Statica e consolidamento degli edifici storici

Filippo Cucco

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DESCRIZIONE

Prima della rivoluzione industriale la moderna dicotomia struttura-forma era quasi inesistente: essendo l'una l'alter ego dell'altra; la separazione delle carriere di architetto e di ingegnere ha creato due figure dotate di diversa sensibilità e competenza. Si è creata una forbice tra l'aspetto storico critico-compositivo e quello tecnico-scientifico. Gli architetti maggiormente orientati al primo, gli ingegneri al secondo. Da tempo, di fatto, è venuta fuori una nuova dicotomia, priva, però, di qualunque fondamento, tra restauro e consolidamento strutturale: l’uno incanalato all’interno di regole comportamentali tratte dalle varie Carte messe a punto nel corso del tempo – quasi sempre, a dire il vero, disattese –; l’altro, invece, orientato ad approntare provvedimenti per far stare in piedi il tutto, spesso trascurando le interazioni materia-tempo ed i relativi effetti collaterali e, di frequente, dominato dall’uso acritico dei nuovi materiali imposti dal mercato.
Questo libro è il frutto di 7 anni di insegnamento – come docente a contratto presso la Facoltà di Architettura dell’Università di Palermo – di materie quali Statica e stabilità delle costruzioni murarie e monumentali e Consolidamento degli edifici storici.
Ci si è sforzati di riportare il consolidamento degli edifici storici all’interno della Teoria del Restauro e, nell’intento di dare alla materia dignità scientifica e completezza, di distillare da varie discipline: Tecnologia dell’Architettura, Storia dell’Architettura, Statica, Scienza delle Costruzioni, Geotecnica etc. tutti quei concetti che possono contribuire a formare la spina dorsale della materia.
Il testo, dopo una breve nota introduttiva sull’evoluzione storica dei sistemi costruttivi, passa allo studio delle caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali e richiama, nella forma più discorsiva possibile, quei concetti di Statica dei corpi rigidi e di Scienza delle Costruzioni che si ritengono propedeutici ad una migliore comprensione dei fenomeni. Dopo lo studio dei sistemi costruttivi elementari (menhir, dolmen, archi, volte, pareti murarie), viene definito un approccio metodologico atto a definire quei parametri fondamentali che devono sempre informare un qualunque progetto di restauro strutturale.
Ed è proprio attraverso la lente critica, che scaturisce dalla definizione di tali parametri, che nell’ultima parte, vengono affrontati i vari interventi di consolidamento.
Come strumento di analisi, per mostrare i più nascosti aspetti comportamentali delle strutture murarie, viene usata una sofisticata e modernissima tecnica di analisi strutturale quale è il Metodo degli Elementi di Contorno (MEC). Tale metodologia, attraverso una rappresentazione grafica suggestiva ed immediata, consente di dare uno sguardo indiscreto agli stati di sofferenza intima della materia e di capire visivamente come si incanala il flusso tensionale all’interno di un corpo e come esso possa essere variamente influenzato da tutta una serie di fattori quali: variazioni di rigidezza e di temperatura, presenza di soluzioni di continuità, di forature, di cedimenti vincolari etc.
Al volume è allegato un CD-ROM che contiene una presentazione multimediale ed il dimostrativo del programma Karnak.sGbem. Il demo ha tutte le funzionalità del programma completo, in esso sono state disabilitate soltanto le uscite e la possibilità di registrare su disco le strutture create.
All’interno della cartella esempi (anch’essa nel CD) sono contenute tutte le strutture che nel libro, a titolo di esempio, sono state calcolate con il MEC. Esse possono essere lette e ricalcolate ed in tal caso sarà possibile vedere a colori quelle mappature delle tensioni principali di trazione e compressione che sono, invece, in scala di grigi nel volume.

Indice
Presentazione

Prologo

1. Introduzione storica
1.1. Architettura pre-scientifica
1.2. Architettura post-scientifica
1.3. Evoluzione del concetto di restauro

2. Richiami di teoria dei vettori
2.1. Somma grafica
2.2. Somma analitica
2.3. Prodotto scalare
2.4. Tipi di vettori
2.5. Somma di cursori
2.6. Somma di vettori applicati
2.7. Proprietà dei poligoni funicolari
2.8. Il momento di una forza
2.9. La coppia
2.10. Principio di equivalenza e di riducibilità

3. Richiami di meccanica
3.1. Condizioni cinematiche e meccaniche di quiete
3.2. Il Principio dei Lavori Virtuali

4. Stabilità e resistenza
4.1. Scopo della Scienza delle Costruzioni
4.2. Un modello semplificato della materia
4.3. Leggi costitutive del materiale
4.3.1. Comportamento rigido
4.3.2. Comportamento elastico
4.3.3. Comportamento elastico lineare
4.3.4. Comportamento elastico non lineare
4.3.5. Comportamento plastico
4.3.6. Comportamento rigido perfettamente-plastico
4.4. Deformazioni plastiche nel tempo
4.5. Omogeneità e isotropia
4.6. Stato di tensione nel punto
4.7. Un esempio banale di analisi strutturale
4.8. Cerchio di Mohr
4.9. Esempio numerico
4.10. Nuove metodologie di analisi strutturale
4.10.1. Il Metodo degli Elementi Finiti
4.10.2. Il Metodo degli Elementi di Contorno
4.11. Flusso di tensioni all’interno di un corpo
4.12. La non linearità

5. Le rocce
5.1. Le rocce lapidee
5.2. Le rocce sciolte
5.3. Ciclo delle rocce
5.4. Le pietre da costruzione
5.5. Caratteristiche meccaniche delle pietre

6.  I laterizi

7.  I leganti
7.1. Calce
7.2. Gesso
7.3. Cementi
7.4. Leganti a base di scorie
7.5. Leganti a base di pozzolana
7.6. Le malte
7.7. Malte aeree
7.8. Malte pozzolaniche
7.9. Malte cementizie
7.10. Malte idrauliche
7.11. Malte bastarde
7.12. Malte pronte con additivi
7.13. Generalità sul degrado ferro-conglomerato

8. Introduzione ai sistemi costruttivi elementari
8.1. Stabilità dell’equilibrio
8.2. Attrito
8.2.1. Attrito e superficie
8.2.2 Il cono d’attrito
8.3. Coesione
8.4. Vincoli diffusi e vincoli puntiformi
8.5. Vincoli monolateri e bilateri

9. Il menhir
9.1.La tecnica della bilancia
9.2. Verifica di resistenza
9.3. Verifica di resistenza sezione generica
9.4. Verifica di resistenza sezione rettangolare
9.5. Conclusioni
9.6. Applicazione numerica

10. Il dolmen (sistema trilitico)
10.1. La mensola di pietra
10.2. La trave appoggiata isostatica
10.3. La trave appoggiata iperstatica
10.4. La trave appoggiata isostatica armata
10.5. Vantaggi dell’iperstaticità
10.6. Meccanismi di collasso per moto rigido
10.7. Il caso Segesta
10.8. Applicazione
10.8.1. Architrave integro
10.8.2. Architrave fessurato in mezzeria
18.8.3. Esempio numerico
10.9. Analisi non lineare con l’uso del MEC

11. Gli archi isolati e le volte semplici
11.1. La simmetria
11.2. L’azione benefica dello sforzo normale
11.3. Tipi di archi e volte
11.4. La curva delle pressioni
11.5. Una lunga storia
11.6. Il procedimento di E. Mèry
11.7. Il calcolo a rottura applicato agli archi isolati ed alle volte
11.8. Verifica di stabilità tramite il Principio dei Lavori Virtuali
11.9. L’analisi elastica non lineare
11.10. L’arco isolato e l’interazione arco muratura
11.11. Strategie per il contenimento della spinta
11.12. Architravi e piattabande
11.13. Le volte
11.14. Le cupole

12. Pseudo archi e pseudo volte

13. Muratura
13.1. Muratura lapidea a secco
13.2. Muratura lapidea a secco con materiale connettore
13.3. Muratura lapidea a secco lavorata
13.4. L’importanza dello sfalsamento dei giunti
13.5. Muratura con legante
13.6. Muratura in laterizio
13.7. Instabilità elastica per carico di punta
13.8. Variazione delle caratteristiche fisiche del materiale
13.9. Le autostrade della sofferenza

14. Caratteristiche dei materiali
14.1. Prova a trazione e compressione
14.2. Prova a taglio
14.3. Prova a sforzo normale nei materiali lapidei
14.4. Prove sulle murature
14.4.1. Prova a compressione
14.4.2. Prova a taglio
14.4.3. Prove soniche
14.4.4. Georadar
14.4.5. Termografia
14.4.6. Indagini endoscopiche

15. Geotecnica e fondazioni
15.1. Esame indiretto di superficie e metodi geofisici
15.2. Esame diretto
15.3. Studio delle terre
15.4. Varie forme di presenza della fase liquida
15.5. Prove sui terreni
15.6. Tensione capillare
15.7. Composizione delle argille e limiti di Attemberg
15.8. Classificazione granulometrica delle terre
15.9. Permeabilità delle terre
15.10. Angolo di attrito e coesione
15.11. Stato di tensione
15.12. Modalità di propagazione delle tensioni
15.13. Il calcolo della tensione limite
15.14. Tipo di cedimenti
15.15. Strutture di fondazione

16. La precompressione

17. Le problematiche del restauro statico
17.1. Finalità dell’analisi strutturale nell’ambito del recupero delle opere murarie
17.2. Criteri che individuano la validità di un intervento di consolidamento
17.3. Quadro fessurativo
17.3.1 Lesioni da sforzo assiale di compressione
17.3.2 Criterio di Coulomb
17.3.3 Applicazione numerica
17.3.4 Lesioni per cedimento del piano fondale

18. tecniche di consolidamento
18.1. Consolidamento del terreno di fondazione
18.1.1. Consolidamento tramite infissione di pali
18.1.2. Consolidamento tramite inserimento a forza di terre
18.1.3. Miglioramento dei terreni tramite iniezioni di materiale cementante
18.1.4. Congelamento ed elettro-osmosi
18.1.5. Uso di resine espandenti
18.2. Consolidamento delle strutture di fondazione
18.2.1. Ampliamento della base fondale
18.2.1.1. Esempio numerico
18.2.3. Sottomurazioni
18.2.4. Fondazioni su pali
18.3. Consolidamento strutture in elevazione
18.3.1 La cerchiatura 298
18.3.2. Diatoni
18.3.3. I tiranti
18.3.3.1. Applicazione numerica
18.3.4 Iniezioni
18.3.4.1. Fasi di esecuzione
18.3.5. La sostituzione muraria
18.3.6. Le perforazioni armate
18.3.7. Intonaci armati
18.4. Nastri in FRP, ovvero riparare con lo scotch®
18.4.1 Il Béton-Plaquè
18.4.2 I materiali compositi
18.4.2.1. Messa in opera
18.5.     Consolidamento di archi e volte
18.5.1. Rinfianchi
18.5.2. Frenelli
18.5.3. Cappe armate
18.5 4. Perforazioni armate
18.5.5. Rinforzo con fibre naturali
18.5.6. Catene
18.5.7. Nastri in CFRP
18.6. Consolidamento di cupole

19. AZIONI DINAMICHE
19.1. Il Terremoto
19.1.1. Aspetti normativi
19.1.2. Effetto delle azioni sismiche su una parete muraria
19.2. Le vibrazioni

20. La direttiva del p.c.m. per la riduzione del rischio sismico

21. Esempi applicativi
21.1. Verifica approssimata
21.2. Verifica con le dimensioni effettive
21.3. Verifica di resistenza a flessione
21.4. Consolidamento di un cornicione
21.4.1. Consolidamento mediante perforazioni armate
21.4.2. Consolidamento mediante barre pretese
21.4.3. Consolidamento mediante nastri in CFRP
21.4.4. Consolidamento tramite grappe
21.4.4.1. Determinazione dello sforzo nella grappa in presenza del solo peso proprio e della presollecitazione indotta dal salto termico impresso di -5°
21.4.5. Considerazioni conclusive

Guida all’installazione del cd-ron allegato
Contenuti del CD-ROM allegato
Requisiti di sistema per l’installazione
Procedura per la richiesta della “password utente”
Procedura per l’installazione del software

Bibliografia

Licenza d’uso

Scheda per la registrazione del software

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