Patologie e quadri fessurativi più ricorrenti nelle strutture in muratura

L’eterogeneità che caratterizza il comportamento strutturale degli edifici in muratura richiede un’attenta lettura delle patologie più ricorrenti, per convergere ad una corretta valutazione della sicurezza. L’assenza di manutenzione e i traumi del passato determinano spesso situazioni di pericolo strutturale che il progettista deve saper interpretare per progettare adeguati interventi di messa in sicurezza e rinforzo.

La complessità delle strutture murarie

Sebbene ampiamente diffuse nel tessuto storico edilizio, le strutture in muratura rimangono per molti aspetti ancora non perfettamente comprese nella varietà delle loro patologie. Ciò è oltretutto dovuto a una sempre minore formazione universitaria sull’argomento, malgrado il deperimento progressivo del patrimonio edilizio esistente sia un tema molto attuale e di urgente valutazione.

La muratura è un sistema costruttivo di antico esercizio, costituito da blocchi (in pietra o in mattoni) tenuti insieme dal legante a base di malta. Come aggregato di diversi componenti, essa risulta di difficile definizione meccanica, caratterizzata da valori di resistenza a compressione e modulo elastico quanto più variegati, con scarsissima duttilità e resistenza a trazione pressoché nulla.

La tecnica costruttiva, le modalità di posa in opera, le caratteristiche meccaniche dei materiali costituenti e il loro stato di conservazione determinano il comportamento meccanico dell’insieme.

La struttura muraria è da considerarsi intrinsecamente discontinua, composta di elementi assemblati, pertanto non deve stupire che si aprano dei giunti tra un elemento e l’altro. Lo stato fessurativo è di per sé fisiologico come risposta della struttura muraria, non per forza un campanello d’allarme del suo stato di malessere.

Nello schema portante in muratura, una sollecitazione localizzata può generare effetti altrettanto localizzati. L’estensione della collaborazione delle parti murarie adiacenti rimane funzione della qualità della tessitura muraria.

Un’apparecchiatura muraria grossolana, con elementi di dimensioni discontinue e malte di scarsa qualità, tenderà a limitare l’estensione della sezione resistente con la probabilità di veloce superamento delle sue resistenze e conseguente innesco di quadro fessurativo.

Al contrario un’apparecchiatura muraria a regola d’arte, con blocchi proporzionati, presenza di diatoni e legante di buona qualità permetterà il coinvolgimento delle aree attorno alla zona sollecitata estendendone la collaborazione e la sezione resistente. In questo caso l’apertura della fessurazione innesca una ridistribuzione interna delle tensioni che vengono in parte dirottate verso le sezioni murarie adiacenti in grado di sopportarle, fermando di fatto la prosecuzione della stessa fessurazione.

L’eterogeneità dei danneggiamenti è rilevabile anche in campo sismico, tra edifici simili e vicini, a dimostrazione che lo studio delle strutture murarie non va standardizzato bensì approfondito nelle sue particolarità.

Come ricorda il par. 8.2 delle NTC 2018, «la valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi devono tenere conto dei seguenti aspetti della costruzione:
– essa riflette lo stato delle conoscenze al tempo della sua realizzazione;
– in essa possono essere insiti, ma non palesi, difetti di impostazione e di realizzazione;
– essa può essere stata soggetta ad azioni, anche eccezionali, i cui effetti non siano completamente manifesti;
– le sue strutture possono presentare degrado e/o modifiche significative, rispetto alla situazione originaria».

La maggior parte dei dissesti ha cause diverse: assenza di manutenzione o addirittura abbandono (fig. 1), cambi di destinazione d’uso con nuovi sovraccarichi non correttamente valutati, degrado materico da cicli di fatica intercorsi nel tempo, terremoti, azioni eccezionali (urti, esplosioni), cedimenti di fondazione.

Se si escludono i fenomeni di crisi per schiacciamento, non è conveniente valutare la sicurezza di una struttura muraria solo mediante confronto tra la tensione agente e la resistenza del materiale, ma piuttosto col confronto tra lo spostamento causato dalle azioni esterne e lo spostamento massimo che la struttura è in grado di sopportare.

Negli archi la condizione limite non si verifica quando si manifesta una lesione ma soltanto quando si sviluppano un numero di cerniere sufficienti a formare una catena cinematica e innescare il cinematismo di collasso.

Oggi, finalmente, il controllo dello spostamento è tornato ad essere centrale nelle disposizioni normative (verifiche sismiche mediante analisi statica non lineare; verifiche dei meccanismi locali, confronto della domanda di spostamento indotta dall’azione di progetto con la corrispondente capacità) rispetto alle tradizionali verifiche tensionali, considerando anche la disarticolazione che contraddistingue la tessitura muraria.

Le patologie possono riguardare tanto un cimento attuale quanto riflettere criticità passate. Di seguito un elenco non esaustivo dei principali dissesti che interessano le murature.

Quadri fessurativi

Prendendo in considerazione la tradizionale prova di compressione eseguita su un pannello murario, si nota l’apertura di fessure ad andamento verticale quando la sezione muraria supera il suo limite di resistenza a compressione (fig. 2).

La verticalità è dovuta alla differente deformabilità degli elementi che costituiscono la muratura. La malta, più deformabile, si trova in uno stato di confinamento tra gli strati di mattoni che produce una compressione triassiale; per reazione sulle facce dei mattoni che ad essa aderiscono nasce uno stato (piano) di trazione biassiale che ne causa, al crescere del carico, la rottura per trazione (fig. 2-3).

Nelle pareti murarie l’orientamento dei quadri fessurativi è determinato dai rapporti tra tensioni normali σ e tensioni tangenziali τ agenti sulla porzione muraria coinvolta nel dissesto.

La prevalenza di tensioni normali genera fessurazioni verticali, mentre con prevalenza di tensioni tangenziali si generano fessure inclinate a 45°. Poiché la maggior parte degli stati tensionali deriva da una combinazione delle due sollecitazioni, si riscontrano quadri fessurativi con inclinazione intermedia (fig. 3).

Slegature tra elementi strutturali

Il comportamento scatolare è spesso disatteso per la carenza o l’inefficienza di adeguati collegamenti tra le pareti, o tra queste e i solai / copertura (fig. 4).

Spesso sono mancanze corrispondenti a successive fasi edificatorie di ampliamento non efficacemente connesse alla cellula edilizia originaria (fig. 5).

Dal punto di vista statico l’assenza di collegamenti tra i solai e le pareti, o tra le pareti stesse, non determina particolari criticità a meno di movimenti indotti da cause esterne, quali ad esempio cedimenti fondali, che possono mettere in evidenza l’assenza dei vincoli tra le porzioni murarie favorendone il frazionamento (fig. 6).

Peggiori sono invece le conseguenze derivanti da un’azione sismica che, in presenza di pareti e solai slegati, favorisce pericolosi ribaltamenti fuori piano delle stesse (fig. 7), o lo sfilamento delle travi lignee dei solai non vincolate alle pareti.

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L'articolo continua con la trattazione del:

• Schiacciamento
  
• Degrado e disgregazione muraria
• Cedimenti di fondazione