I dissesti strutturali delle opere in c.a.: i cedimenti fondazionali

*Tratto dal Capitolo 6 del libro di Luigi Coppola e Alessandra Buoso, edito da ULRICO HOEPLI, dal titolo “IL RESTAURO DELL’ARCHITETTURA MODERNA IN CEMENTO ARMATO - Alterazione e dissesto delle strutture in c.a. - Diagnostica – Interventi di manutenzione e adeguamento antisismico - Materiali, tecniche e cantieristica”. La numerazione delle figure è stata mantenuta la stessa del libro.

L'importanza della comprensione dei fenomeni di dissesto delle strutture in c.a.

Le opere in calcestruzzo armato possono essere interessate non solo dalle forme di alterazione e di degrado) di tipo fisico-chimico causato da agenti aggressivi esterni (anidride carbonica, cloruri, solfati, etc.) o determinate da errori commessi durante l'esecuzione dell'opera (macchie, bolle superficiali, perdite di boiacca, etc.), ma anche da fenomeni di dissesto strutturale – generati dall'azione dei carichi verticali e da quelli orizzontali (di natura sismica) o dalle coazioni promosse dal ritiro idraulico impedito – che si manifestano generalmente in forma di quadri fessurativi, di deformazioni più o meno pronunciate degli elementi costruttivi sia strutturali che non portanti, di schiacciamento del calcestruzzo e di svergolamento delle barre di armatura e, nei casi più gravi, di crollo sia delle strutture portanti che di quelle accessorie.

La comprensione delle cause e dell'evoluzione di questi fenomeni rappresenta un compito difficile, spesso controverso e arduo, che richiede una notevole sensibilità e una profonda esperienza, ma che si rende necessaria per una corretta definizione di un intervento di ripristino. Intervento che, oltre ad eliminare le patologie riscontrate, deve porsi come obiettivo anche quello di sanare le carenze insite negli elementi strutturali e accessori al fine di migliorarne sia la risposta locale che complessiva nei confronti delle azioni statiche e dinamiche agenti.

Sebbene le forme di dissesto strutturale possano essere molteplici e, per certi versi, "infinite", le situazioni che possono determinare la comparsa di dissesti di tipo strutturale possono essere ascritte a (Fig. 6.1):

• cedimenti di fondazione
• carenze statiche e/o costruttive nei confronti delle sollecitazioni flettenti, taglianti e di compressione assiale (vedi anche solai)
• scadente risposta all'azione sismica e conseguenti danneggiamenti sia alle strutture portanti che agli elementi secondari (ad esempio, tamponamenti e tramezzi).

Inoltre, le fessurazioni negli elementi in c.a. possono essere ricondotte alle coazioni che insorgono per effetto del ritiro idraulico della matrice cementizia impedito dalla presenza dei vincoli interni ed esterni all'elemento strutturale interessato dalla contrazione di volume. 

 Fig. 6.1 – Le principali cause di dissesto strutturale e gli elementi portanti e accessori coinvolti.

Cedimenti di fondazione

I cedimenti delle fondazioni superficiali sono determinati da spostamenti verticali del piano di posa e rappresentano il risultato delle deformazioni verticali del terreno sottostante.

Tali deformazioni sono la conseguenza di un’alterazione dello stato tensionale all'interno del terreno, che in generale può essere prodotta dal carico trasmesso dalla fondazione stessa o da altre fondazioni vicine, da scavi effettuati in prossimità dell'edificio o anche da una variazione delle pressioni interstiziali causata, per esempio, da un abbassamento del livello di falda.

Un particolare tipo di cedimento di fondazione è quello differenziale che si verifica nelle strutture con fondazioni a plinti isolati, soprattutto se prive di travi-cordolo di collegamento.

In quali casi può generarsi un cedimento

Questa situazione può presentarsi nei vecchi fabbricati – allorquando non era obbligatorio il collegamento delle fondazioni mediante cordoli – costruiti commettendo un banale errore di progettazione che consiste nel dimensionare le strutture di fondazione verificando il plinto maggiormente sollecitato e adottando per gli altri plinti la stessa geometria di quello sul quale grava la massima forza assiale.

Operando in questo modo, la fondazione più sollecitata subisce un cedimento maggiore rispetto agli altri plinti (Fig. 6.2), determinando la comparsa di fessure sulle travi che convergono sul pilastro interessato dal cedimento maggiore (Fig. 6.2). 

Fig. 6.2 – Cedimento differenziale di un plinto di fondazione (le tre strutture di fondazione hanno tutte la stessa geometria).

Lo schema statico delle travi può essere assimilato con il vincolo di incastro (dove la trave converge verso il pilastro con il minor cedimento verticale) e di "pattino" dove la trave è collegata al pilastro soggetto alla maggiore traslazione verticale (Fig. 6.3). 

Fig. 6.3 – Schema statico della trave collegata al pilastro 2 che subisce il cedimento differenziale δ.

Per effetto della traslazione verticale del pattino, la trave sarà soggetta a due momenti flettenti aggiuntivi che tendono le fibre superiori all'incastro con il pilastro che cede meno (il N°1 e 3 in Fig. 6.2) e quelle inferiori nella porzione di trave che converge verso il pilastro soggetto al maggior cedimento (il N°2 in Fig. 6.2). Ne consegue che, per effetto dello sforzo di trazione indotto da questi momenti flettenti aggiuntivi, la trave può presentare delle lesioni.

Tuttavia, la fessura ha maggiore probabilità di manifestarsi proprio all'intradosso nella sezione che converge verso il pilastro soggetto al maggior cedimento, ove vi è una minore percentuale di armatura (generalmente solo i "reggi staffe") essendo la trave soggetta, in quella zona per effetto dei carichi verticali, a compressione.

Meno probabile è la comparsa della lesione all'estradosso della sezione che converge verso il pilastro soggetto al minor cedimento, in quanto più robusta è la percentuale di armatura presente per assorbire la caratteristica flettente dovuta ai carichi verticali. 

Le fessure di tipo flessionale, inoltre, possono essere accompagnate anche da lesioni di tipo tagliante (Fig. 6.4) localizzate in prevalenza verso l'appoggio che subisce il maggior cedimento avvicinandosi al quale le stesse si inclinano a 45°; queste soluzioni di continuità, per contro, rivestono un'importanza molto minore all'incastro con il pilastro che rimane in posto (che subisce, cioè, il minor cedimento verticale).

Fig. 6.4 – Formazione di lesioni sulle travi a seguito degli effetti taglianti e flettenti prodotti da un cedimento di traslazione verticale e soluzioni di continuità sui tamponamenti.

Fig. 6.5 – Particolare (prima campata sulla sinistra) della trave del primo orizzontamento della Fig. 6.4

Il cedimento differenziale, oltre a generare la comparsa di lesioni sulle travi, può provocare fenomeni di schiacciamento del calcestruzzo dei pilastri, con la formazione di fessurazioni sia in testa che alla base del pilastro, fino ad arrivare, per cedimenti elevati, allo svergolamento dei ferri e all'espulsione del copriferro.

Questo fenomeno si dovrebbe manifestare maggiormente in prossimità del piede del pilastro, a causa del maggiore sforzo di compressione dovuto al peso proprio dell'elemento. In realtà, l'effetto di schiacciamento è più accentuato in testa al pilastro, poiché, durante il getto, le staffe, se non fissate correttamente alle barre longitudinali, tendono a scorrere verso il basso, riducendo l'effetto di confinamento sul calcestruzzo. 

Il cedimento differenziale delle fondazioni causa danni anche ai tamponamenti, generando lesioni inclinate a 45° verso il pilastro soggetto al maggior cedimento, in direzione perpendicolare allo sforzo di trazione subito dalla diagonale del tamponamento sottoposta al maggior allungamento, tendendo a inclinarsi verso la zona che sta cedendo. Tali lesioni sono maggiormente accentuate ai piani inferiori e vanno via via diminuendo verso i piani superiori (Fig. 6.4 e 6.5). Se l’edificio possiede fondazioni superficiali impostate su terreni argillosi può subire cedimenti per traslazione orizzontale. 

Molto più ricorrenti sono, inoltre, i cedimenti inclinati dei fabbricati per effetto principalmente di moti franosi che inducono nelle fondazioni sia traslazioni verticali che orizzontali. Generalmente, sul fabbricato si manifestano dapprima gli effetti del cedimento verticale (ty) con la comparsa delle lesioni tipiche di questa traslazione di cui si è discusso in precedenza. Successivamente, interviene la traslazione orizzontale (tx) e la struttura evidenzia la fessurazione tipica riportata nella Fig. 6.6.

Fig. 6.6 – Fessure nelle travi di un edificio in c.a. per effetto di un cedimento.

Tratto dal libro di Luigi Coppola e Alessandra Buoso, edito da ULRICO HOEPLI, dal titolo “IL RESTAURO DELL’ARCHITETTURA MODERNA IN CEMENTO ARMATO - Alterazione e dissesto delle strutture in c.a. - Diagnostica – Interventi di manutenzione e adeguamento antisismico - Materiali, tecniche e cantieristica”.

Si ringrazia HOEPLI per la gentile concessione.

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