2 COSENZA: CONTINUITA’ DI VITA DELLA CITTA’ ANTICA
2.4 Indagini analitico – diagnostiche e monitoraggio: il metodo dei cinematismi di collasso
2.4.5 Meccanismi di danno di secondo modo
I meccanismi di danno di secondo modosono tutti i possibili cinematismi provocati da azioni orizzontali complanari alle pareti. Infatti, scongiurato il pericolo del ribaltamento delle pareti investite ortogonalmente dall'azione sismica, il compito di resistere alle forze orizzontali introdotte dal sisma è affidato alle pareti trasversali. Benché notevolmente superiore, anche la resistenza di queste pareti può essere superata comportando meccanismi di danno che si manifestano con lesioni che tagliano diagonalmente la parete
e che, nonostante i conseguenti, a volte vistosi, fenomeni di scorrimento e rotazione relativi, non ne determinano necessariamente il collasso. Possiamo quindi definire tali meccanismi di danno di secondo modo, poiché essi si innescano per un'intensità sismica notevolmente superiore a quella che provoca il ribaltamento delle pareti non trattenute. I meccanismi di secondo modo non sono rovinosi, purché la parete sia di buona qualità ed, una volta lesionata, non si disgreghi; in questo caso, le strutture murarie riescono a mantenersi stabili anche in presenza di spostamenti significativi, sopportando intensità sismiche superiori a quelle che provocano l'apertura delle lesioni.
Figura 32Meccanismi di secondo modo (Doglioni, 1994)
Donde la definizione di modo duttile che a volte si usa per indicare tale meccanismo di danneggiamento, in evidente analogia con il comportamento delle strutture in cemento armato ed in acciaio e con la loro capacità di deformarsi oltre il limite elastico senza perdere la capacità portante (5). Questi cinematismi, infatti, sono legati ad un funzionamento "corretto" dell'organismo strutturale, che è in grado cioè di opporre all'azione sismica le sue parti a maggior rigidezza (le pareti disposte di taglio); i pannelli murari resistenti in cui possono essere scomposte le pareti, scorrono o ruotano rispetto ad un loro punto di cerniera. Tuttavia, l'esperienza conferma che se il muro risulta ben costruito, difficilmente si ha la perdita di capacità portante. La caratteristica essenziale che deve possedere un muro ben costruito per rispondere bene ad azioni nel suo piano è il possesso di un regolare ammorsamento trasversale.
Figura 34 Schematizzazione relativa a meccanismi di secondo modo
Figura 35Edificio con lesioni provocate da meccanismi di secondo modo
In definitiva, questi cinematismi si manifestano in luogo dei meccanismi di primo modo, nel caso di efficace ammorsamento tra le pareti ortogonali, e generalmente comportano valori superiori del moltiplicatore di collasso. Si possono quindi osservare, di seguito all'evento sismico, lesioni della larghezza di diversi centimetri senza per questo aver avuto perdite di equilibrio pericolose. I valori dei moltiplicatori sismici ottenuti dipendono dai seguenti fattori che influenzano negativamente il comportamento delle pareti:
- scarsa area resistente dei pannelli murari;
- presenza, dimensioni e posizione delle aperture (geometria del pannello); - errata disposizione in pianta;
- lesioni dovute a cedimento di fondazioni; - alterazione chimico-fisica dei componenti.
La valutazione della resistenza sismica delle pareti di controvento sollecitate nel proprio piano è un problema per il quale non sono stati formulati, fino ad oggi, modelli meccanici pienamente soddisfacenti. La maggior parte dei metodi usualmente adoperati si fonda sull'estensione alla muratura di criteri di verifica originariamente formulati per materiali moderni come il cemento armato e l'acciaio. Tali criteri consistono, una volta assunta come valida l'ipotesi di continuità, nella valutazione dello stato tensionale all'interno della parete e nell'applicazione di un appropriato criterio di rottura del materiale. I criteri semplificati più diffusi (e recepiti a livello normativo) identificano il collasso o con il raggiungimento di un valore limite della tensione tangenziale, mediante una legge alla Coulomb (come nel Decreto Ministeriale del 20 novembre 1987) (6), o con il raggiungimento di un valore limite della tensione di trazione al centro del pannello espressa, nell'originaria formulazione di Turnsek e Cacovic, in funzione delle tensioni principali. Al superamento della soglia di resistenza del materiale vengono attribuiti i meccanismi di rottura nel piano osservati in occasione di ogni evento sismico di elevata intensità.
Un simile approccio non appare del tutto soddisfacente per le strutture murarie. Infatti, sono note le difficoltà che ancora oggi rendono problematica una modellazione meccanica della muratura, sufficientemente accurata ed ingegneristicamente semplice, in grado di fornire una misura realistica dello stato di sollecitazione sotto carichi assegnati. Il problema della valutazione dello stato tensionale, evidentemente prioritario nei criteri di verifica citati e, prima ancora, il problema stesso della definizione di parametri di resistenza significativamente aderenti alla realtà meccanica della muratura, possono essere però scavalcati ricorrendo ad un approccio analogo a quello già utilizzato per le pareti di facciata.
Secondo tale approccio, il collasso si identifica non con il raggiungimento di uno stato tensionale limite, ritenuto inaccettabile per il materiale, ma con la perdita di equilibrio conseguente alla trasformazione della struttura in una catena cinematica di corpi rigidi. Intere pareti, o larghe porzioni di queste, ribaltano in seguito alla formazione di lesioni localizzate senza che si verifichi una rottura diffusa del materiale. Il comportamento
sismico delle pareti di controvento, come già delle pareti di facciata, sarebbe pertanto governato non dalla resistenza del materiale, bensì dalla stabilità dell'equilibrio, il che trova una conferma nell'osservazione dei danni subiti dagli edifici in occasione di terremoti passati, determinati non tanto dalla crisi del materiale quanto dalla trasformazione delle strutture in meccanismi labili.
Pertanto, se è possibile individuare un meccanismo di collasso realistico in base all'osservazione sperimentale dei danni sismici sofferti in passato da edifici analoghi, è anche immediato determinare la corrispondente condizione limite di equilibrio e dedurne il valore della forza orizzontale di collasso. Tale forza, espressa in forma dimensionale come moltiplicatore dei carichi verticali, ossia come rapporto tra la forza orizzontale indotta dal sisma e il carico verticale agente sulla parete, risulta funzione di soli parametri geometrici e non richiede né la valutazione dello stato tensionale, né la modellazione della resistenza delle pareti studiate. Per la determinazione dei valori dei moltiplicatori sismici viene utilizzato un metodo di calcolo, per la cui elaborazione ha contribuito la campagna sperimentale di Vittorio Ceradini; esso studia meccanismi di rottura dei pannelli che forniscono un carico limite senza ricorrere all'incerto valore della resistenza a taglio, grandezza non misurabile e la cui valutazione rimane sostanzialmente arbitraria.