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1 Gli edifici in muratura
1.1 - Introduzione
La muratura è il sistema costruttivo, più diffuso e più antico ed ha conosciuto nei secoli una grande evoluzione dal punto di vista dei materiali impiegati e delle tecniche di esecuzione, ma l’applicazione dei principi dell’ingegneria strutturale a questo materiale è piuttosto recente.
Ciò a portato, nei tempi più antichi, al sovradimensionamento delle pareti murarie negli edifici con più di due piani ed in tempi più recenti ad un abbandono di tale tipologia strutturale a favore del cemento armato.
Attualmente, in seguito alla razionalizzazione della progettazione strutturale, la costruzione in muratura di mattoni risulta in molti casi competitiva, grazie alla possibilità delle pareti in muratura di svolgere funzioni che in una struttura intelaiata devono essere svolte separatamente.
La muratura portante si configura come sistema strutturale atto a sostenere i carichi ma, indubbiamente essa interviene anche ad assicurare la forma dell’edificio ed inoltre anche il suo risultato estetico.
Si individuano quindi tre funzioni principali delle pareti murarie:
- la portanza statica, comprendendo sia il sostegno dei carichi verticali che il controventamento;
- la ripartizione degli spazi e cioè la distribuzione planimetrica dell’edificio;
- l’aspetto formale estetico al quale va strettamente connessa la funzione di isolamento termico.
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.
- 4 - Anche dal punto di vista della resistenza ai carichi l’edificio in muratura si presenta più razionale: nel caso di sollecitazioni sismiche, nelle pareti è localizzata la maggior parte della massa e quindi delle forze di inerzia, ma anche la sua rigidezza e resistenza.
Quindi la distribuzione delle azioni è in generale favorevole perché segue la distribuzione delle rigidezze e delle resistenze.
Di contro le costruzioni in muratura 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 un materiale composito ottenuto dall’uso contemporaneo di pietre naturali o blocchi artificiali, regolarizzando le superfici a contatto con malta di calce o cemento.
Tra le principali caratteristiche meccaniche della muratura possiamo elencare: - la buona resistenza a compressione;
- la scarsa o comunque trascurabile resistenza a trazione, soprattutto in direzione normale ai giunti orizzontali.
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.
La resistenza a trazione della muratura non si può valutare sulla base di un suo chiaro meccanismo di comportamento; se la sollecitazione di trazione agisce in direzione parallela ai letti di malta, la sua resistenza dipende dalla resistenza allo scorrimento tra legante e conci di muratura, e dalla resistenza a trazione dei conci.
Per un corretto funzionamento del sistema murario è necessario limitare il più possibile le tensioni di trazione. A tal fine, poiché le pareti sono sollecitate a flessione e a taglio, è opportuno che:
- tutti i paramenti murari siano prevalentemente compressi in maniera tale da fornire buona resistenza a flessione e a taglio. Tale condizione si verifica normalmente in presenza di solai orditi in direzioni alternate o con soletta armata nelle due direzioni.
- le sollecitazioni di flessione e taglio siano limitate. E’ il caso di pareti ben vincolate ai solai e ai muri di controvento.
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.
- 5 - 1.2 Aspetti delle strutture in muratura
Le numerose 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 1.1, 1.2, 1.3 e 1.4), ma anche per quelle moderne che contano una notevole varietà di tipologie come la muratura semplice (figura 1.5), la muratura armata o quella intelaiata (figura 1.6).
Fig.1.1 - Tipologia di murature “a secco” del passato
- 6 - 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.
- 7 - Muratura di pietra non
squadrata Muratura listata Muratura di pietra squadrata Fig. 1.4 - Muratura di pietrame
Muratura in foglio o di costa Muratura ed una testa
Muratura a due teste Muratura a due teste
Muratura a tre teste Muratura a quattro teste Fig. 1.5 – Muratura di mattoni
- 8 - Fig. 1.6 - Tipologie costruttive moderne: (a) muratura semplice,
(b) muratura intelaiata, (c) muratura armata
1.3 Le qualità meccaniche della muratura.
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.
I diversi materiali costituenti gli elementi, la loro forma e dimensione, la tecnica costruttiva variabile da zona a zona, la capacità costruttiva di chi opera rendono la muratura un materiale composito, un vero e proprio prodotto artigianale che presenta caratteristiche meccaniche estremamente variabili.
Compressione assiale
La Fig. 1.7 mostra qualitativamente il comportamento della malta e del laterizio alla prova monoassiale di trazione-compressione. Si evidenziano le seguenti proprietà:
- entrambi i materiali presentano una resistenza molto più elevata a compressione che a trazione
- rispetto alla malta, il laterizio presenta tensioni di rottura e modulo elastico maggiori
- il laterizio presenta una rottura fragile, mentre la malta presenta una rottura duttile, cioè caratterizzata da una fase di grandi deformazioni.
- 9 - La malta mostra un comportamento elasto-fragile in trazione con resistenza a trazione inferiore rispetto a quella degli elementi; presenta invece un comportamento duttile e fortemente non lineare a compressione e a taglio.
Gli elementi presentano un comportamento elasto-fragile con resistenza a trazione inferiore a quella a compressione con rottura di tipo fragile. Rispetto alla malta, il laterizio presenta tensioni di rottura e modulo elastico maggiori.
Fig. 1.7 - Comportamento della malta e del laterizio alla prova monoassiale di trazione-compressione.
Le caratteristiche meccaniche della muratura dipendono dai materiali costituenti attraverso resistenza e deformabilità ma sono legate anche al diverso modulo elastico degli elementi e della malta e dai fenomeni di interazione che si sviluppano in corrispondenza dell’interfaccia degli elementi stessi.
Qualitativamente il comportamento di una muratura (Fig. 1.8), non si discosta da quello dei suoi componenti, ma in genere le caratteristiche meccaniche della muratura sono diverse da quelle dei costituenti essendo influenzate da molti fattori quali:
- le caratteristiche dei componenti: resistenza e deformazione degli elementi in pietra o in laterizio e della malta;
- le modalità costruttive: geometria dei mattoni spessore dei giunti di malta, capacità di assorbimento d’acqua dei mattoni, capacità di ritenzione idrica della malta, aderenza tra malta e mattoni ed infine dalla geometria della tessitura e del sistema costruttivo.
Il comportamento sismico degli edifici in muratura è caratterizzato dalla rottura di tipo fragile con carico di collasso corrispondente a spostamenti limitati: ciò significa che le strutture in muratura sono caratterizzate da limitata duttilità, il che impone la limitazione del numero dei piani per gli edifici ricadenti in zona sismica.
- 10 - Fig. 1.8 - Comportamento meccanico della muratura.
In sostanza la muratura, ottenuta come composizione di elementi resistenti e di legante, presenta un comportamento meccanico, dipendente dall’interfaccia tra gli elementi e la malta, con caratteristiche di:
- disomogeneità;
- anisotropia nelle diverse direzioni;
- asimmetria di comportamento in compressione-trazione; - non linearità del legame sforzi-deformazioni.
La presenza di direzioni preferenziali (quella dei corsi di malta o dei fori se i laterizi sono forati) fa sì che la muratura sia un materiale fortemente anisotropo: la resistenza dipende pertanto dalla direzione dei carichi applicati.
Generalmente nella pratica progettuale si schematizza il materiale come un continuo omogeneo equivalente al materiale composito non omogeneo trascurando, a volte, l’anisotropia.
E’ importante precisare che comunque lo stato tensionale e deformativo macroscopico medio non è fisicamente coincidente con gli stati tensionali e deformativi locali che si generano effettivamente nella malta e negli elementi lapidei.
In funzione del livello di sollecitazione può essere anche lecito trascurare la non linearità del materiale utilizzando modelli dell’elasticità lineare.
Contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, le caratteristiche meccaniche non coincidono con quelle del costituente più debole, cioè la malta, a causa della presenza di uno stato di coazione derivante dal diverso comportamento deformativo della malta e dei mattoni che spesso concorre a migliorare la resistenza globale.
- 11 - Poiché la malta ha un basso modulo elastico, la sua deformazione in direzione perpendicolare ai letti di malta sarà maggiore che non nel laterizio; conseguentemente la malta tende a espandersi anche lateralmente in misura maggiore che non il laterizio. All’interfaccia, per la congruenza delle deformazioni, nel laterizio nascono tensioni di trazione nelle direzioni trasversali, mentre la malta è soggetta ad uno stato di compressione triassiale (effetto cerchiante, (Fig.1.9)).
Fig. 1.9 - Stato di tensione nella muratura per effetto della compressione
La presenza di questo stato di tensione nel laterizio spiega come nella muratura soggetta a compressione uniforme la crisi si manifesti con fessure di trazione (Fig.1.10), parallele alla direzione di carico, per valori di esso inferiori alla resistenza a compressione monoassiale del singolo mattone: infatti le tensioni principali di trazione risultano di valore maggiore di quelle della prova su singolo mattone.
Fig. 1.10 – Rottura per compressione
D’altro canto la rottura avviene per valori superiori ai limiti di resistenza a compressione monoassiale della malta: infatti in questo caso esistono tensioni principali di trazione mentre nella prova sulla muratura le tensioni principali nella malta sono tutte di compressione (effetto cerchiante).
- 12 - In definitiva la resistenza a compressione della muratura di mattoni è di solito notevolmente inferiore alla resistenza nominale a compressione dei mattoni mentre può essere molto più grande della resistenza cubica della malta (Fig.1.11).
Fig. 1.11 - Resistenza a compressione della muratura di mattoni.
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). Flessione e taglio
Se si analizza il comportamento di panelli di muratura soggetti contemporaneamente a carichi verticali e orizzontali diretti parallelamente al loro piano medio, si evidenzia che il collasso può manifestarsi secondo due modalità (Fig.1.12):
- per flessione
- per taglio – scorrimento, quando l’aderenza malta-mattoni è bassa o per fessurazione diagonale
Nel primo caso si raggiunge la resistenza ultima a compressione al piede del pannello. Nella rottura per taglio, il comportamento è notevolmente influenzato, oltre che da dalle modalità di confezione, dal tipo di carico applicato, cioè dal rapporto tra lo sforzo tagliante e quello normale: infatti la presenza della compressione fa crescere il valore del taglio limite, grazie all’effetto cerchiante.
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Collasso per presso-flessione
Collasso per taglio-scorrimento Collasso per taglio-scorrimento
Collasso per fessurazione diagonale Collasso per fessurazione diagonale
Fig.1.12 – Collasso per flessione e per taglio
1.4 Il comportamento delle strutture in muratura sotto l’azione del sisma. I carichi critici per la muratura sono le azioni orizzontali, in particolare il sisma.
E’ noto che la risposta sismica di un edificio non dipende esclusivamente dai particolari tecnici del progetto quali lo spessore delle pareti e il ridotto numero dei piani. Essa è funzione anche della distribuzione planimetrica ed altimetrica delle masse e alla geometria delle piante, la cosiddetta forma dell’edificio.
Il criterio di una corretta progettazione sismica deriva dallo studio e dalla conoscenza del evento sismico e del modo con cui esso influisce sull’edificio.
Lo scopo della normativa non è quello di far sì che gli edifici siano in grado di sopportare qualsiasi evento sismico senza subire danno, ma quello ottenere che gli stessi, nei confronti dei più violenti terremoti, pur subendo danni, non crollino.
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Il sisma, come è noto, dà luogo ad accelerazioni sia orizzontali che verticali; quest’ultime non vengono prese in considerazione in quanto il loro effetto è quello di incrementare i carichi verticali agenti, ai quali l’edificio è già di per sé in grado di resistere con un certo margine di sicurezza.
Il sisma è un evento dinamico in grado di produrre forze di inerzia la cui entità dipende dalle masse in gioco e dalla accelerazione ad esse impresse dipendente oltre che dall’accelerazione del suolo, dal periodo proprio dell’edificio in direzione del sisma e dallo smorzamento che rappresenta la capacità dell’edificio di attenuare l’effetto del sisma.
Per oscillazioni con periodi T fino circa ad 1 sec. l’amplificazione della risposta è molto elevata:ciò significa che l’accelerazione a cui la struttura è soggetta è molto maggiore dell’accelerazione del suolo. Per valori del periodo superiori ad 1 sec. l’amplificazione decresce al crescere di T con conseguenti azioni sismiche decrescenti all’aumentare del periodo di oscillazione. E’ noto che il periodo T decresce con l’aumentare della rigidezza della struttura: ciò vuol dire che i fabbricati più rigidi oscillano molto più velocemente; è da sottolineare inoltre che il periodo T cresce all’aumentare dell’altezza dell’edificio: i fabbricati molto alti infatti oscillano più lentamente.
Si intuisce quindi che per gli edifici in muratura, essendo molto rigidi e spesso di altezza modesta, l’amplificazione della risposta è grande.
C’è da dire che se l’edificio in muratura funzionasse solo in campo elastico lineare esso sarebbe soggetto a forze sismiche molto elevate: esso presenta invece un comportamento non lineare simile a quello elasto-plastico.
Ciò comporta che sotto l’azione del sisma nascono dei fenomeni di plasticizzazione che si manifestano con la nascita di fessure tali da abbattere la rigidezza e fare in modo che la struttura si sposti verso periodi di oscillazioni più elevati con conseguente diminuzione della amplificazione e forze molto più basse di quelle che si avrebbero se l’edificio avesse un comportamento lineare. Tali fenomeni poi, sono capaci di dissipare una forte quantità di energia e di produrre quindi un notevole smorzamento delle forze sismiche.
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
- 15 - 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).
Gli elementi resistenti costituenti la struttura sono i due sistemi di pareti, disposti generalmente nelle due direzioni ortogonali ed i solai, i quali danno luogo ad un comportamento statico “scatolare” impostato per resistere in qualsiasi direzione purché i vari sistemi di elementi verticali siano tra loro efficacemente collegati.
La capacità di resistere alle azioni orizzontali deve essere affidata ad un sistema di pareti verticali (di taglio) disposte nelle due direzioni della pianta dell’edificio; ciò significa che uno schema efficiente dal punto di vista statico è quello in cui tutti i muri hanno funzione portante e di controventamento.
Per mezzo di efficaci collegamenti tra le pareti e con i solai, in maniera da ottenere una partecipazione d’insieme dei vari setti, è possibile limitare i meccanismi di ribaltamento fuori piano.
La muratura, presentando una trascurabile resistenza a trazione, possiede scarsa resistenza alle azioni ortogonali al proprio piano nel caso di parete isolata; il collegamento di quest’ultima alle pareti ortogonali consente di trasferire ad esse le azioni sismiche: è necessario quindi che i muri portanti, i muri di controventamento e i solai siano collegati tra loro in maniera efficace. Affinché questa collaborazione si possa sviluppare è necessario che le pareti ortogonali siano efficacemente ammorsate tra loro lungo le intersezioni verticali mediante una opportuna disposizione degli elementi. L’ammorsamento garantisce una maggiore ridistribuzione dei carichi verticali tra le pareti disposte nelle due direzioni anche quando i solai sono orditi prevalentemente in una. La garanzia di un efficace collegamento tra orizzontamento e parete può essere quello della realizzazione di cordoli in cemento armato continui lungo tutti i muri e realizzati in corrispondenza dei solai di piano e di copertura.
La funzione del cordolo è quella di impedire il meccanismo di ribaltamento fuori piano offrendo un vincolo alle pareti sollecitate perpendicolarmente al proprio piano. Esso trasmette poi alle pareti di controvento le azioni che la parete verticale, sollecitata fuori piano, scarica a livello del solaio. Inoltre contribuisce ad aumentare la rigidezza del solaio nel proprio piano.
- 16 - Fig. 1.13 - Accorgimenti da seguire per garantire all’edificio il comportamento
scatolare attraverso adeguati ammorsamenti
Negli edifici storici questa funzione era svolta solitamente dalle catene con capochiave disposte nelle vicinanze e parallelamente ai muri perimetrali. Esse tuttavia risultano collegate alle pareti solo in alcuni punti ed inoltre sono dotate soltanto di rigidezza estensionale e non flessionale.
Al fine di garantire la robustezza e la stabilità d’insieme, i muri paralleli della scatola muraria devono essere collegati tra loro da incatenamenti metallici ad essi ortogonali. Essi, disposti ortogonalmente all’orditura del solaio, hanno lo scopo di creare un vincolo all’inflessione fuori piano della parete quando quest’ultima non è vincolata da un solaio di adeguata rigidezza. Inoltre, il buon funzionamento scatolare è garantito dalla presenza di solai infinitamente rigidi nel proprio piano in maniera tale da ripartire correttamente l’azione sismica tra gli elementi (Fig.1.13).
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 1.14).
Fig. 1.14 - 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
- 17 - Il meccanismo di ribaltamento della parete è attivato in presenza di azioni sismiche di modesta entità; la rottura nel piano al contrario si manifesta per azioni molto più elevate.
Ciò significa che per un corretto funzionamento d’insieme una volta precluso il meccanismo fuori piano, il problema è trasferito sulla resistenza della singola parete alle azioni nel piano con contributo di natura sia flessionale che tagliante.
La resistenza a pressoflessione è notevolmente influenzata dalla presenza della compressione, infatti al crescere del carico assiale cresce il valore della resistenza, grazie all’ effetto cerchiante; ciò comporta che l’ ultimo piano degli edifici sia il meno resistente a pressoflessione rispetto ai piani sottostanti.
In altre parole, garantendo un buon grado di ammorsamento o incatenamento tra le pareti perimetrali, la singola parete, investita dall’azione sismica, nella risposta chiama in collaborazione i muri ad essa ortogonali, trasferendo loro un’azione agente nel piano e attivando quindi il meccanismo resistente nel quale essi esplicano la loro naturale resistenza a taglio.
Comportamento di una cella muraria elementare nei confronti di azioni orizzontali.
Nell’analisi degli edifici esistenti si possono presentare diverse situazioni che dipendono dal grado di collegamento tra le pareti ortogonali e tra il solaio e le pareti. Da quanto detto ne deriva una diversa schematizzazione del pannello murario e di conseguenza anche un maggiore o minore carico applicato.
In particolare, nel caso di pareti ortogonali non collegate fra loro e di solaio appoggiato (Fig.1.15), la forza sismica che investe le pareti parallele alla stessa, viene portata direttamente alla base del muro.
Lo schema statico che ne consegue per la parete investita perpendicolarmente dal sisma è quello di una mensola caricata con un carico uniformemente distribuito su tutta l’altezza: è facile capire che questa parete subisce rapidamente il collasso per flessione o per instabilità; al contrario il pannello murario parallelo alla direzione del sisma assorbe solo le azioni che direttamente gli competono cioè le forze di inerzia generate dalla propria massa, ed è sollecitato, con tensioni modeste, a taglio e flessione nel proprio piano.
- 18 - Fig. 1.15 - Schematizzazione della risposta di un edificio elementare alle azioni
orizzontali con pareti ortogonali non collegate e solaio appoggiato.
Nella situazione in cui le pareti ortogonali siano efficacemente collegate, anche in presenza di solaio deformabile (Fig.1.16), la parete investita dal sisma trasferisce parte dell’azione ai muri ad essa ortogonali. La schematizzazione di piastra vincolata sui tre lati risulta migliore del caso precedente ma ancora con rischio elevato di collasso.
Fig. 1.16 - Schematizzazione della risposta di un edificio elementare alle azioni orizzontali con pareti collegate e solaio deformabile.
Una situazione migliore è sicuramente quella in cui, anche in presenza di pareti non collegate, siamo di fronte ad un solaio collegato a tutti i pannelli e infinitamente rigido nel proprio piano (Fig.1.17). In questo caso l’azione sismica viene trasferita prevalentemente sui muri paralleli con schematizzazione delle pareti ortogonali con vincolo di appoggio superiore e inferiore dato dal solaio, con conseguente diminuzione delle tensioni.
- 19 - Fig. 1.17 - Schematizzazione della risposta di un edificio elementare alle azioni
orizzontali con pareti non collegate e solaio collegato a tutti i pannelli murari.
La situazione più favorevole si ha nel caso di pareti ben collegate tra loro e al solaio (Fig.1.18): ancora una volta si ha il trasferimento dell’azione sismica alle pareti parallele attraverso il solaio con funzionamento a piastra appoggiata sui quattro lati della parete investita dal sisma. Essa ne risulta sicuramente meno sollecitata a flessione.
Fig.1.18 - Schematizzazione della risposta di un edificio elementare alle azioni orizzontali con pareti ben collegate tra loro e solaio collegato a tutti i pannelli murari.
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.
- 20 - Un altro fattore che gioca un ruolo molto importante è la regolarità dell’edificio: regolarità di forma e strutturale
Per quanto riguarda la forma in pianta (Fig.1.19),si può dire che le forme compatte, avendo rigidezza paragonabile in ogni direzione, danno luogo ad un miglior comportamento di insieme. Inoltre le forme simmetriche sono da preferire a quelle asimmetriche, in quanto in queste ultime il centro delle masse e delle rigidezze di solito sono molto eccentrici e ciò provoca importanti sollecitazioni torsionali.
E’ opportuno adottare piante di forma semplice, cioè prive di rientranze; infatti l’incavo degli angoli rientranti è sede di concentrazioni di sforzi dovute al diverso comportamento dinamico delle due porzioni di edificio che vi si intersecano.
Fig. 1.19 – Irregolarità in pianta
Le strutture irregolari in elevato possono essere sede di concentrazioni di sforzi al pari di quelle irregolari in pianta.
In un edificio composto da due porzioni di altezza notevolmente diversa (Fig.1.20),si possono infatti generare considerevoli concentrazioni di tensioni nella zona di connessione dovute al diverso comportamento dinamico che avrebbero le due porzioni, se fossero staccate l’una dall’altra.
- 21 - Le configurazioni che portino ad aumenti di massa dal basso verso l’alto sono assolutamente da evitare.
E’ opportuno inoltre disporre le aperture su file, sia verticali che orizzontali (Fig.1.21); questo per permettere che gli sforzi fluiscano con regolarità senza dar luogo a pericolose concentrazione di tensione.
- 22 - 1.5 - Tipologie di danno negli edifici esistenti in muratura.
Per le pareti in muratura si possono distinguere tre distinte modalità di collasso ed elencare secondo la gerarchia:
- disgregazione della tessitura muraria;
- meccanismo di collasso della parete al di fuori del piano; - meccanismo di collasso della parete nel piano.
1.5.1 Disgregazione della tessitura muraria.
La disgregazione della tessitura muraria avviene di solito con espulsione del paramento esterno o con lo sganciamento dello stesso il quale porta comunque all’espulsione (Fig. 1.22, 1.23).
- 23 - MECCANISMI LOCALI PER PERDITA DI EQUILIBRIO DI PORZIONI MURARIE
Muratura di buona qualità
Formazione di lesioni per blocchi rigidi
Muratura di qualità 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.
- 24 - 1.5.2 - Meccanismo di collasso della parete al di fuori del piano.
Il collasso della parete fuori piano può comportare la deformazione del complesso strutturale con distacco dei muri di facciata e sfilamento delle travi ad essi ortogonali; si può verificare inoltre la flessione delle pareti di facciata ortogonali alla direzione del sisma e lo scorrimento della cella muraria (Fig. 1.24).
Fig. 1.24 - Rottura fuori piano.
Estensione della cella muraria.
- 25 - Fig. 1.26 - Meccanismi di collasso fuori piano per estensione.
- 26 -
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
- 27 - Ribaltamento globale
Ribaltamento parziale
Ribaltamento parziale
Ribaltamento locale delle parti sommitali
Ribaltamento locale delle parti sommitali Fig. 1.28 – Meccanismi di ribaltamento
- 28 - Flessione della cella muraria.
Fig. 1.29 - Flessione della cella muraria.
Fig. 1.30 - Meccanismi di collasso fuori piano per flessione. Deformazione per scorrimento della cella muraria.
- 29 - 1.5.3 - Meccanismo di collasso della parete nel piano.
Il meccanismo di collasso della parete nel piano comporta una crisi per taglio o ad una crisi per flessione (Fig. 1.32).
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.
Fig. 1.32 - Rottura nel piano.
Crisi per taglio.
I meccanismi di “rottura per taglio”solitamente comprendono fenomeni fessurativi di diversa natura. La rottura per taglio si manifesta con la formazione di fessure inclinate diagonalmente (fig. 1.33, 1.34, 1.35 e 1.36). Esse possono interessare prevalentemente i giunti di malta con la tipica configurazione “a scaletta”, oppure possono formarsi all’interno del mattoni o blocchi.
Solitamente la comparsa di fessure diagonali visibili avviene per valore del taglio agente prossimo al taglio resistente.
La rottura per taglio con fessurazione diagonale è di tipo fragile; in particolare quando l’azione di taglio è di natura ciclica, la crisi avviene con formazione di due sistemi di fessure diagonali incrociate.
Un altro tipo di crisi dovuto alle tensioni tangenziali è lo scorrimento di un setto murario sull’altro lungo superfici di frattura orizzontali solitamente posti nei letti orizzontali.
- 30 - Fig. 1.33 - Tipo di rottura per sollecitazioni taglianti.
- 31 -
MECCANISMI DI TAGLIO
Rottura per taglio dei maschi murari
Lesioni di taglio alle estremità dei muri
Tipica rottura a taglio
Tipica rottura a taglio
Fig.1.35 – Rotture per taglio
- 32 - Crisi per presso-flessione.
La fessurazione di una sezione avviene quando la massima tensione normale di trazione raggiunge la resistenza a trazione dei giunti orizzontali.
La fessurazione per flessione non costituisce uno stato limite ultimo, tuttavia a causa della progressiva parzializzazione, dà origine a non linearità nel comportamento.
Solitamente in un pannello murario la rottura per presso-flessione provoca lo schiacciamento della muratura al lembo compresso delle sezioni estreme.
Per bassi valori del carico assiale, l’estensione della zona compressa è modesta tali da portare alla formazione di ampia fessura di natura flessionale: si sviluppa un cinematismo di ribaltamento simile a quello di un blocco rigido (Fig. 1.37).
- 33 - Fig. 1.38 - Lesioni per interazione tra edifici adiacenti
EFFETTI DI SPINTE LOCALI
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.
- 34 - Martellamento di solaio intermedio spingente
sulla muratura Fig. 1.39 - Effetti di spinte locali
Martellamento verticale di coperture o solai pesanti in laterocemento.
