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Lesioni, dissesti e crolli di muraturePatologia Edilizia e Diagnostica – Enrico de Angelis

Patologia edilizia e diagnostica (Patologia edilizia e diagnostica (Patologia edilizia e diagnostica (Patologia edilizia e diagnostica (p.p.p.p.2222))))

prof. Enrico De Angelis

IntroduzioneRichiami di mecc.delle struttureStrutture sempliciLe pareti realiInterazione strutt. orizzontali-pareteAltre modalità di Interaz. terrenoAltri problemi …Le pareti portateBibliografia

Indice delle slides

1. Introduzione2. Richiami di meccanica delle strutture3. Le strutture semplici4. Le pareti reali

5. L’interazione tra i solai (le strutture orizzontali) e le pareti verticali

6. L’interazione col terreno7. Altri problemi …8. Le pareti portate9. Bibliografia




Considerazione generale: facciate

In questo corso ci occuperemo quasi sempre delle facciate degli edifici. Sono le più complesse:– Svolgono le principali funzioni di isolamento (termico,

acustico) e protezione finalizzata alla garanzia delle condizioni di comfort.

– Hanno sempre a che fare con importanti funzioni strutturali:

• Possono essere portanti• Sono soggette ad importanti azioni orizzontali

(vento, spinte persone, urti vari anche oggetti)• Interagiscono con gli elementi delle strutture da

cui sono sostenuti (dalla “muratura a cassetta”alla facciata continua)




Considerazione generale: facciate

Sono le più problematiche anche in termini dei meccanismi di alterazione cui sono sottoposte:

– Le loro superfici esterne (ma anche interne) sono esposte a tutti i principali agenti del degrado

– Tra queste c’è l’acqua in tutte le sue forme: ghiaccio, vapore, liquido.

– Molti materiali con cui sono realizzate sono porosi e quelli non porosi hanno comunque dei giunti




La complessità èanche morfologica




I modi di guasto: tipologie

I principali problemi di una facciata sono legati al degrado del suo aspetto.Seguono, non come frequenza ma come importanza, i guasti di tipo strutturale legati a stati limite di esercizio.Tra questi, sono particolarmente dannosi quelli che minano la sicurezza delle persone e delle cose e che si esprimono in dissesti e attraverso lesioni “localizzati”(distacchi di parti che cadono su beni o persone)Deperiscono un po’, talvolta, (ma non sono particolarmente critiche) le prestazioni termiche di isolamento, mentre quelle di isolamento acusticodifficilmente degradano (obsolescenza tecnologica/normativa).Il crollo parziale o globale di un edificio è raro (perché legato ad eventi speciali o perché si esprime prima della messa in servizio della costruzione): è raro ma succede, purtroppo.




Distacco di parti: cornicioni pericolosi




Crolli parziali (v.le Monza)




I modi di guastodelle murature portanti

I modi di guasto più importanti di una parete perimetrale sono connessi al loro dissesto e, conseguentemente, per una parete portante, al dissesto dell’intero edificio.Normalmente le murature sono compresse. Quando il carico che supportano, supera il limite di resistenza...:

– Raggiungimento dello stato tensionale limite per compressione (e conseguente quadro fessurativoda schiacciamento) per:

• Carichi concentrati• Carichi distribuiti





I carichi verticali non sempre generano compressioni semplici:– Quando vengono “deviati”, per esempio, in

corrispondenza di un’apertura.– Oppure quando non sono “centrati” nella sezione– Oppure ancora quando la muratura non trova (o

perde) un appoggio e ancora una volta le linee verticali devono “deviare”

In questi casi è possibile che venga raggiunto lo stato tensionale limite di trazione :

– Cedimenti fondazionali e assestamenti del terreno– Vibrazioni (traffico, per es.)– Crescita di grosse radici– Rigonfiamento del terreno (anche per

congelamento, ma non alle nostre latitudini!!)– Deformazioni reversibili (variaz.igrotermiche) e

irreversibili impedite dei materiali





I precedenti MdG erano relativi ad una condizione di carico e spostamenti imposti nel piano di giacituradella muratura.Seguono i MdG relativi a stati tensionali indotti da azioni e deformazioni imposte ortogonalmente alla muratura:

– Raggiungimento dello stato tensionale limite ultimo per azioni sismiche o vento

– Perdita della connessione con altri paramenti murari, per azioni sismiche

Ogni caso diverso su diverse murature (forometrie etc) ha conseguenze (quadro fessurativo) diverse.




Il problema diagnostico

A partire dall’analisi di un quadro fessurativo, risalire allo stato tensionale che lo ha generato e alle azioni (carichi o deformazioni imposte) che sono alla sua base.In caso di dissesti, la scelta del tipo di consolidamento deve basarsi sulla conoscenza del modo di guasto (eliminazione della “debolezza”) che lo ha permesso.Se l’opera in questione è “datata”, anche semplici interventi di manutenzione devono essere preceduti da un’attenta analisi della consistenza dell’edificio, della sua reale capacità portante e dei rischi connessi all’uso.

– rilievo sistematico delle lesioni (quadro fessurativo)– identificazione del quadro tensionale originale– valutazione della resistenza dei materiali– identificazione dei punti “deboli”– scelta degli interventi di “rinforzo” e “consolidamento”




Studio delle lesioni

La meccanica del solido elastico è utile per una modellazione semplificata del comportamento di un solido omogeneo:– Se conosco le azioni e la geometria dell’elemento

considerato sono in grado, con studi analitici o agli elementi finiti, di determinare lo stato tensionale di un solido “elastico” equivalente

– Una volta disegnate le curve isostatiche di massimo e di minimo (direzioni ortogonali) è ragionevole associare queste al quadro fessurativo:

– Le fessure si manifesteranno in maniera simile a tali linee





L’analisi delle lesioni, comunque, è complessa:

– Non necessariamente la “direttrice fessurativa”coincide con la direzione di lesionamento locale, ortogonale alla direzione degli sforzi e parallela alle isostatiche.

Infine, è diverso studiare le lesioni di un solido omogeneo, di un elemento in CA e quelle di una muratura:

– L’armatura, nel primo caso, permette la definizione di un quadro fessurativo diffuso, più vicino al disegno delle isostatiche, senza che intervengano grandi deformazioni

– Nel secondo caso, alla crisi locale del materiale segue, in tempi non dilazionati, la rottura ed il crollo





Oggi è possibile fare una modellazione complessa:

– Se conosco il comportamento dei materiali e, soprattutto, so descrivere accuratamente le modalità di rottura, con complessi metodi di calcolo passo-passo, sono in grado di simulare l’evoluzione dei dissesti, anche tenendo conto della disomogeneità del materiale utilizzato e del comportamento non isotropo … e anelastico

– La meccanica del continuo permette di modellare casi tipo, da usare come riferimento per motivare un caso specifico

Nel seguito della lezione affrontiamo alcuni casi semplici di setti murari (pareti semplici) e alcuni casi più complessi, sempre in termini qualitativi.




Trazione e compressione

Fig. 18 p. 35 Matarrazzo

In figura sono rappresentati i tipi di rottura per trazione (b) per compressione e trazione (c), che si verifica anche quando T=0, eper compressione “doppia” (d).




Stato tensionale di compressione

Eva Coissonslides laboratorio di consolidamento




Quando la resistenza a trazione è modesta





Perché lesioni // allo sforzo?





Rottura per compressione

Frattura iperboloidicadiretta del cubetto.È lo stesso meccanismo di collasso del pilastro e dell’angolo tra due pareti, dove si le parti più alta e più bassa sono “confinate”per attrito e si distacca un pezzo che provoca la riduzione della sezione resistente in mezzeria

Fig. 17 p. 40 Mastrodicasa




Rottura per compressione: esempi

Foto p. 41 Mastrodicasa





In corrispondenza dell’apertura si con-centrano sforzi “pericolosi” che si manifestano con una fessura verticale




Rottura per compressione

I tre stadi dello schiacciamento1. Raggiungimento della tensione limite nei giunti di

malta (debole) ed espulsione delle sigillature o fessurazione fino a distacco per espulsione degli intonaci e delle finiture

2. Fessurazione verticale dei corpi murari, con possibili ampie deformazioni ove le azioni siano di pressoflessione(NB se la malta utilizzata è “forte”, si parte direttamente dal secondo stadio)

3. Approfondimento delle fessure e separazione in prismi caricati di punta, con fessure anche su piani paralleli alla parete (sempre se muro a sacco)





Comportamento monolitico (o parzialmente) e disgregazione della struttura muraria

V.Manfré




Fig. 115-6 p. 237, Mastrodicasa.

Rottura per compressione(carichi concentrati)





Foto 53 p. 236, Mastrodicasa





Fig. 117 p.238, Mastrodicasa.




Fig. 121-2 p.257, Mastrodicasa.La figura evidenzia il rischio di fessuraz. verticale occulta per schiacciamento.Il rischio interessa soprattutto le murature in pietra naturale (meno squadrata) e le murature a sacco

Rottura per compressione(carichi distribuiti)




Stati di sforzo piano

Lo stato di sforzo in una struttura piana è caratterizzata, fissato un sistema di riferimento cartesiano, da tre quantità:

σx; σy; τxy

Al fine di comprendere lo stato tensionale maggiormente critico, èutile cercare le giaciture per cui le tensioni normali sono massime.

( ) θτθσστ

θθτθσθσσ

2cos2sin2

1

cossin2sincos

*

22*

xyxyxy

xyyxx

+−=

++=

2

2

max

max

22

2arctan

2

1

xyyxyx

yx

xy

τσσσσ

σ

σστ

θ

+

−±

+=

−=




Il cerchio di Mohr

Uno stato piano di sforzo può essere rappresentato geometricamente col cerchio di MOHR: le equazioni precedenti, infatti, possono essere riscritte:

( ) 22*

2*

2

2

2*

2

* 22

RC xyx

xyyx

xyyx

x

=+−

+

−=+

+−

τσ

τσσ

τσσ

σ(xσ,

σ

τ

( )xyy τσ ,

1σ2σ

xσxσ

yσ

yσxyτ

xyτ

θ2

θ

1σ

( )xyx τσ ,




Stati tensionali e lesioni

Trazione semplice

– Il piano di fessurazione èortogonale alla direzione degli sforzi

Taglio puro

– Il piano di fessurazione è a 45°

Compressione semplice

– Il piano di fessurazione è // alla direzione degli sforzi




Fessurazione teoricaper flessione pura

Fig 20 p. 43 Mastrodicasa




La parzializzazione della sezione pressoinflessa

Ma non si ha mai una flessione semplice, in pratica





Sistemi a conci rigidi





Fessurazione per torsione

Fig 22 p. 45 Mastrodicasa




Tipologie base di fessure da cedimento centrale

I cedimenti del sostegno (terreno) si manifestano con quadri fessurativi che dipendono dalla geometria del cedimento rispetto a quella degli elementi in causa

Effetto arco

Comportamento a trave




Dissestoper cedimento centrale

Foto 27 p. 177 MastrodicasaPossibili cause del dissesto: Carico eccessivo, anche in epoche successive alla costruzione e conseguentecedimentodifferenziale del terreno




Traslazione verticaledell’appoggio terminale


(cedimento)




Cedimento e fessurazioneper flessione e taglio

Fig 20°, p. 31 Antonucci

La “direttrice fessurativa” è la linea che interpola lo sviluppo delle varie fessure




Traslazione orizzontale dell’appoggio

Figg. 75 p. 142 Mastrodicasa

Fig 20°, p. 31 Antonucci.La traslazione orizzontale èfrequente sopratt. nelle zone in pendenza




Casi particolari

Fig 100, p. 192 BaruchelloL’autore parla di effetti combinati




Cedimento e fessurazioneper flessione e taglio

Foto 19, p.172 Mastrodicasa




Casi particolari di cedimento






Fig. 100/1 p. 185 Mastrodicasa




Azioni orizzontali ortogonali al piano

Modalità semplice di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica fuori piano con comportamento a mensola

V.Manfré




Azioni orizzontali ortogonali al piano

Modalità di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica fuori piano con comportamento a piastra

V.Manfré




Azioni orizzontali parallele al piano

La figura esemplifica la modalità di collasso di una parete soggetta a sollecitazione sismica nel proprio piano

V.Manfré




Azioni ortogonali ai piani delle murature: deformazioni e crepe

Quando trattiamo le azioni orizzontali su una muratura abbiamo a che fare raramente con sistemi in 2D




Muratura come struttura 3D

Da Tubi (cit. p.236-7)

La concezione strutturale a cellule con aperture relativamente piccole è quella più vicina al meccanismo resistente “scatolare”.




Effetti di azioni orizzontali …

Danneggiamento da sisma di muratura in pietra, foto di Latina (cit.)

La muratura portante costituisce una struttura tridimensionale che comprende:

– Fondazioni

– Pareti verticali (tutte hanno una funzione reciproca di controvento, generalmente ortogonali tra loro)

– Orizzontamenti (solai, ma anche volte a semplice o doppia curvatura, capaci di trasmettere e ripartire le azioni orizzontali tra le pareti)

Per garantire un funzionamento SCATOLARE le pareti devono essere opportunamente connesse e collegate.




Azioni ortogonali ai piani delle murature: deformazioni e crepe




Dissesti tipici di una cellula per azioni orizzontali (in corr.solaio)





Effetti di sismi e non solo

Ribaltamento fuori piano di una parte estesa di una facciata in muratura

V.Manfré





Ribaltamento fuori piano di una parte interna di una facciata in muratura

V.Manfré





Ribaltamento fuori piano di una parte superiore di una facciata in muratura

V.Manfré





Ribaltamento fuori piano di una parte centrale di una facciata in muratura

V.Manfré





Ribaltamento fuori piano di una parte superiore di una facciata in muratura (a causa di spinte della copertura)

V.Manfré





Edifici adiacenti con diverse quote altimetriche: azioni di martellamento

V.Manfré





Ribaltamento di una parte superiore di una facciata in muratura a seguito degli effetti del martellamento indotto dalla differenza di quota degli edifici adiacenti

V.Manfré





Corpi addossati …

V.Manfré




Pareti reali: singolarità geometriche

In termini strutturali, i “muri di fabbrica” vengono solitamente considerati “solidi piani” p: s << h, lIn realtà, i setti portanti sono sempre caratterizzati da molte “singolarità”.Singolarità geometriche:

– Angoli– Intersezioni con altre pareti– Fori e aperture di grandi dimensioni– Vincoli vari influenti sulle deformazioni

Variazioni di spessore e aperture ne riducono portanza e resistenza al taglio e, negli elementi di connessione (architravi e sottofinestra), si concentrano gli sforzi prodotti da azioni di taglio e deformazioni impedite.




Connessione tra pareti

Distacco di angolata realizzata mediante conci in pietra non efficacemente connessi

V.Manfré




Connessione tra pareti

L’ammorsamentopoco efficiente non garantisce la trasmissione delle sollecitaz. e la reciproca collaborazione

V.Manfré




Singolarità in facciata …

– Finestra o porta finestra– Balcone (mensole, lastre…)– Attacco a terra– Angolo tra pareti verticali– Canalizzazioni entranti o uscenti dalla parete– Canalizzazioni esterne vincolate alla parete ed altri

oggetti (lampade, dispositivi vari, funi, insegne …)– Parapetti– Attacco falde di copertura (bordo, impluvio … )– Cornici, modanature, lesene, timpani, …– Nicchie, edicole…– Frangisole, sporti e qualsiasi altro elemento con

superfici orizzontali …




Pareti reali: singolarità di carichi

Oltre a queste, ci sono anche le singolarità di carichi (oltre al peso proprio)

– Carichi concentrati prodotti dagli appoggi di travi e lastre

– Momenti flettenti trasmessi per varie motivazioni– Spinte orizzontali (normali al piano) di prodotti da

archi o altre strutture – Cedimenti localizzati o differenziali




Aperture nelle muratureed effetti della compressione

Fig. 54 p. 104 Mastrodicasa.Linee di forza dei carichi verticali nella parete di facciata con finestre.




Aperture nelle muratureed effetti della compressione

Fig. 55 p. 104 Mastrodicasa.Elemento di muratura tra due finestre (maschio murario) compresso ai limiti del crollo




Aperture nelle muratureed effetti del taglio


Stati tensionali in caso di azionetagliante nelsottofinestra






Fessurazione deisottofinestra per effetto di un cedimento in posizione terminale






Fessurazione deisottofinestra per effetto di un cedimento in posizione centrale





Fig. 101 p. 192 Baruchello.

Quadro fessurativodei sottofinestra per effetto di un ampiocedimento in posizione centrale. La forma e la posizione dellefessure dipende dalrapporto tra l’altezzae la larghezza dellafinestra




Cedimento del terrenosotto un pilastro in muratura




Cedimento del terrenoin corr. di un angolo dell’edificio




Connessioni muro - solaio

Rotazione delle teste delle travi e dei solai nonché loro variazioni dimensionali possono generare spostamenti orizzontali e indurre stati tensionali locali in una parete in muratura

V.Manfré




Dissesto tipico di una cellula per azioni orizzontali (in corr.solaio)

La struttura in sé è molto più complessa e il meccanismo di collasso molto vario





Appoggio di coperture spingenti

V.Manfré




Dilatazione (e contrazione) termica (di un solaio in CA)

Il caso schematizzato è quello di un solaio di copertura in calcestruzzo (un solaio laterocementizio sarebbe all’incirca lo stesso) non ben isolato e degli effetti sulle pareti portanti che lo sorreggono.

da: Chaulet p.25




La soletta a sbalzo del terrazzo è poco coibentata, quindi si dilata e attiva fessurazioni sulla zona più debole all’estradosso delle partiture in vetrocemento

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