Valutazione della resistenza a compressione delle murature tramite prove su carote

La stima delle proprietà meccaniche negli edifici esistenti in muratura

La valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici esistenti in muratura è un tema estremamente attuale per tutti quei Paesi in cui questa tipologia costruttiva, particolarmente vulnerabile in caso di sisma, risulta prevalente nel patrimonio edilizio.

La situazione è particolarmente critica quando si ha a che fare con vecchie costruzioni in muratura o con edifici storici, realizzati senza un'adeguata progettazione nei confronti delle azioni sismiche, frequentemente soggetti a danneggiamenti e degrado nel corso dei decenni e, quindi, particolarmente vulnerabili alle azioni orizzontali.

Nell’ambito delle procedure di valutazione della vulnerabilità previste dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018) e dalla Circolare applicativa, il percorso della conoscenza rappresenta uno degli aspetti più importanti, all’interno del quale si colloca, tra gli altri aspetti, anche quello relativo alla stima delle proprietà meccaniche dei materiali.

Sono oggi disponibili diverse tecniche sperimentali per determinare i parametri meccanici che governano il comportamento degli elementi in muratura.

In base al loro grado di invasività, si possono suddividere sostanzialmente in tecniche non distruttive, debolmente distruttive e distruttive [1].

Se, da un lato, le prove distruttive, eseguite su pannelli di muratura in scala reale, possono essere più rappresentative del comportamento globale degli elementi strutturali, tuttavia sono spesso irrealizzabili nella pratica ingegneristica a causa della loro invasività e dell'impegno economico richiesto.

Le prove debolmente distruttive, d’altro canto, nonostante forniscano informazioni più localizzate e, talvolta, caratterizzate da risultati piuttosto dispersi, hanno l’enorme vantaggio di essere di facile esecuzione e di provocare un danno limitato alla struttura.

Metodi per la valutazione della resistenza a compressione delle murature di edifici esistenti

Tra i metodi debolmente distruttivi da potersi applicare su edifici esistenti per la valutazione del comportamento a compressione della muratura in laterizio si cita, innanzitutto, la prova con martinetti piatti doppi (ASTM C1197-14) che permette di determinare il legame tensione-deformazione della muratura oggetto di indagine, dal quale si possono ricavare il modulo elastico e il coefficiente di Poisson.

Nel caso in cui si riesca a raggiungere la rottura della porzione di muratura tra i due martinetti, si determina anche la resistenza a compressione assiale della stessa.

Una delle problematiche legate all’esecuzione di tale prova, tuttavia, è rappresentata dal fatto che, in assenza di un adeguato contrasto offerto alla pressione del martinetto dalla muratura sovrastante la zona di prova, talvolta non è possibile ottenere la completa rottura della porzione di muratura compresa tra i martinetti. In questo caso, non si arriva, quindi, alla stima della resistenza a compressione.

La prova con martinetti piatti doppi

La prova con martinetti piatti doppi è svolta in accordo con lo Standard ASTM C1197-14 su una porzione di muratura costituita da almeno 5 corsi di mattoni. La procedura di prova prevede l’esecuzione di due tagli orizzontali, in corrispondenza di due giunti di malta, all’interno dei quali vanno alloggiati i martinetti piatti.

Occorre, inoltre, installare almeno tre basi di misura per la valutazione delle deformazioni in direzione verticale (Figura 1). Nel caso si voglia stimare anche il coefficiente di Poisson, è necessario installare basi di misura anche nella direzione ortogonale allo sforzo di compressione applicato. In entrambi i martinetti è quindi esercitata una ugual pressione data dal loro collegamento in serie con una pompa idraulica, secondo la procedura di carico indicata dallo standard di prova.

La prova può proseguire fino alla rottura della porzione di muratura tra i martinetti o può essere interrotta in corrispondenza di un evidente decremento della rigidezza, al fine di non danneggiare la porzione indagata.

La resistenza a compressione delle murature in laterizio può anche essere determinata a partire dalla resistenza dei suoi componenti, prelevando in sito alcuni mattoni e alcune porzioni di giunti di malta.

Dai mattoni è possibile ricavare provini in laterizio da sottoporre a prova di compressione (UNI EN 772-1), mentre i campioni di malta vengono sottoposti a prova di doppio punzonamento [2].

La resistenza a compressione della muratura può essere stimata attraverso la formulazione analitica proposta nell’Eurocodice 6 (EN 1996-1-1, Part 1.1):

f_m=K x f_b^α x  f_j^β

dove f_b è la resistenza normalizzata dei laterizi, f_j è la resistenza a compressione della malta e K, α e β sono coefficienti di correlazione definiti nell’Eurocodice 6 a seconda della tipologia muraria analizzata.

Tuttavia, è stato osservato in alcune ricerche [3] che la formulazione sopra riportata tende a sovrastimare la resistenza a compressione per murature in laterizio, costituite da mattoni pieni e malta di calce, caratterizzate da resistenze inferiori ai 10 MPa.

La prova di compressione su carote in muratura

Al fine di ovviare alle criticità evidenziate, è possibile eseguire una prova alternativa alle metodologie sopra descritte, ovvero la prova di compressione su carote in muratura.

Tale metodologia, per la quale non esiste attualmente uno standard normativo, consiste nell’estrarre carote in muratura dalle pareti portanti dell'edificio in esame da sottoporre, poi, a prova di compressione monoassiale.

Prima dell’esecuzione della prova, occorre realizzare due getti di malta ad alta resistenza, superiormente ed inferiormente, come mostrato in Figura 2.

Tali getti hanno il duplice scopo di riprodurre il confinamento che la muratura circostante esercitava in sito sulla carota stessa e di regolarizzare la superficie ai fini dell’applicazione del carico di compressione. Eseguendo la prova di compressione in controllo di spostamento ed installando opportuni strumenti sulle superfici della carota, è possibile arrivare ad ottenere il diagramma tensione-deformazione, per la valutazione delle proprietà elastiche, nonché la resistenza a compressione del campione.

Non essendo la prova di compressione su carote una tecnica di prova standardizzata, le dimensioni dei campioni possono variare, sia per quanto riguarda il diametro che la lunghezza della carota (es. carote ad una testa o carote a due teste). Inoltre, in relazione alle dimensioni, anche le tessiture considerate possono essere molteplici, ovvero includere solo giunti di malta orizzontali o anche giunti di malta verticali. Infine, ulteriore elemento di variabilità è rappresentato dai getti di malta ad alta resistenza, che possono essere realizzati con diversi materiali ed avere geometrie specifiche.

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