggiato su frenelli ................................... 152
Figura 211 – Sezione di una trave in cemento armato con aggiunta di armatura ............... 153
Figura 212 – Rinforzo di una trave in c.a. per mezzo di piastra in ferro incollata con resine
epossidiche.......................................................................................................................... 153
Figura 213 – Spostamento delle masse non strutturali ai piani bassi e sopraelevazione per il
bilanciamento dei pesi in una costruzione ........................................................................... 154
Figura 214 – Il collegamento dell’edificio con il muro di contenimento determina torsioni nella
struttura in caso di sisma ..................................................................................................... 155
Figura 215 – Regolarizzazione della simmetria planimetrica per mezzo di una nuova
costruzione .......................................................................................................................... 155
Figura 216 – Regolarizzazione della forma in elevazione realizzata con un giunto ............ 155
Figura 217 – Sottopalco di sicurezza e palco di lavoro per la demolizione della volta ........ 156
Figura 218 – Argine in froldo e suoi completamenti ............................................................ 157
Figura 219 – Utilizzo di massi con funzione protettiva......................................................... 157
Figura 220 - Utilizzo di tronchi con funzione protettiva ........................................................ 158
Figura 221 – Curva tempo-temperatura .............................................................................. 159
Figura 222 – Mattone forato esposto al fuoco ..................................................................... 161
Figura 223 – La struttura si dilata a tal punto da abbandonare il vincolo di appoggio......... 162
Figura 224 – Aumento delle azioni di compressione in una trave con conseguente carico di
punta.................................................................................................................................... 163
Figura 225 – La dilatazione delle travi in un telaio provoca pressoflessione nei pilastri...... 163
Figura 226 – Frantumazione del calcestruzzo alle alte temperature ................................... 165
Figura 227 – Maggiorazione della sezione come protezione antincendio ........................... 166
185