Analisi sismica di strutture in muratura secondo le Normativa Italiana

Le attuali norme italiane per le costruzioni ( NTC 2008 e OPCM 3431) e le Linee guida

per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale (LLGG)

fanno specifico riferimento all’adeguamento sismico del patrimonio architettonico. In particolare queste ultime (LLGG) sono state redatte con l’intento di specificare un percorso di conoscenza, valutazione del livello di sicurezza nei confronti delle azioni sismiche e progetto degli eventuali interventi, concettualmente analogo a quello previsto per le costruzioni non soggette a tutela, ma opportunamente adattate alle esigenze e peculiarità del patrimonio culturale; la finalità è quella di formulare, nel modo più oggettivo possibile, il giudizio finale sulla sicurezza e sulla conservazione garantite da un eventuale intervento di miglioramento sismico. In particolare, il documento è riferito alle sole costruzioni in muratura.

Per la conservazione in condizioni di sicurezza del patrimonio culturale nei riguardi dell’azione sismica è necessario disporre di strumenti di analisi in grado di permettere le analisi di vulnerabilità e la valutazione del rischio del patrimonio culturale, nonché la progettazione degli interventi di miglioramento sismico.

Nel caso dei manufatti architettonici appartenenti al patrimonio culturale esistono però oggettive difficoltà a definire procedure di verifica dei requisiti di sicurezza analoghe a quelle applicate per gli edifici ordinari, in quanto la loro varietà tipologica e singolarità costruttiva (anche dovuta alle trasformazioni subite nel corso della storia dell’edificio e allo stato di conservazione) non consentono di indicare una strategia univoca ed affidabile di modellazione ed analisi. In queste valutazioni spesso si riscontrano incertezze in merito sia al modello di comportamento, sia ai parametri che lo definiscono. Le norme forniscono quindi solo delle linee guida generali e delegano al progettista il compito di definire un adeguato modello specifico per ogni situazione. Pur nella consapevolezza che non sempre si possono applicare ai beni culturali tutelati le prescrizioni di modellazione e verifica indicate per gli edifici ordinari, è comunque necessario calcolare i livelli delle azioni sismiche corrispondenti al raggiungimento di ciascuno stato limite previsto per la tipologia strutturale dell’edificio, nella situazione

precedente e nella situazione successiva all’eventuale intervento. A tale fine dovranno essere impiegati i modelli ritenuti più affidabili.

In questa Direttiva viene dunque proposto un percorso di conoscenza, analisi sismica e progetto degli interventi che considera: le esigenze di conservazione, la volontà di preservare il manufatto dai danni sismici, i requisiti di sicurezza in relazione alla fruizione ed alla funzione svolta.

Ribadito quindi che per i beni culturali tutelati è possibile derogare rispetto all’adeguamento, dal punto di vista operativo, una possibile procedura in applicazione ai concetti espressi è la seguente:

• valutazione dell’indice di sicurezza sismica nella situazione attuale (funzionamento accertato): in questa fase si dovrà tenere debitamente conto anche di valutazioni qualitative su situazioni di vulnerabilità riconosciute ma difficilmente

quantificabili;

• valutazione dell’indice di sicurezza sismica al quale il manufatto può essere portato con interventi compatibili con le esigenze di tutela;

L’obiettivo è evitare opere superflue, favorendo quindi il criterio del minimo intervento, ma anche evidenziare i casi in cui sia opportuno agire in modo più incisivo. La valutazione delle azioni sismiche corrispondenti al raggiungimento di determinati stati limite consente infatti, da un lato di giudicare se l’intervento progettato è realmente efficace (dal confronto tra lo stato attuale e quello di progetto), dall’altro fornisce una misura del livello di sicurezza sismica del manufatto a valle dell’intervento (in termini di vita nominale). Da questa impostazione risulta che spesso è opportuno accettare consapevolmente un livello di rischio sismico più elevato rispetto a quello delle strutture ordinarie, piuttosto che intervenire in modo contrario ai criteri di conservazione del patrimonio culturale.

Le Linee Guida attribuiscono grande importanza all’analisi storico-critica del manufatto, tesa all’identificazione del processo costruttivo e degli interventi che nel corso del tempo possono averne modificato l’assetto; fondamentale risulta anche essere il rilievo geometrico e strutturale, che deve includere l’analisi del quadro fessurativo e del danneggiamento strutturale. Viene inoltre data importanza all’identificazione delle proprietà meccaniche dei materiali mediante analisi in situ.

Anche l’accertamento del tipo e della consistenza del sistema di fondazione, unitamente alla caratterizzazione geotecnica del terreno compreso nel volume significativo di sottosuolo, costituiscono elementi necessari alla valutazione dell’azione sismica e dei suoi effetti sulla costruzione.

La conoscenza della costruzione storica in muratura è un presupposto fondamentale sia ai fini di una attendibile valutazione della sicurezza sismica attuale sia per la scelta di un efficace intervento di miglioramento.

Questa può essere conseguita con diversi livelli di approfondimento, in funzione dell’accuratezza delle operazioni di rilievo, delle ricerche storiche, e delle indagini sperimentali. Tali operazioni saranno funzione degli obiettivi preposti ed andranno ad interessare tutto o in parte l’edificio, a seconda della tipologia dell’intervento previsto. Il grado di attendibilità del modello che verrà utilizzato nelle analisi sarà strettamente legato al livello di approfondimento ed ai dati disponibili. Da questo punto di vista vengono introdotti diversi livelli di conoscenza, ad approfondimento crescente, al quale saranno legati fattori di confidenza da utilizzare nell’analisi finalizzata sia alla valutazione dello stato attuale sia a seguito degli eventuali interventi.

Identificata la costruzione, in relazione all’approfondimento del rilievo geometrico e delle indagini materico-costruttiva, meccanica e sul terreno e le fondazioni, viene definito un livello di conoscenza a cui corrisponde un differente fattore di confidenza; questi fattori possono essere utilizzati come parametri di sicurezza, per tenere in conto l’eventuale incompleta determinazione dei parametri necessari per il modello di calcolo. Il fattore di confidenza FC , compreso fra 1 e 1.35, consente di graduare l’attendibilità

del modello di analisi strutturale e tenerne conto nella valutazione dell’indice di sicurezza sismica (o della vita nominale).

Il fattore di confidenza si applica in modo diverso in funzione dei modelli per la valutazione della sicurezza sismica, che possono essere così classificati:

• modelli che considerano la deformabilità e la resistenza dei materiali e degli elementi strutturali;

• modelli che considerano l’equilibrio limite dei diversi elementi della costruzione, pensando il materiale muratura come rigido e non resistente a trazione (creazione di un cinematismo di blocchi rigidi, attraverso l’introduzione di opportune sconnessioni).

Nel primo caso il fattore di confidenza si applica in genere alle proprietà dei materiali, in particolare riducendo le resistenze. I valori di partenza delle caratteristiche meccaniche, a cui eventualmente applicare il fattore di confidenza, saranno definiti in funzione del livello di conoscenza relativo alle proprietà meccaniche dei materiali. Nel secondo caso, ossia di modelli di corpo rigido, nei quali la resistenza del materiale non viene tenuta in conto, il fattore di confidenza si applica direttamente alla capacità della struttura, ovvero riducendo l’accelerazione corrispondente ai diversi stati limite. Il fattore di confidenza può essere determinato definendo diversi fattori parziali di confidenza FCk (k=1,4), sulla base dei coefficienti numerici riportati in Tab.8, i cui

valori sono associati alle quattro categorie di indagine ed al livello di conoscenza in esse

raggiunto:

∑

+

=

1

F

F

Tab. 9 Livelli di conoscenza e fattori di confidenza per le strutture in muratura esistenti secondo OPCM 3274