PREMESSA

Il patrimonio architettonico italiano è costituito in gran parte da edifici e strutture in muratura. E’ probabile, quindi, che almeno una volta nella vita, il progettista si trovi a lavorare con questo tipo di strutture, molto particolari e per alcuni aspetti insidiose.

La presentazione della nuova Ordinanza sismica, n. 3274 “Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l’adeguamento sismico degli edifici” (ancora in fase di definizione), ha ulteriormente evidenziato la necessità di conoscere dettagliatamente le caratteristiche dei costituenti la struttura prima di procedere alle operazioni di verifica ed eventualmente al progetto di adeguamento.

Il paragrafo 11.2.3.3 della suddetta Ordinanza recita: “Ai fini della scelta del tipo di analisi e dei valori dei coefficienti parziali di sicurezza vengono definiti i tre livelli di conoscenza seguenti:

LC1: conoscenza limitata;
LC2: conoscenza adeguata;
LC3: conoscenza accurata.

Gli aspetti che definiscono i livelli di conoscenza sono: geometria, caratteristiche geometriche degli elementi strutturali, dettagli strutturali, quantità e disposizione delle armature (c.a.), collegamenti (acciaio), collegamenti tra elementi strutturali diversi, consistenza degli elementi non strutturali collaboranti, materiali, proprietà meccaniche dei materiali.”

La caratterizzazione dei materiali e della struttura dei fabbricati è quindi necessaria per procedere alla verifica degli edifici e all’eventuale progetto di adeguamento.

Meno dettagliata è la diagnosi, più penalizzanti sono i coefficienti di sicurezza da applicare e quindi le rispettive verifiche. Cioè una campagna di analisi finalizzata all’ottenimento di un livello di conoscenza LC1 (livello minimo di conoscenza) sarà meno dispendiosa in fase preliminare ma in fase di progetto obbligherà ad usare coefficienti di sicurezza più restrittivi e quindi gli eventuali interventi di ripristino saranno più onerosi.

A titolo esemplificativo, in questa relazione si descrivono le prove eseguite in sito ed in laboratorio al fine di caratterizzare in maniera completa i setti murari di un edifico scolastico ubicato nella provincia di Treviso.

Sulle pareti portanti del fabbricato sono state eseguite prove con un martinetto piatto singolo e con due martinetti piatti. Sono stati inoltre misurati in laboratorio il modulo elastico mediante ultrasuoni e la resistenza meccanica per compressione diagonale su campioni di muratura prelevati dalla struttura.

Nei paragrafi che seguono si commentano le modalità di prova ed i risultati ottenuti.

MATERIALI

La muratura è costituita dall’assemblaggio di due componenti base: mattone o pietra e letti di malta. Si tratta, pertanto, di un materiale composito. Oltre ad altre conseguenze dovute proprio alla sua disomogeneità, alle quali non si farà riferimento in questa relazione, la eterogeneità del materiale impone che le prove necessarie alla caratterizzazione della struttura debbano essere eseguite su un campione di dimensioni piuttosto grandi.

La difficoltà di prelevare, trasportare ed analizzare un campione di dimensioni notevoli (Fig. 1) fa sì che, dove possibile, le prove siano eseguite in sito piuttosto che in laboratorio.

Fig. 1 - Preparazione del provino di muratura per il trasporto in laboratorio.

INDAGINI ESEGUITE IN SITO

Sulla muratura portante centrale del fabbricato, che divide le aule dal corridoio, è stata eseguita una verifica dello stato tensionale attuale, mediante una prova con un martinetto piatto. La prova consiste nell’esecuzione di un taglio orizzontale sulla muratura, nel nostro caso lungo il letto di malta, all’interno del quale viene inserito un martinetto piatto. A cavallo di questo taglio vengono fissati tre comparatori, a debite distanze, che rilevano l’abbassamento della muratura in seguito al taglio. Successivamente il martinetto viene portato in pressione fino a ripristinare la distanza iniziale fra i due lembi del taglio. Una volta ripristinate le condizioni iniziali, la pressione letta sul manometro (p), opportunamente corretta (con i coefficienti Ka e Km) rappresenta la tensione di esercizio della muratura in quel punto.

Ka= area martinetto/area taglio
Km= 0.96, costante fornita dal produttore del martinetto, in funzione della geometria del martinetto

Nella stessa posizione in cui è stata eseguita la verifica con un martinetto si è poi proceduto ad eseguire la prova con doppio martinetto. Questo tipo di indagine consiste nel portare a rottura la porzione di muratura compresa fra i due martinetti, ottenendo così indicazioni sul valore della resistenza a compressione ultima e sul modulo elastico. L’indagine con il doppio martinetto è eseguita facendo un secondo taglio, parallelo al primo circa 50 cm sopra questo, all’interno del quale è stato posizionato il secondo martinetto.

Entrambi i martinetti sono messi in pressione in modo tale da provocare uno stato di tensione monoassiale sulla porzione di muratura compresa fra i due martinetti: così facendo si esegue una prova in condizioni simili a quelli di un test uniassiale convenzionale. In questa prova i comparatori per la misura degli spostamenti vengono posizionati fra i due tagli e permettono di monitorare gli spostamenti al crescere del carico applicato.
La prova è proseguita fino al raggiungimento della pressione corrispondente ad un appiattimento del diagramma sforzi-deformazioni, indice della rottura del setto (Fig. 2).

Fig. 2 - Deformazione (e) in funzione della tensione di compressione.

Nelle Tabelle 1 e 2 sono riportati in dettaglio i risultati delle due prove eseguite in accordo all’ ASTM C 1196 – 92 e ASTM C 1197 – 92.

INDAGINI ESEGUITE IN LABORATORIO

In laboratorio sono state eseguite le prove relative alla misura della velocità di propagazione degli ultrasuoni e della compressione diagonale.

La misura della velocità di propagazione delle onde ultrasoniche sui campioni di muratura prelevati non era prevista nel programma di indagini proposto. Tuttavia, si è deciso di procedere a questo tipo di misura (Fig. 3) per conoscere, prima delle altre prove in sito sulla muratura, alcuni parametri essenziali per stabilire le modalità di carico (passi e velocità di applicazione del carico) sia delle prove in situ con i martinetti che delle prova di compressione diagonale in laboratorio.

Fig. 3 - Misura della velocità di propagazione degli ultrasuoni.

La velocità con cui le onde ultrasoniche si trasmettono nella muratura, infatti, è funzione della rigidezza del mezzo, cioè del suo modulo elastico. Nell’interpretazione dei risultati va considerato che un valore particolarmente basso della velocità di propagazione degli ultrasuoni potrebbe essere indice di difetti nel campione analizzato in forma di fessure o macrovuoti.

Il modulo elastico dinamico (E_d), è stato calcolato attraverso l’equazione [1] misurando la velocità di propagazione delle onde (V), la massa volumica (r) del campione ed il coefficiente di Poisson (n):

La prova di compressione diagonale (Fig. 4) è interessante in quanto consente la determinazione della resistenza a taglio in laboratorio di una porzione rappresentativa di muratura, che contenga quindi un certo numero di giunti orizzontali e verticali.

Fig. 4 - Prova di compressione diagonale.

La prova è eseguita in accordo alla norma americana ASTM E519-81. Il campione murario da sottoporre a prova deve essere approssimativamente quadrato. Le raccomandazioni LUM B.6 specificano che il campione dovrebbe contenere almeno quattro file di mattoni. Maggiori sono le dimensioni del campione più impegnativo risulta l’estrazione e il trasporto del campione senza arrecare danni al campione da analizzare.

E’ importante che il contenuto di umidità durante la prova in laboratorio sia il più prossimo possibile alle condizioni reali della struttura. Durante la prova vengono misurati gli allungamenti lungo le diagonali del pannello. Il campione viene inserito sotto la pressa in diagonale in modo che il giunto di malta sia inclinato di 45° rispetto alla direzione del carico. Il campione, di dimensioni 45 cm x 45 cm, è stato posizionato verticalmente con l’aiuto di filo a piombo. Sugli spigoli di questo campione, a contatto con i piatti della pressa, sono state interposte delle selle in acciaio in modo tale da limitare i picchi di tensione nelle zone di carico. Il provino è stato quindi caricato e portato a rottura. Durante la prova sono stati misurati gli allungamenti lungo la diagonale del pannello.

La resistenza a trazione Sp viene calcolata con l’equazione [2]:

dove P è il carico impresso ed A_n è il prodotto dt con d e t che indicano rispettivamente la diagonale e lo spessore del campione murario. Il valore di S_p è pari alla resistenza a trazione della muratura lungo la diagonale, e può essere utilizzato come stima della resistenza al taglio della muratura della prova.
Nella Fig. 5 sono diagrammati i risultati e la stima della resistenza a taglio del paramento murario.

Fig. 5 - Spostamento del campione murario in funzione dal carico applicato.

CONCLUSIONI

Le prove in situ con i martinetti piatti e quele eseguite in laboratorio per la determinazione della velocità delle onde ultrasoniche e della compressione in diagonale consentono di carterizzare il comportamento meccanico delle murature in matoni. Con qualche cautela queste prove possono essere estese anche alle murature in pietra.