Elementi strutturali negli edifici in muratura

Salvatore Sbacchis

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DESCRIZIONE

Il palazzo, il baglio, la torre saracena, il casolare, il mulino, la masseria, sono solo alcuni dei tipi di costruzioni in muratura che rappresentano uno spaccato, unico, di un modo di vivere e di costruire caduto in disuso subito dopo l'avvento nel dopoguerra del cemento armato.
Attraversando le splendide campagne e i bei paesini dell'entroterra siciliano non possiamo fare a meno di ammirarne le superbe costruzioni tipiche mediterranee in muratura che ne costeggiano le stradine e che perfettamente si inseriscono in un susseguirsi di paesaggi immersi nella natura.
I tempi rapidi, le forme inconsuete, le sezioni esili del cemento armato hanno reso superata la "pietra" facendo dimenticare del tutto il suo fascino "naturalistico", relegandolo a un materiale d'altri tempi.
L'urbanistica e la sua attenzione particolare verso i centri storici sta riaccendendo l'interesse verso le costruzioni in muratura. Legati alla muratura, dal punto di vista dell'archeologia industriale, erano il mondo delle cave di pietra, degli scalpellini, dei decoratori, falegnami, marmisti, produttori di ceramiche e opere in cotto. Un modo di costruire questo, in definitiva, oggi del tutto o quasi scomparso e sicuramente è scomparso nei grossi centri, nelle città, soprattutto dove il cemento armato e l'acciaio ne hanno ormai preso prepotentemente il posto.
Recuperare questo modo di costruire è ormai pressoché impossibile per via della scomparsa di maestranze specializzate, delle cave che fornivano le materie prime, e anche per i regolamenti e le norme legate all'elemento muratura che scoraggiano gli investimenti verso l'uso del "mattone" e che incoraggiano invece quei materiali più "rapidi e redditizzi" quali il calcestruzzo e l'acciaio.

Il modellare la muratura è stato, è, e sarà un lavoro di pazienza, di tempi lunghi.
I grandi archi del periodo Romano, le grandi costruzioni del Gotico, gli scaloni del Barocco, gli architravi, le capriate, i solai a cassettone, non venivano risolti, come spesso la tecnica moderna consiglia, con un semplice e brutale getto di cemento armato.
Rivedere questo modo di costruire, il come funzionava, permetterà di riappropriarsi dell'architettura "romantica" dei conventi e delle basiliche, dell'architettura pre-industriale.
Questo paziente lavoro, è un omaggio a un'arte del costruire, quello della muratura; un contributo dedicato a quanti trovandosi di fronte a un manufatto in muratura vogliono penetrarne il complesso meccanismo "statico" e apprezzarne le arditezze costruttive.
Nel passato, infatti, sia per la costruzione che per il restauro degli edifici in muratura, gli aspetti statici erano se non del tutto, in gran parte ignorati, a vantaggio di una "maniera" di costruire basata più sull'esperienza che dal frutto di una attenta e scrupolosa analisi del comportamento "scientifico" della struttura.

Il progettista moderno, così come il restauratore di monumenti è venuto così a trovarsi privo di tutta una letteratura a riguardo con le ovvie difficoltà di chi dovrà reinventarsi il meccanismo statico.
Di recente, con l'interesse crescente verso il recupero dei centri storici, si assiste a un interesse altrettanto crescente verso lo studio scientifico del comportamento statico degli elementi strutturali degli edifici in muratura. È auspicabile, allora, che la muratura riacquisti in futuro una sua più giusta e decorosa collocazione fra i già più affermati e moderni materiali da costruzione.
Il presente testo, tramite anche numerose applicazioni, percorre i temi legati alla muratura evidenziandone soprattutto i problemi del calcolo e la verifica degli elementi strutturali propri dell'organismo strutturale in muratura.

Il CD-ROM allegato, utilizzabile in ambiente Microsoft Windows® e Macintosh®, consente l'installazione dei più significativi esempi applicativi relativi al calcolo e alla verifica delle strutture in muratura riportati nel volume. I files degli esempi applicativi, completi delle indicazioni di calcolo, guidano l'utente all'inserimento dei propri dati input per generare un'applicazione personalizzata. L'utilizzo degli esempi applicativi richiede la pre-installazione di Acrobat Reader® e Microsoft Excel® a cura dell'utente.

Indice

SOMMARIO

PREFAZIONE

PARTE PRIMA: LA MURATURA


1. L’edificio in muratura
1.1. L’elemento muratura
1.2. Il materiale muratura
1.3. Il modello strutturale
1.4. Gli edifici in muratura
1.5. I codici di calcolo

2. Elementi strutturali degli edifici in muratura

2.1. Generalità
2.2. Le componenti strutturali
2.3. Le coperture: la capriata Palladio
2.4. Il solaio di interpiano
2.5. I muri di controvento

3. Caratteristiche costruttive delle murature

3.1. La malta
3.2. La muratura portante
3.3. Lo spessore delle murature
3.4. L’altezza degli edifici in muratura
3.5. La limitazione dell’altezza in funzione della larghezza stradale
3.6. Requisiti degli orizzontamenti

4. Caratteristiche meccaniche della muratura
4.1. La resistenza caratteristica delle murature
4.2. La tensione normale di riferimento dei maschi murari
4.3. La resistenza caratteristica tangenziale dei maschi murari

5. Instabilità laterale dei muri
5.1. La snellezza dei muri
5.2. La snellezza della muratura: il carico di punta
5.3. La verifica dei corpi snelli

6. Sforzo normale eccentrico. La post-trazione


7.Caratteristica meccanica del setto murario (TURNSEK-CACOVIC)


ESEMPI APPLICATIVI ALLA PARTE PRIMA

n applicazione n. 1
Definire i valori caratteristici di resistenza di una muratura formata da blocchi di argilla espansa legati da muratura tipo M3.

n applicazione n. 2
Si determini per la muratura dell’applicazione precedente anche la resistenza caratteristica a taglio.

n applicazione n. 3
Definire il valore di resistenza di una muratura in laterizio (mattoni semipieni).

n applicazione n. 4
Eseguire la verifica semplificata dell’edificio di seguito illustrato.

n applicazione n. 5
Per recintare un cortile interno si deve realizzare un muro di cinta in cotto e malta comune alto 2,5 m. La spinta esercitata dal vento è di 60 Kg/m2. Determinare la sezione del muro.

PARTE SECONDA: ELEMENTI STRUTTURALI DISTRIBUTIVI NEGLI EDIFICI IN MURATURA


8. Architrave
8.1. Il prisma murario
8.2. Il carico del solaio
8.3. Il carico concentrato
8.4. Il peso proprio dell’architrave
8.5. L’appoggio degli architravi
8.6. Verifica di stabilità degli appoggi. La zona tesa

9. Sistemi a spinta eliminata. I tiranti

9.1. Generalità
9.2. Statica degli archi
9.3. I tiranti nelle strutture spingenti
9.4. Il pretensionamento delle catene
9.5. Tiranti estradossali
9.6. Rinfianchi cellulari e solette armate
9.7. Messa in opera dei tiranti a caldo
9.8. Tiraggio della catena con l’uso di manicotto filettato
9.9. Messa in operea dei tiranti a freddo
9.10. I tiranti per muri perimetrali

10. I cordoli
10.1. Generalità
10.2. Calcolo e dimensionamento delle armature del cordolo

11. Gli sporti dei cornicioni

12. Le piattabande

13. Balconi in pietra

14. Le puntellazioni

14.1. Generalità
14.2. Caratteristiche ottimali di accettazione dei puntelli
14.3. Azione localizzata dei puntelli
14.4. Vincolo al piede del puntello
14.5. Vincolo in testa del puntello
14.6. Variazioni termiche e igrometriche
14.7. Il ritiro nei puntelli di cemento armato
14.8. Verifiche statiche

15. La centina a sbalzo

16. Scheda dei dissesti delle strutture murarie

17. Aspetti normativi

17.1. Elenco delle norme nazionali
17.2. La normativa vigente
17.3. La normativa nazionale

ESEMPI APPLICATIVI ALLA PARTE SECONDA


n applicazione n. 6
Determinare la superficie d’appoggio che deve avere un’architrave in ferro a doppio T che esercita sulla muratura d’appoggio in tufo un carico di 6.000 Kg. Lo stato di pressione sulla muratura, vista l’elevata rigidezza, si consideri costante e si assuma per la muratura in tufo una tensione ammissibile di 5 Kg/cm2. La muratura ha uno spessore di 50 cm.

n applicazione n. 7
Ad un cuscino in pietra sono assegnate le dimensioni di 50 ¥ 30 ¥ 40 cm. Verificare la superficie di contatto tra il blocco di pietra naturale che forma il cuscino e la sottostante muratura di tufo. Il peso sull’appoggio è di 6 t.

n applicazione n. 8
Per il sostegno di una muratura sovrastante un vano si intende realizzare un’architrave composto da tre profilati in acciaio tipo IPE 200. Le travi scaricano sull’appoggio un carico complessivo di 12.000 Kg. Si suppone che la muratura di appoggio sia realizzata in blocchi di tufo con una tensione massima di sicurezza di 5 Kg/cm2. Lo spessore della muratura è di 50 cm. Verificare la superficie di appoggio dell’architrave.

n applicazione n. 9
In occasione della ristrutturazione di un edificio bisogna aprire un varco per un vano porta di luce (l) di ml 2,20. La muratura ha uno spessore (s) di ml 0,38; il peso specifico (gm) della muratura è di 1.800 Kg/m3; a quota +1,60m dall’architrave è presente un solaio. Progettare un architrave formato da due profilati IPE. Si assuma per l’acciaio una tensione ammissibile di 1.600 Kg/cm2.

n applicazione n. 10
Si voglia determinare la dimensione da assegnare ad un’architrave da realizzare in calcestruzzo armato. I dati di carico sono quelli del progetto dell’architrave formato da profilati d’acciaio IPE200 dell’applicazione precedente.

n applicazione n. 11
Determinare la perdita di tensione da assegnare alla catena d’acciaio con le caratteristiche sotto riportate.

n applicazione n. 12
Si vuole fare assorbire al tirante una Spinta pari a 5.000 Kg e come tensione massima di riferimento si assuma quella calcolata in precedenza pari a 1.970 Kg/cm2. Determinare quali dimensioni assegnare al tirante ed alla piastra di ancoraggio.

n applicazione n. 13
Verificare il tirante rappresentato nella figura seguente.

n applicazione n. 14
Per eliminare la spinta orizzontale di 3.500 Kg trasmessa sui piedritti da un arco in muratura si vuole mettere in opera una catena di ferro, vincolata agli estremi a due piastre di ghisa, e messa in tensione da una madrevite: calcolare il diametro della catena, supponendo che nella località possano verificarsi sbalzi di temperatura di 20 °C.

n applicazione n. 15
Calcolare il diametro da assegnare di un tirante in acciaio che deve assorbire una spinta di 8.000 Kg trasmessa da una volta con luce di 6 metri. Determinare inoltre lo sforzo che si manifesta nel tirante per effetto di una variazione di temperatura pari a -30 °C e successivamente verificare la sezione alla nuova situazione.

n applicazione n. 16
Un tirante dimensionato per assorbire uno sforzo di 300 Kg è realizzato con due barre tonde unite tra di loro da un bullone. Le dimensioni del collegamento sono quelle riportate in figura. Verificare il collegamento.

n applicazione n. 17
Per la realizzazione di un tirante in acciaio sottoposto a uno sforzo di trazione di 2.400 kg si devono usare due barre di acciaio di 3 mm di spessore. Le barre dovranno essere unite per sovrapposizione con bulloni del diametro di 12 mm. Il sistema de verificare è quello rappresentato in figura.

n applicazione n. 18
In un edificio in muratura portante il piano terreno è attraversato da archi in muratura a tutto sesto. Questo implica l’eliminazione della spinta esercitata sui muri maestri esterni al piano terra che dovrà essere assorbita dai tiranti. Determinare il valore della spinta in eccesso non assorbita dalla muratura che dovrà essere fatta assorbire ai tiranti.

n applicazione n. 19
Verificare il collegamento tra puntone e catena in legno in una capriata Palladio. La catena in legno ha le dimensioni di 10 cm ¥ 10 cm, e la resistenza del legno a scorrimento è di 10 Kg/cm2.

n applicazione n. 20
La catena della capriata riportata in figura deve sostenere una trazione di 15.000 Kg. Per eliminare tale spinta sul muro si vuole dotare la capriata di una catena metallica. Verranno adottati due profilati a L accoppiati di dorso tenuti assieme da un bullone d’acciaio del diametro di 10 mm. Determinare la sezione dei profilati da impiegare, sapendo che verrà usato acciaio tipo Fe 360 con una samm di 1.600 Kg/cm2.

n applicazione n. 21
Determinare la sezione e l’armatura necessaria per la realizzazione di un cordolo di coronamento di un torrino di scala a sezione quadrata di 3.00 m di lato. Si progetti per una forza sismica orizzontale valutata in 20.000 Kg. Lo spessore della muratura è di 60 cm. Determinare la sezione dei barrotti di distribuzione del cordolo e della capriata in legno.

n applicazione n. 22
Uno sporto di un cornicione è costituito da muratura in conci di tufo sagomata ed è sorretta da uno sbalzo in cemento armato. Determinare lo spessore e l’armatura necessaria per lo sbalzo del cornicione.

n applicazione n. 23
Determinare le dimensioni da assegnare alla piattabanda in cemento armato per porte e finestre di un fabbricato in muratura le cui dimensioni di massima sono quelle riportate in figura. Per motivi costruttivi la piattabanda deve avere uno spessore di 18 cm.

n applicazione n. 24
Verificare il balcone in pietra rappresentato in figura con le caratteristiche di seguito elencate.

PARTE TERZA: TABELLE DEI VALORI SIGNIFICATIVI

GUIDA ALL’INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE

Introduzione al CD-ROM allegato
Requisiti hardware e software per l’installazione
Procedura per la richiesta della “password utente”
Procedura di installazione per gli utenti MS Windows
Procedura di installazione per gli utenti Macintosh
Procedura per la registrazione del software
Utilizzo del software in ambiente MS Windows
Utilizzo del software in ambiente Macintosh

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