Consolidamento di strutture

Crolli e dissesti strutturali delle strutture edilizie

Lesioni e fessure

Lesione 1: In cima, la presenza di una grande volta sulla destra stava spingendo in direzione orizzontale, lasciando indietro questa parte. Biffe: piccoli rettangoli di gesso, posizionati per indicare la fessura dal momento in cui è applicato fino ad allora.

Lesione 2: Tolto l’intonaco, si è scoperta la discontinuità figlia della costruzione diversa delle due strutture. Il pilastro comporta un carico concentrato.

Lesione 3: Fessure in due direzioni diverse (a X), figlia di un’azione di un terremoto. Sono state formate in due momenti diversi.

Fessura 4: Fessura nella volta, fino all’arco: il punto a base della volta si è spostato verso sinistra, la catena non ha potuto reggere questo movimento.

Fessura 5: Colonna fessurata in direzione centrale, consolidata con un intervento massiccio. Se l’operazione fosse continuata, la colonna si sarebbe divisa in due parti. I carichi verticali creano fessure verticali, vuol dire che è nata trazione in direzione orizzontale.

Fessura 6: Volta a padiglione (struttura come unione di due archi in diverse posizioni) che presenta una fessurazione in posizione di unione degli archi. Le porzioni fragili sono le diagonali, all’incontro dei due archi.

Fessura 7: Arco puntellato: fessure a lato (più aperta verso l’alto), uno al centro (aperta verso il basso) e ai piedi dell’arco (più aperta verso sinistra e meno verso destra). La creazione di quattro cerniere (punto rispetto al quale il blocco di sinistra e quello di destra c’è una rotazione rispetto a questo punto). Classico meccanismo di rottura dell’arco: la struttura è andato spostandosi verso sinistra (nonostante fosse solo soggetto a carichi verticali). Motivo: è la demolizione dell’edificio adiacente; il vincolo dell’edificio adiacente viene tolto, non esistono catene al di sotto dell’oggetto (arco).

Il rapporto causa-effetto: misura e interpretazione intuitiva del cinematismo

Tractione: Il materiale viene rotto.

Compressione: A causa dell’azione di compressione, il materiale può gonfiarsi (bombatura) o arrivare direttamente a rottura (fessurazione).

Taglio: Si dimostra con il cerchio di Mohr, la situazione tensionale è uguale. La conseguenza è che, a causa delle forze, si creano tre differenti rotture:

• Lungo la verticale o orizzontale
• Perpendicolare alle forze di trazione

Compressione eccentrica: Piccole crepe/fessure nella posizione di compressione eccentrica.

Cascine di San Paolo d’Aragon, Bergamo

Fessura ad arco sopra l’ingresso principale: i carichi della parte di sopra migrano ai lati. Il portone d’ingresso è stato modificato e aumentato per far passare la mietitrebbia.

Altri esempi di dissesto

Esempio 2: In assenza di contrafforti e catene, tutto si sposta verso l’esterno, come il cedimento dei piedritti in direzione orizzontale.

Esempio 3: Parte di struttura si presenta rotando: figlia di una spinta orizzontale come capriate mal fatte o spinta di un terremoto.

Esempio 4: Situazione di terremoto: tetto rigido che va a colpire localmente la porzione di parete che la demolisce.

Cedimenti differenziali di fondazione: Comportamento – azione – fessure.

Comportamento a flessione.

Comportamento a taglio.

Cedimenti per compressibilità e carico uniformi: Se il terreno è cedevole, il carico centrale cerca di comprimere il terreno. Questi carichi si diffondono a destra e sinistra: in quei due punti laterale, la sigma è meno importante di compressione. Nella posizione centrale la compressione è più forte, fessure a 45 gradi.

Modello di studio: Fessura di forma parabolica. La rottura delle varie finestre si collega tra di loro; la parte di sinistra sta “scendendo” rispetto a quella di destra.

Esempio 5: I carichi della porzione stanno migrando alla fine dell’arco. È bene disegnare delle linee riconoscibili in termine di ampiezza: la parabola è spezzata circa a metà delle due parti. Cerchiamo le cause del cedimento del portico, soggetto a minimi carichi, su terreno di materiale viscoso:

• Cedimento del terreno
• Vari strati di intonaco hanno coperto gli effetti senza soluzionare la causa
• Fontanella aperta da cui scende acqua, si infila nel tubo (rotto) e si infiltra nel terreno, ne porta via in parte e causa il cedimento

Esempio 6: Le radici modificavano l’umidità del terreno tra le parti esterne ed interne, quindi stagionalmente provocavano il rigonfiamento del terreno, modificando la parte centrale. Tagliati gli alberi con radici orizzontali e sostituiti con quelli con radici profonde.

Esempio 7: Fessure verticali tra A e B: in realtà sono piccole fessure inclinate. L’edificio B è successivo a quello A, il secondo cerca di modificare la sua posizione e il primo cerca di adattarsi formando delle piccole fessure. La soluzione è aggiungere elementi che lavorino a compressione.

Esempio 8: Edificio moderno. Cedimento locale (causa materiale torba), si creano fessure diagonali. Lo scopo è fare infiltrazioni di resine bicomponenti, che a contatto tra loro si gonfiano e riportano la struttura verso l’alto o alla stessa geometria originaria. Il rischio è che se si interviene dopo un certo periodo, riportandole alla posizione precedenti, in tali fessure si è infiltrato polvere, tele di ragno ecc. si creano forze di compressione se lo riporto alla sua posizione. La soluzione è che i cedimenti non continuino: cedimento di 5 cm, lo rialzo di 3mm e lo congelo, impedendo che continui + infiltrazioni nelle fessure.

Esempio 9: Manifattura dei marinati a Comacchio (FE). Il peso proprio della struttura ha indotto un fenomeno di instabilità: la facciata si sposta avanti o indietro.

Esempio 10: Orto Botanico di Milano. Muro del 700, parecchio deformato verso l’esterno (circa 30 cm). L’elemento era storto perché dietro la struttura era stato aggiunto molto materiale (da quota 0 a quota 2.5 m). La soluzione:

• Eliminare il materiale il proprietario non voleva
• Aggiungere puntelli antiestetici
• Sono stati aggiunti dei pali nel terreno (5 cm), ricostruendo il muro con malta di calce e un’armatura all’interno (perché resista alle spinte) + armatura in fibra di vetro affinché colleghi il muro con l’armatura

Esempio 11: Venezia. Rilievo del fuori piombo: vengono riportate in scala l’inclinazione rispetto alla verticale.

Palazzo della Regione, Milano

Edificio del 1200 (mattoni faccia a vista) e seconda parte del 1700 (intonaco; Maria Teresa d’Austria). Il solaio è a travi e grandi finestroni (poi tamponati perché realizzato l’Archivio Notarile). Nel 1978, il desiderio del Comune era di tornare all’aspetto originario perché ritenuto pericoloso. Sono state aggiunte delle volte al piano terra + catene nel 1700 per la protezione al fuoco, grande imprevisto per un archivio. Il quadro fessurativo e i suoi rilievi erano molto complessi. Si è rilevato la presenta di fondazioni di 8 metri di profondità, causa l’importanza di tale edificio. La conclusione è che l’edificio si stesse aprendo in direzione orizzontale.

Da rilievo: solo la parte inferiore era deformata, la parte del 1700 seguiva una deformazione differente. Si legge nella storia che ogni 30 anni doveva essere rifatto il tetto, perché l’isomeri erano rotti (punti di incontro tra puntone e catena). Tale problema si ripresentava perché non si era data soluzione al problema: l’acqua continuava ad infiltrarsi e a rovinare/rompere il legno della capriata. La geometria evidente del rilievo e la storia ci ha fatto intuire il motivo di tale deformazione.

Diagnostica: Varie prove penetrometriche del terreno: quanti colpi al sensore servono per raggiungere una determinata profondità (ex. 30 cm). Con l’analisi del martinetto piatto fase seconda, ha consentito di analizzare gli sforzi presenti nella muratura (molto diversa da quella che ci si aspettava risultati non attendibili). Si ottiene un diagramma sforzo-deformazioni in direzione verticale e orizzontale. Si è attuato un’analisi di cerchiature per porre dei leganti.

Risultati di analisi per elementi finiti relativi alla fase 1:

• Distribuzione delle tensioni principali dovute a carichi permanenti;
• Configurazione deformata e distribuzione degli sforzi di trazione dovuti a cedimento unitario di un pilastro.

Si è misurato l’ampiezza delle lesioni in 100 punti diversi. Applicando il modello elastico, applicando un cedimento ad un elemento verticale ottengo lo spostamento. Trovo un vettore s di 100 punti di cedimento unitario. Prendendo questi valori di spostamento legati al cedimento unitario, e lo moltiplico per s1, s2, s3, .. (spostamento reale), posso definire un errore tra i valori sperimentali e quelli numerici (imposti ai pilatri). Si è tarato i valori dei cedimenti dei singoli pilastri, che inseriti nella formula, mi definisce un errore tra i valori sperimentali (sulla facciata) e quelli numerici (trovati sugli elementi finiti). La migliore distribuzione degli spostamenti che simulasse la realtà è la seguente: introducendo ciò, si è trovato gli stati di sforzo simili a quelli trovati sperimentalmente con martinetti piatti fase 1.

Vari interventi finali

Copertura:

Utilizzando le capriate esistenti, un cordolo esterno e dei cavi in diagonale tra le capriate, si è realizzato una trave reticolare: essa fa si che il tetto sia sufficientemente rigido, in modo che la facciata longitudinale abbia più punti di ancoraggio (due pareti laterali, tetto e fondamenta). Prima e dopo: da bloccata su tre lati a una bloccata su quattro lati. Questo è un grande vantaggio in termini di spostamenti e di stati di sforzo. È una trave con sezione ad U metallica, inchiodata alla parete con barre e resina che fa tutto il giro; a questa barra metallica sono state legate le catene che formano la reticolare.

Sismografi: Per controllare le sollecitazioni che incidono nell’edificio della fermata della metro. Registrate 40 anni dopo, le frequenze proprie caratterizzano questa situazione. Si è rilevato che queste frequenze (picchi) non sono variati: vuol dire che il degrado del materiale è pressoché nullo.

2017: Laser scanner + interventi minimi

Analisi geometrica e dinamica con il laser scanner (molto più accurata). Analisi dello stato di sforzo.

Copertura:

Sono stati sostituiti i diagonali con acciaio inox, si sono aggiunti altri diagonali tra il vertice della capriata e la sua fine + elementi verticali in legno nelle due metà della capriata.

Mensole:

Aggiunta di un gancio che reggesse la mensola; in realtà è stato fatto un cavetto ogni 60 cm che si aggancia ai travetti e poi saldata al muro.

Come ci comportiamo nella parete soggetta a deformazione? Si aggiunge qualcosa a “metà strada” della parete longitudinale (60x20 m). (I tiranti non funzionerebbero: la struttura collasserebbe perché entrambe le pareti si muovono) A livello intermedio, creare delle croci di Sant’Andrea costruite da trefoli, integrato con piatti che si collegano alla parete. È un sistema che collega il coperchio rigido del tetto con le catene del piano intermedio. Si crea un sistema rigido in tutte le direzioni. Possibilità ulteriore, contrafforti/travi che uniscono le parti rigidi ai due livelli della parete molto impattante.

Soluzione 1: Posizionare tra la zona del 1200 e del 1700 una serie di croci orizzontali trasparenti (permeabile, come se fossero un traliccio per luci) che colleghino i pilastri interni con la parete esterna.

Soluzione 2: Sistema pre-teso

Una grossa fune di 30 mm a forma di pesce, che parte da uno spigolo e arriva a quello opposto; pare un grande pesce. I cavi curvi vengono ancorati con delle L alle pareti, in modo da poterci lavorare e pretenderli. Sostenuto da elementi ancorati verticalmente e orizzontalmente (alla copertura e alla facciata): in tal modo, per ogni spostamento la struttura si mobilita di poco. Si impedisce che la facciata vada verso l’esterno. Verso l’interno a compressione non resiste, a meno che i cavi non vengano pre-tesi (circa 700 kg): quando la parete vuole avvicinarsi, i cavi diminuiscono la loro trazione fino a che non si vada “in bando” (forza di 700 kg) ho una serie di posizioni nelle quali ho dei puntelli che lavorano a 700 kg e impediscono l’avvicinamento delle strutture. 7% della forza di gravità. Tale soluzione riduce lo spostamento del 47% se si pone T=20 KN per ogni cavo (sia la parabola sia quelli orizzontali). Questa soluzione evita che il collasso di una parete si porti dietro anche la seconda, grazie ai cavi pretesi che in quel caso lavorerebbero a compressione.

Rovigo

Chiesa della Rotonda, Rovigo

La trave (carico concentrato) provoca fessure nella parete in diagonale perché lì sotto era presente un pilastro deformabile.

Chiesa di San Francesco, Rovigo

Crepe in modo improvviso.

Chiesa del Cristo, Rovigo

Crepe sulle volte. Motivo: nelle vicinanze era stato costruito un parcheggio sotterraneo importante, che ha creato danni importanti agli edifici negli intorni. Posizione del parcheggio e delle varie chiese. Le linee rappresentano il vecchio letto del fiume, tombato. Lo studio idrogeologico ha evidenziato la necessità di scavare 10 m d’acqua per realizzare i silos. Esternamente, il terreno non è più imbevuto d’acqua (il livello si è abbassato): tutta la zona circostante, il terreno pesa di più rispetto a prima. Pesando di più ha causato cedimenti e abbassamento del terreno, con cedimenti differenziali locali di alcuni edifici.

Milano

Per creare il silos è stato utilizzato il “metodo con muri bentonitici”. Nonostante ciò, le infiltrazioni d’acqua erano consistenti: hanno utilizzato dei well-points (pozzi d’acqua di estrazione), quando non erano sufficienti lo scavo si riempiva d’acqua. Interferometria satellitare: Per realizzare un’indagine sulla zona di Rovigo, si è utilizzato un metodo sperimentale che utilizza le foto virtuali dei satelliti (a distanza di 15 giorni) ed è risultato che le zone attorno a Rovigo scendono di 1 mm ogni anno. Per le zone di Rovigo si è utilizzato lo stesso metodo ed è risultato che nell’anno del 1994 (anno dei lavori) un abbassamento di 2.5/4 cm. Indagare su movimenti del terreno usando le fotografie dei satelliti, che esistono da una ventina d’anni a questa parte. Queste fotografie possono essere prese e interpretate.

Dissesti di elementi snelli

23 Marzo 2020

Rapporto causa effetto, con diatoni e senza. I nostri pilastri (elementi compressi) sono elementi che possono degradarsi e instabilizzarsi. Ciò implica una necessità, cioè che non si provochino fessurazioni. Colonna in muratura, soggette a compressione (la prima). Come è possibile che un elemento verticale soggetto a compressione, possa creare delle trazioni per rompere la muratura stessa?

Hilsdorf muratura

Il signor dice che la muratura è fatta da mattone e malta, la situazione che capita è quella di avere un mattone più rigido e resistente della malta (circa 20 daN/cm² confronto a 5 daN/cm²). L’elemento più debole è quello che “guida”: a 5 daN/cm² la malta si rompe. Sperimentalmente, il pilastro si rompe a un valore intermedio. Il meccanismo è il seguente: la malta schiacciata, posto allo stesso livello tensionale; la malta ha due fatti: il modulo elastico è più alto della muratura, e il coeff. di poisson (quanto si deforma orizzontalmente se compresso verticalmente) molto alto (diventa un rettangolo) la malta cerca di fuoriuscire tra il primo mattone e il secondo.

Primo metodo di rottura

Ovviamente esiste un legame tra malta (elemento di maltina) e mattone: è un impedimento. Ciò che succede è che il mattone si fessura, nonostante potesse resistere fino a 20 daN/cm²: succede che la malta contemporaneamente viene a essere compressa, la cui situazione è compressione biassiale. Il mattone è soggetto a una compressione verticale e una trazione orizzontale. Secondo il cerchio di Mohr: da 0 a 20; nel momento in cui la malta cerca di allargarsi, il nuovo cerchio di Mohr aumenta di diametro se prima avevo la situazione di Mohr-Coulomb, un qualsiasi punto stava dentro il dominio, ora lo stesso punto esce dal dominio e quindi è meno resistente. La malta, con l’aggiunta della compressione laterale (dei mattoni, circa 2) il cerchio è ancora meglio definito nel dominio.

Secondo metodo di rottura

Presa una parete in mattone, c’è la presenza di una trave di legno applicata al muro. La fessura tipica è quella in rosso: si creano elementi in diagonale, la cui forza ha una componente sia verticale che orizzontale. Se l’elemento non sopporta la compressione, si presenta la fessura. Soluzione: porre un dormiente in legno/pietra sotto la trave in legno, più ampia della trave e di poco spessore, in modo da ripartire meglio i carichi e per attrito bloccano lo spostamento orizzontale. Altra soluzione è la posa di una piastra con connettori, in modo che ripartisca i carichi a cui la trave è soggetta in una porzione più ampia. Questa soluzione serve a poco se non fosse una situazione attiva: principalmente se ho un sovraccarico “delta P”, se avessi il solo carico P non servirebbe a nulla. Impedisce che la crepa si ampli ancora di più.

Chiesa della Rotonda

La presenza di queste fessure è perché al di sotto della trave c’era...