Il processo di danneggiamento

Presentazione sul tema: "Il processo di danneggiamento"— Transcript della presentazione:

1 Il processo di danneggiamento
circostanza o fenomeno che induce alterazioni nel regime di equilibrio della costruzione causa perturbatrice dissesto movimenti della massa muraria causa perturbatrice: circostanza o fenomeno che induce delle alterazioni nel regime di equilibrio della costruzione es: vetustà, variazioni termiche e igrometriche, moti del terreno, azione dei sovraccarichi, vibrazioni, ecc. quando le alterazioni prodotte da una causa perturbatrice superano certi limiti, allora determinano dei dissesti statici nelle masse murarie. DISSESTO: movimenti della massa muraria (traslazioni, rotazioni, ecc) provocati da un'alterazione del regime di equilibrio I dissesti sono denunciati dalle manifestazioni di fatiscenza. Manifestazioni caratteristiche sono le lesioni. LESIONE: manifestazione del dissesto sotto forma di soluzioni di continuità della massa muraria e di deformazioni E' importante distinguere fra dissesto e lesione: dissesto è il movimento della massa muraria (traslazione, rotazione, ecc) provocato da una alterazione del regime di equilibrio lesione: è la manifestazione del dissesto, sotto forma di soluzioni di continuità della massa o di deformazioni manifestazione di fatiscenza soluzioni di continuità della massa muraria, deformazioni

2 manifestazione di fatiscenza
Esempio: causa perturbatrice cedimento del terreno dissesto rotazione causa perturbatrice: circostanza o fenomeno che induce delle alterazioni nel regime di equilibrio della costruzione es: vetustà, variazioni termiche e igrometriche, moti del terreno, azione dei sovraccarichi, vibrazioni, ecc. quando le alterazioni prodotte da una causa perturbatrice superano certi limiti, allora determinano dei dissesti statici nelle masse murarie. DISSESTO: movimenti della massa muraria (traslazioni, rotazioni, ecc) provocati da un'alterazione del regime di equilibrio I dissesti sono denunciati dalle manifestazioni di fatiscenza. Manifestazioni caratteristiche sono le lesioni. LESIONE: manifestazione del dissesto sotto forma di soluzioni di continuità della massa muraria e di deformazioni E' importante distinguere fra dissesto e lesione: dissesto è il movimento della massa muraria (traslazione, rotazione, ecc) provocato da una alterazione del regime di equilibrio lesione: è la manifestazione del dissesto, sotto forma di soluzioni di continuità della massa o di deformazioni manifestazione di fatiscenza quadro fessurativo

3 Il processo diagnostico
esame delle manifestazioni deformative e fessurative definizione della natura del dissesto statico Un corretto approccio al problema del recupero di costruzioni dissestate non può esaurirsi a considerare e rimediare alle manifestazioni apparenti: permanendo le cause, tali manifestazioni inevitabilmente si ripresenterebbero. Occorre invece agire direttamente sulle cause, che pertanto devono essere preliminarmente individuate. Considerato che manifestazioni, dissesti, cause, sono fra loro concatenati, la sequenza corretta è quella di esaminare accuratamente il quadro di manifestazioni deformative e fessurative per definire la natura del dissesto statico, individuarne le cause ed infine determinare gli interventi atti a porvi rimedio. Per essere in grado di operare in tal senso, occorre avere come base di conoscenze i processi che dalle cause perturbatrici conducono ai dissesti e da questi alle manifestazioni di fatiscenza. Con queste basi di conoscenze, sarà facile riconoscere dalla manifestazione il dissesto che l'ha provocata e da questo risalire alla causa. individuazione delle cause perturbatrici RIMEDI

4 Formazione delle lesioni
Materiale fragile: per piccole deformazioni, sostanzialmente segue la legge di Hooke; la rottura si verifica subito dopo il superamento della fase elastica, essendo la fase plastica di entità trascurabile. Materiali fragili soggetti a trazione monoassiale Allorquando la dilatazione maggiore (in senso algebrico) raggiunge il valore per cui si ha decoesione del materiale, si verifica la frattura La frattura si stabilisce normalmente alla direzione della dilatazione maggiore

5 s1 (massima) > s2 (media) > s3 (minima)
Criterio di rottura per materiali fragili (De Saint Venant) In un solido fragile soggetto ad uno stato di tensione complesso, la rottura si verifica quando la tensione ideale massima raggiunge il valore limite. In ogni punto di un solido si possono individuare tre direzioni ortogonali fra loro - direzioni principali - secondo le quali agiscono solo tensioni normali - tensioni principali - fra cui la maggiore e la minore sono rispettivamente in grado di massimo e di minimo: s1 (massima) > s2 (media) > s3 (minima)

6 e1 (massima) > e2 (media) > e3 (minima)
Le direzioni principali di tensione sono anche direzioni principali della dilatazione dilatazioni principali: e1 (massima) > e2 (media) > e3 (minima) equazioni costitutive (in presenza di sole tensioni normali) Le equazioni costitutive (legano le componenti di deformazione alle componenti di tensione attraverso le costanti elastiche del materiale) scritte per il caso di sole tensioni normali, possono essere utilizzate per trovare le deformazioni principali, note le tensioni principali.

7 Le equazioni costitutive possono essere scritte per le tensioni e dilatazioni principali:
le sid sono le tensioni ideali, rispettivamente massima, media e minima; hanno la stessa direzione e verso delle corrispondenti tensioni principali e deformazioni principali

8 Il criterio della dilatazione principale massima, ossia della tensione ideale massima, afferma che si raggiunge la crisi nel materiale quando la tensione ideale massima raggiunge il valore limite. Tale criterio è più adatto a descrivere il comportamento dei materiali fragili che non il criterio della tensione principale massima (di Rankine), in quanto tiene conto dell'effetto Poisson. Infatti, l'esperienza insegna che la resistenza di un corpo soggetto ad una tensione sz aumenta se si fanno agire anche due tensioni sx e sy dello stesso segno di sz, mentre diminuisce se hanno segno contrario.

9 Ad es., una colonna compressa secondo l'asse z resiste maggiormente, cioè sopporta una sz più elevata, se si cerchia con anelli metallici che, opponendosi al rigonfiamento, esercitano delle compressioni laterali (EFFETTO CERCHIANTE). D'altra parte, dalle equazioni costitutive si vede che quando le s laterali hanno lo stesso segno di sz, la dilatazione ez è minore. E' logico pertanto attribuire l'aumento di resistenza alla diminuita dilatazione e viceversa; ossia è logico ritenere che la rottura avvenga quando la dilatazione (e non la tensione) superi un certo valore.

10 Poiché la rottura avviene quando la dilatazione massima, nel nostro caso la e1, raggiunge il valore limite e la frattura si presenta ortogonale alla direzione della e1, si può quindi affermare che la frattura si verifica quando la tensione ideale massima raggiunge il valore limite, che rappresenta la resistenza del materiale (= E * il valore limite della dilatazione), e la rottura avviene secondo la superficie piana elementare normale alla direzione della tensione massima.

11 linee isostatiche, di trazione o di compressione:
in ogni punto sono tangenti alla direzione principale in quel punto, massima o minima famiglie di curve ortogonali fra loro linee isodinamiche, di massimo o di minimo: uniscono i punti in cui la tensione ideale, massima o minima, assume lo stesso valore. Le linee isostatiche individuano solo le direzioni delle tensioni principali, di trazione e di compressione. Non forniscono alcuna indicazione sulla loro entità. Le isodinamiche invece sono linee su cui le tensioni ideali presentano lo stesso valore. Nella figura le due famiglie di linee individuano le isostatiche di trazione (continue) e compressione (tratteggiate). Le curve quotate rappresentano le isodinamiche di massimo.

12 se in un punto del solido la tensione ideale massima supera la resistenza del materiale, lì si verifica una frattura elementare, nella direzione ortogonale alla isostatica di trazione, quindi sovrapposta alla isostatica di compressione in quel punto (punto di originaria rottura)

13 Una volta che si è formata la prima frattura elementare, nel suo intorno immediato la tensione è nulla (bordo libero del materiale); mentre nell'intorno il livello tensionale aumenta. Ci sarà quindi un punto abbastanza vicino in cui la tensione ideale raggiunge il valore critico: lì si forma una nuova frattura elementare con direzione ortogonale alla isostatica di trazione. Le due fratture elementari avranno direzione circa parallela, ma non è detto che giacciano sulla stessa linea. La linea fessurativa risulta determinata dall'unione delle fratture elementari.

14 in generale, la linea fessurativa non è normale alla isostatica di trazione; lo sono invece le fratture elementari

15 è importante individuare, oltre all'andamento della linea fessurativa, la direzione dello spostamento relativo fra i cigli di frattura (direzione della congiungente dei punti corrispondenti dei due cigli di frattura)

16 la linea fessurativa ci dà indicazione del luogo dei punti dove si è verificata la tensione massima, la direzione dello spostamento relativo dei cigli indica la direzione delle isostatiche di compressione in quei punti tali osservazioni sono utili per individuare il moto relativo delle due parti del solido murario separate dalla lesione (dissesto statico)

17 Lesioni nell'intonaco e nelle masse murarie
Negli edifici vetusti, può darsi che l'intonaco sia stato sostituito o riparato successivamente al presentarsi delle lesioni; pertanto l'ampiezza e la lunghezza delle lesioni nella massa muraria è maggiore che non quella che appare sull'intonaco. E' opportuno verificare asportando parte dell'intonaco in corrispondenza del ventre e delle cuspidi della lesione Fessurazioni reticolari dell'intonaco: dovute a ritiro dell'intonaco stesso in fase di asciugamento; non sono collegabili a dissesti statici

18 Fessurazioni recenti e non recenti
Fessure nuove: frattura fresca, chiara, priva di polvere, cigli taglienti e ben contornati Fessure vecchie: fratture annerite, polverose, cigli arrotondati, talvolta frammenti di ragnatele Nelle lesioni capillari l'accertamento è più difficile; si possono asportare dei frammenti di materiale dalla parte di uno dei cigli e confrontare la superficie di frattura fresca con quella da esaminare

19 Progressione fessurativa
E' necessario studiare il progredire delle lesioni nel tempo per comprendere l'evoluzione del dissesto se la progressione è nulla, il moto è estinto ed il complesso ha trovato un nuovo equilibrio la progressione non nulla, può essere ritardata, cioè caratterizzata da manifestazioni sempre più attenuate: probabilmente il fenomeno tende ad estinguersi se la progressione è costante o addirittura accelerata, il fenomeno tende ad accentuarsi, tendendo ad equilibri sempre più precari Il controllo della progressione si effettua tramite il monitoraggio

20 Rilievo delle lesioni e dei dissesti
Rilievo e catalogazione delle singole manifestazioni: lesioni: posizione, forma, ampiezza, direzione dei movimenti relativi attraverso l'analisi dei cigli fessurativi caratteristiche degli spostamenti nei piani verticali: strapiombi, spanciamenti rilievo di fessurazioni e distacchi interni nelle murature caratteristiche delle deformazioni degli orizzontamenti analisi dell'evoluzione; esiti del monitoraggio

21 Oltre che classificare e documentare singolarmente, occorre procedere ad una rappresentazione grafica del quadro fessurativo e dei dissesti in schemi d'insieme. Questo consente di analizzare complessivamente le manifestazioni di fatiscenza per comprendere i meccanismi di danneggiamento.

22 Simbologia codificata per il rilievo delle manifestazioni di dissesto

23 Cedimento delle fondazioni
Classificazione in relazione alla direzione di traslazione del tronco ceduto: verticale orizzontale longitudinale orizzontale trasversale in relazione al rapporto lunghezza/altezza del tronco ceduto: lungo medio corto I cedimenti fondali possono essere classificati anzitutto in base alla direzione della traslazione del tronco ceduto: verticale oppure orizzontale, ed in questo caso nella direzione che tende ad allontanare le due parti di fabbricato o in quella di traslazione trasversale. La parte di fondazione che cede può essere situata in una zona intermedia del fabbricato oppure ad una estremità. Infine il cedimento può essere classificato in base al rapporto fra la lunghezza del tronco ceduto e l'altezza del fabbricato in quella zona. Quest'ultima classificazione è importante perché determina la direzione delle lesioni. in relazione alla posizione: intermedio di estremità

24 Traslazione verticale, cedimenti intermedi
Il quadro fessurativo si presenta in forma diversa a seconda del rapporto fra la lunghezza di fondazione sede del cedimento e l'altezza del fabbricato sovrastante. Non si possono indicare valori precisi del rapporto l/h, che limitino i diversi casi. Si possono dare solo indicazioni qualitative.

25 La parte di muro sovrastante il terreno ceduto può essere considerata come una trave alta incastrata lateralmente alle due parti di muro solidali al terreno stabile. Si possono valutare momento flettente e taglio su tale trave dovuti al carico trasmesso dal muro in fondazione = p·h, se si presume un carico p per unità di altezza del muro. Le sollecitazioni massime sono nelle sezioni di incastro. In corrispondenza le tensioni hanno i valori indicati. Per l=3/2·h, le s e le t hanno lo stesso valore: in tale situazione si formeranno sia lesioni dovute al taglio (circa a metà altezza del muro ed inclinate di 45°) sia lesioni per tensioni normali di trazione, nella parte alta del muro, ortogonali alle trazioni stesse.

26 cedimento lungo: il comportamento è tipo trave inflessa, le lesioni si manifestano nella parte alta della trave (trazione massima), sono circa ortogonali all'asse della trave ed hanno maggiore ampiezza verso l'alto se il cedimento è molto lungo, il momento flettente è molto elevato anche nella mezzeria della trave, cosicché possono verificarsi delle lesioni intermedie, con ampiezza maggiore nella parte bassa

27 cedimento corto: il comportamento è tipo trave tozza, prevale cioè l'azione del taglio su quella del momento; la crisi è dovuta alle tensioni tangenziali, che determinano tensioni principali inclinate di 45° sull'asse della trave. La parte di muratura coinvolta nel cedimento è solo quella a più diretto contatto con la fondazione, la parte sovrastante funziona ad arco cedimento intermedio: le lesioni sono dovute sia al taglio che al momento

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29 Traslazione verticale, cedimenti di estremità
cedimento lungo: prevale il comportamento a flessione cedimento intermedio: sia flessione che taglio cedimento corto: comportamento tipo taglio (mensola tozza)

30 Traslazione verticale, edifici con aperture
le lesioni tendono a formarsi dove la parete è indebolita dalla presenza dei vani delle finestre ulteriore indebolimento è causato talvolta dalla riduzione di spessore del muro del sottofinestra

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32 La zona di muro compresa fra le finestre rappresenta la trave: l'andamento delle lesioni dipende dal rapporto fra la larghezza e l'altezza del sottofinestra.

33 Traslazione verticale
edifici con parti a diversa altezza o parti costruite in epoche successive

34 Traslazione orizzontale longitudinale
La traslazione orizzontale è frequente negli edifici con la base fondale poco profonda su terreni argillo-sabbiosi o sabbio-argillosi. Dopo lunghi periodi di siccità, questi terreni si contraggono dando luogo a fenditure verticali che, dal piano di campagna, penetrano in profondità fino talvolta al di sotto del piano fondale degli edifici. Le lesioni nelle pareti si presentano pressoché verticali, più ampie alla base

35 Traslazione orizzontale trasversale
pianta Le lesioni si formano sulle pareti contrapposte, di solito in posizioni non corrispondenti prospetto

36 Cedimento delle strutture murarie
assestamento schiacciamento presso-flessione spinta danni dovuti a vibrazioni danni conseguenti a sisma ciascun dissesto può causare uno degli altri ed il secondo può poi manifestarsi con più evidenza del primo è necessario riconoscere il fenomeno principale per adottare i rimedi più adatti Il cedimento delle strutture murarie è l'altra principale causa di manifestazione di degrado. Le cause sono diverse. L'assestamento è un fenomeno quasi fisiologico per le costruzioni in muratura; è dovuto essenzialmente alla progressiva contrazione degli strati di malta che avviene man mano che i carichi si accrescono per l'avanzamento della costruzione. Tutti gli altri fenomeni sono invece preoccupanti, anche più dei cedimenti delle fondazioni, in quanto legati ad una carenza delle strutture a sostenere i carichi.

37 Schiacciamento E' il fenomeno per cui nel solido murario si è raggiunto il limite di resistenza per compressione assiale In un solido sottoposto a compressione assiale le isostatiche di compressione hanno la direzione del carico, quelle di trazione hanno direzione ortogonale. Se la dilatazione trasversale supera le capacità coesive del solido, questo si spezza lungo superficie di frattura poste nella direzione delle isostatiche di compressione. Il sistema diventa sempre più instabile perché le fratture lo suddividono in elementi astiformi sempre più snelli e quindi più soggetti a crisi per carico di punta.

38 Schiacciamento per carico concentrato
3 2 1 Lo schiacciamento dà origine non solo a lesioni verticali. In corrispondenza di un carico concentrato, le lesioni hanno andamento come in figura. tipo 1): si manifestano ad una certa distanza dal punto di applicazione del carico concentrato, dove non si risente più dell'effetto di questo ma solo del carico distribuito; lo stato di tensione è monoassiale, le isostatiche di compressione verticali. tipo 2): nei punti sotto la zona di applicazione del carico, il solido è soggetto ad una tensione verticale maggiore che nei punti limitrofi, quindi tende a dilatarsi maggiormente in direzione orizzontale; il muro è perciò soggetto a taglio, a causa del carico concentrato. Nel tratto iniziale, le isostatiche di compressione (e quindi le lesioni) sono a 45° per poi tendere alla verticalità per il contributo del carico distribuito. tipo 3): nelle sezioni sotto il carico, i cubetti elementari sono ostacolati a dilatarsi orizzontalmente nel piano della parete, ma non fuori del piano. Per questo motivo, si determina una frattura orizzontale nella zona immediatamente sotto al carico.

39 Schiacciamento dovuto al peso proprio
Si manifestano nelle parti basali dei muri Nello schiacciamento, la fessurazione può essere preceduta da lesioni o corrugamenti nell'intonaco con direzione orizzontale (carico di punta nell'intonaco dovuto alla contrazione della muratura)

40 Rotazione Nel muro isolato, si ha rotazione quando si raggiunge la pressione limite sul terreno In muri interconnessi, la rotazione del muro comporta la formazione di lesioni, che si verificano nelle zone più deboli: all'intersezione fra i muri oppure nel muro ortogonale nel muro pieno hanno andamento circa a 45°

41 Rotazione

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44 Spinta degli archi e delle volte
La spinta contro le strutture verticali, determina l'eccentricità del centro di pressione col conseguente aumento dell'impegno del materiale; ciò può portare alla rotazione del muro Se la spinta di archi o volte non è assorbita da appositi tiranti, si scarica sui muri, che sono quindi soggetti ad una forza orizzontale che origina flessione fuori piano. Globalmente, il muro è soggetto a pressoflessione fuori piano: carico verticale di compressione + carico orizzontale dovuto alla spinta degli archi.

45 Nel caso che il muro ceda, l'arco risulta carente di vincoli che contrastino la spinta, per cui esso stesso cede, dando origine ad ulteriori lesioni.