Capitolo 5

CAPITOLO

CAPITOLO

CAPITOLO

CAPITOLO 5

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STRUTTURE IN MURATURA

5 5 5

5.1 .1 .1 .1 AspettAspettAspettAspettiiii delle strutture in muratura delle strutture in muratura delle strutture in muratura delle strutture in muratura

Le numerose i tipologie murarie, diversificate sia per qualità dei materiali che per tessitura e dimensione degli elementi e della loro composizione trasversale, rendono la muratura un materiale complesso, tanto che murature realizzate con gli stessi materiali possono risultare diverse a causa dell’organizzazione dei componenti, come ad esempio la disposizione degli elementi lapidei o il differente spessore nella realizzazione dei commenti di malta.

La parola “

muratura

” sta, pertanto, ad indicare tecniche diverse per tipo e forma dei materiali e per modalità costruttive non solo riguardo alle murature del passato (figure 5.1, 5.2 e 5.3), ma anche per quelle moderne che contano una notevole varietà di tipologie come la muratura semplice, la muratura armata o quella intelaiata (figura 5.4).

Figura

Figura

Figura

Figura 5.

5.

5.

5.1

1

1

1:

Tipologia di murature “a secco” del passato

Figura

Figura

Figura

Muratura a sacco formata da pietre di pezzature molto varie, male intessuta e priva di collegamento tra i due fogli.

Muratura a sacco formata da pietre di pezzature molto varie, più regolare, bene intessuta e priva di collegamento tra i due fogli oppure come sopra con spigoli, mazzette e/o ricorsi in pietra squadrata o mattoni pieni.

Muratura di pietra sbozzata in presenza di irregolarità.

Muratura di pietra sbozzata con spigoli, mazzette e/o ricorsi in mattoni pieni e/o pietra squadrata.

Muratura di pietra arrotondata o ciottoli di fiume di pezzatura varia senza mazzette e/o mattoni pieni e/o pietra squadrata.

Muratura di pietra arrotondata o ciottoli di fiume di pezzatura varia con spigoli, mazzette e/o mattoni pieni e/o pietra squadrata.

Figura

Figura

Figura

Figura

Figura

Figura

Figura 5.

5.

5.

5.4

4

4

4:

Tipologie costruttive moderne: (a) muratura semplice, (b) muratura intelaiata, (c) muratura armata

La muratura è un materiale composito, le cui principali caratteristiche sono la disomogeneità, l’anisotropia, l’asimmetria di comportamento compressione-trazione e la non linearità del legame sforzi-deformazioni.

Il comportamento meccanico complessivo è il risultato del comportamento dei singoli componenti, elementi lapidei e malta, e dei fenomeni di interazione che si sviluppano in corrispondenza dell’interfaccia degli elementi stessi.

La geometria dell’assemblaggio dei vari elementi, la modalità di posa in opera, la qualità della malta e degli elementi sono quindi parametri che influenzano sensibilmente la risposta della muratura.

Valutare le caratteristiche meccaniche della muratura rappresenta quindi un problema complesso.

La conoscenza del materiale è necessaria per una corretta analisi della struttura, in particolare risulta fondamentale la valutazione del modulo elastico, che influenza la rigidezza della muratura, e dunque anche la distribuzione delle sollecitazioni tra le varie pareti.

La resistenza a compressione della muratura (normale ai letti di malta) è influenzata dalla resistenza, dalla geometria e dalla deformabilità degli elementi in pietra o laterizio e della malta, dallo spessore dei giunti, dalla presenza di acqua (a causa dell’assorbimento da parte dei mattoni e della ritenzione della malta) ed infine dalla geometria della tessitura e del sistema costruttivo.

La crisi per compressione avviene con lo sviluppo progressivo di fessure verticali negli elementi (causate dalle tensioni principali di trazione, orientate ortogonalmente a quelle di compressione).

La trazione è causata dalla coazione tra malta ed elementi lapidei, che presentano un comportamento deformativo diverso come mostrato in figura 5.5.

La maggiore deformabilità della malta contenuta nei ricorsi rispetto a quella dei laterizi produrrebbe una più elevata espansione laterale della malta stessa. Tale fenomeno è impedito dalle tensioni di attrito esercitate dall’interfaccia tra la malta e i mattoni, che inducono un benefico stato di compressione triassiale nella malta e, tensioni di trazione nei mattoni.

Per questo motivo la muratura può resistere a sforzi di compressione maggiori della resistenza monoassiale della malta.

Figura

Figura

Figura

Figura 5.5

5.5

5.5:

5.5

Diagramma σ-ε per la muratura

La resistenza a compressione della muratura aumenta all’aumentare di quella dei componenti, ma in modo non proporzionale: se la malta è molto buona, l’aumento della resistenza degli elementi fa aumentare velocemente la resistenza della muratura, più lentamente se la malta è scadente.

La resistenza della muratura aumenta invece molto più lentamente all’aumentare della resistenza della malta.

La resistenza a compressione della muratura, infine, diminuisce all’aumentare dello spessore dei giunti (in maniera tanto più pronunciata quanto più la malta è scadente).

In normativa, nell’allegato 11.D, nella tabella 11.D.1 (riportata in figura 7.8) sono riportati i valori delle caratteristiche meccaniche, resistenza media a compressione, resistenza media a taglio e delle caratteristiche elastiche, modulo di elasticità normale

“E”

e modulo di elasticità tangenziale

“G”

in funzione della tipologia di muratura.

Comunemente, nella prassi progettuale il materiale muratura viene idealizzato come un continuo omogeneo macroscopicamente equivalente al

materiale composito (ed in alcuni casi può anche essere lecito trascurare la non linearità del materiale), nonostante l’influenza dei parametri citati renda le caratteristiche meccaniche variabili nel corpo della muratura.

E’ importante precisare che comunque lo stato tensionale e de formativo macroscopico medio non è fisicamente coincidente con gli stati tensionali e deformativi locali che si generano effettivamente nella malta e negli elementi lapidei.

Le costruzioni in muratura portante presentano notevoli qualità come la garanzia di un buon isolamento termo-acustico, un’ottima resistenza sia al fuoco che agli agenti chimici, una elevata durabilità, l’esigenza di manodopera non particolarmente specializzata per la semplicità di costruzione di tale tipologia, ed infine costi contenuti sia in fase di realizzazione che di manutenzione. Di contro le costruzioni lapidee presentano qualità meccaniche ridotte rispetto ad altre tipologie costruttive quali quelle in acciaio e cemento armato, una limitata duttilità ed una modesta resistenza se sottoposta a carichi ciclici.

La muratura è inoltre caratterizzata da una buona resistenza a compressione ma da scarsa o trascurabile resistenza a trazione, in particolare se si considera un giunto malta-blocco la resistenza a trazione può essere dell’ordine di 1/30 di quella a compressione della muratura stessa.

In passato le strutture orizzontali, quali solai, coperture ed architravi, venivano realizzate in legno o con una struttura spingente, ad arco o a volta, oggi sono, invece, sovente realizzate con elementi armati (c.a o strutture miste) o acciaio o legno.

I carichi critici per la muratura sono le azioni orizzontali, quali vento e sisma. In particolare, mentre le pareti in muratura offrono una buona resistenza a forze agenti nel piano del muro(caratteristica che le rende idonee ad assolvere la funzione di elementi di controvento), risultano più deboli se sollecitate da azioni dirette ortogonalmente ad esse (figura 5.6).

L’edificio in muratura deve essere concepito e realizzato come un assemblaggio tridimensionale di muri e solai, in grado di garantire il cosiddetto “

funzionamento scatolare

” (ossia quello di un edificio in cui tutti gli elementi cooperano nel resistere ai carichi applicati), conferendo così stabilità e robustezza all’insieme(figura 5.6).

Figura

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Figura 5.

5.

5.

5.6

6

6

6:

Comportamento di una parete in muratura:(a) sotto l’azione di forze agenti nel piano del muro, (b) sotto l’azione di forze dirette ortogonalmente al

piano del muro;(c)

“funzionamento scatolare”

di un edificio in muratura

Proprio per la sua complessità spesso ci si avvale di alcune semplificazioni per il progetto e l’analisi strutturale. La più frequente è quella di riconoscere per gli elementi costituenti l’edificio, funzioni statiche precise: si individuano così i muri che svolgono funzione portante (che resistono cioè alle azioni verticali) e/o i muri di controventamento (atti a sopportare le azioni orizzontali), ed i solai (che devono essere sufficientemente rigidi e resistenti per ripartire le azioni tra i muri di controventamento).

E’ importante sottolineare che i muri portanti assolvano anche la funzione di controvento nei riguardi di azioni orizzontali dirette parallelamente ai muri stessi (con una resistenza influenzata in modo favorevole dalla presenza di forze verticali stabilizzanti) e pertanto la resistenza dell’edificio alle azioni orizzontali richiede muri disposti secondo almeno due direzioni ortogonali.

Muri portanti, di controventamento e solai devono essere collegati tra loro in maniera efficace con cordoli continui in cemento armato all’altezza di solai di piano e di copertura (figura 5.7).

Figura

Figura

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Figura 5.

5.

5.7

5.

7

7

7:

Accorgimenti da seguire nei collegamenti per garantire all’edificio il comportamento scatolare

La funzione dei cordoli è quella di vincolo alle pareti sollecitate ortogonalmente al proprio piano così da ostacolarne il meccanismo di ribaltamento, nonché quella di collegare longitudinalmente i muri di controvento complanari in modo da consentire la ridistribuzione delle azioni orizzontali fra di essi, conferendo una maggiore iperstaticità e stabilità all’insieme (figura 5.8).

Inoltre, i muri tra loro ortogonali devono essere ammorsati lungo le intersezioni verticali attraverso una adeguata disposizione degli elementi (figura 5.9) accorgimento quest’ultimo che oltre a garantire una migliore robustezza e stabilità d’insieme aumenta la ridistribuzione dei carichi verticali tra muri ortogonali, anche nel caso in cui i solai siano orditi prevalentemente in una sola direzione.

Figura

Figura

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Figura 5.

5.

5.8

5.

8

8

8:

Comportamento di un edificio in muratura: (a) con solaio deformabile e senza cordolo, (b) con cordolo e con solaio deformabile, (c) con cordolo e con

solaio rigido

Figura

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Figura

Figura 5.

5.

5.

5.9

9

9

9:

Accorgimenti da seguire per garantire all’edificio il comportamento scatolare attraverso adeguati ammorsamenti

Una buona concezione strutturale ed una corretta realizzazione dei dettagli strutturali ha garantito un soddisfacente comportamento strutturale ed una notevole stabilità agli edifici del passato.

Tutto questo è messo in luce anche dalle normative che nel caso di edifici con particolari caratteristiche di regolarità geometrica, di altezza massima e di sezione muraria complessiva, e nel rispetto di alcune regole costruttive, consentono di applicare regole di verifica semplificate.

5. 5. 5.

5.222 Tipologie di danno negli edifici esistenti in muratura.2Tipologie di danno negli edifici esistenti in muratura.Tipologie di danno negli edifici esistenti in muratura.Tipologie di danno negli edifici esistenti in muratura.

I principali dissesti provocati da un evento sismico sugli edifici esistenti in muratura sono dovuti a meccanismi di ribaltamento, fenomeni di danno e collasso più frequenti, e a meccanismi di taglio, generalmente meno pericolosi dei primi, dovuti alle forze di taglio agenti nel piano dei muri di controvento che danno luogo alle lesioni dalla ben nota forma a X.

Nella tabella di seguito sono riportati alcuni esempi di danno più comuni riscontrati su edifici esistenti in muratura a seguito di un sisma.

MECCANISMI DI RIBALTAMENTO MECCANISMI DI RIBALTAMENTO MECCANISMI DI RIBALTAMENTO MECCANISMI DI RIBALTAMENTO

Ribaltamento globale per collegamento non adeguato o mancanza di ammorsamento fra le

pareti in muratura

Ribaltamento globale con buon ammorsamento fra le pareti

Ribaltamento globale

Ribaltamento parziale

Ribaltamento parziale

MECCANISMI DI TAGLIO MECCANISMI DI TAGLIOMECCANISMI DI TAGLIO MECCANISMI DI TAGLIO

Rottura per taglio dei maschi murari

Lesioni di taglio alle estremità dei muri

Tipica rottura a taglio

Tipica rottura a taglio

ROTTURA PER TAGLIO DELLE FASC ROTTURA PER TAGLIO DELLE FASC ROTTURA PER TAGLIO DELLE FASC

LESIONI PER INTERAZIONE TRA EDIFICI ADIACENTI LESIONI PER INTERAZIONE TRA EDIFICI ADIACENTI LESIONI PER INTERAZIONE TRA EDIFICI ADIACENTI LESIONI PER INTERAZIONE TRA EDIFICI ADIACENTI

Effetti di martellamento tra edifici adiacenti con diversa rigidezza e resistenza.

Dissesti per spinte locali con conseguente espulsione dell’angolata.

Cinematismo di collasso innescato dalla spinta del puntone della copertura.

Martellamento di solaio intermedio spingente sulla muratura

Martellamento verticale di coperture o solai pesanti in laterocemento.

MECCANIS MECCANIS MECCANIS

MECCANISMI LOCALI PER PERDITA DI EQUILIBRIO DI PORZIONI MURARIEMI LOCALI PER PERDITA DI EQUILIBRIO DI PORZIONI MURARIEMI LOCALI PER PERDITA DI EQUILIBRIO DI PORZIONI MURARIE MI LOCALI PER PERDITA DI EQUILIBRIO DI PORZIONI MURARIE

Muratura di buona qualità Muratura di buona qualitàMuratura di buona qualità Muratura di buona qualità Formazione di lesioni per blocchi rigidi

Muratura di qualità Muratura di qualità Muratura di qualità

Muratura di qualità scadente scadente scadente scadente Fessurazione diffusa con disgregazione e

distacco tra i paramenti

Sfogliamento della muratura a sacco.

Sfogliamento locale della muratura per scarso ammorsamento tra paramento esterno e nucleo

interno. MECCANISMI DI COLLASSO DI UN MASCHIO MURARIO MECCANISMI DI COLLASSO DI UN MASCHIO MURARIO MECCANISMI DI COLLASSO DI UN MASCHIO MURARIO MECCANISMI DI COLLASSO DI UN MASCHIO MURARIO

- Bibliografia -

- Augenti N.,(2005):

“Il calcolo sismico degli edifici in muratura”

, Edizioni UTET.

- Magenes G.,(2003):

“Edifici con struttura in muratura”

, Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bergamo, IX Corso di Aggiornamento Professionale.