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3.
Le costruzioni storiche in muratura e il loro
comportamento sismico
L’analisi del comportamento strutturale e la valutazione della sicurezza negli edifici in muratura sono caratterizzate da molteplici incertezze legate alla varietà delle tipologie e tecniche costruttive. L’applicazione dei principi dell’ingegneria strutturale a questo materiale è molto recente; ciò comporta una conoscenza delle caratteristiche dei fabbricati in muratura derivata essenzialmente dallo studio dell’esistente. La ricerca ha messo in evidenza l’inammissibilità di una classificazione rigida e la necessità di un’analisi accurata del singolo edificio, sia dal punto di vista strutturale e compositivo, che realizzativo.
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3.1
La muratura
La parola “muratura” comprende tecniche diverse per tipologia, forma e diposizione dei materiali: in generale essa è costituita dall’assemblaggio di elementi resistenti, pietre o laterizi, intervallate da un legante con la funzione di compattamento dell’elemento strutturale.
Le variabili caratteristiche sono le seguenti:
• materiale costituente gli elementi: pietra, laterizio, terra cruda, usati anche in modo misto;
• dimensioni e forma degli elementi;
• tecnica di assemblaggio, a secco o con giunti di malta;
• tessitura, cioè la disposizione geometrica degli elementi nel paramento murario.
Le infinite combinazioni ottenibili rendono la muratura un vero e proprio prodotto artigianale che presenta proprietà meccaniche estremamente variabili. I principali fattori che caratterizzano il comportamento della muratura sono la disomogeneità, l’anisotropia e la mancanza di simmetria in compressione e trazione. Gli elementi costituenti la muratura hanno proprietà meccaniche molto diverse tra loro, comportando una variazione di resistenza e rigidezza da punto a punto nell’elemento strutturale. La direzionalità intrinseca della muratura è data da forma e dimensione degli elementi, presenza e disposizione di fori, discontinuità dei giunti verticali; queste proprietà provocano reazioni diverse a seconda della direzione in cui si sviluppano. Sia gli elementi resistenti, che la malta e l’interfaccia fra di essi, presentano asimmetria di comportamento agli sforzi normali, in particolare la resistenza a trazione è notevolmente inferiore rispetto a quella a compressione; la differenza è tale che spesso per semplicità si approssima la prima pari a zero. Il risultato delle caratteristiche enunciate sopra è un legame sforzo-deformazione della muratura non lineare. La resistenza e la deformabilità della muratura dipendono dal modulo elastico degli elementi costituenti e dai fenomeni di interazione che si sviluppano in corrispondenza dell’interfaccia fra i resistenti e la malta. Qualitativamente il comportamento di una muratura non si discosta da quello dei suoi componenti, le modalità costruttive sono però da tenere
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in considerazione, nello specifico: la geometria degli elementi resistenti, lo spessore dei giunti di malta e la loro capacità di ritenzione idrica, l’aderenza tra i due materiali ed infine la geometria della tessitura.
Fra i fattori che più di altri influiscono negativamente sulle murature vi è senz’altro la piccola dimensione degli elementi lapidei; ciò provoca un aumento di impiego della malta con conseguente maggiore debolezza. Altrettanto importante è la lavorazione dei blocchi: partendo da quelli squadrati fino ai ciottoli di fiume, il comportamento della parete scade in modo evidente. La causa si ritrova nella scarsa adesività dei ciottoli alla malta dovuta alla levigatezza delle loro superfici. Infine, un ulteriore problema che affligge le murature è l’eterogeneità dimensionale: elementi lapidei di dimensioni diverse non garantiscono un efficace ingranamento tra le parti. La coesione delle membrature e l’efficacia dell’apparato murario variano in funzione delle malte adoperate e del loro stato di conservazione. Spesso le malte degradate si presentano polverose e senza più alcun potere coesivo; il problema è tanto più grave tanto più è scarsa la qualità della parete. La cattiva qualità dei leganti e degli inerti influisce negativamente anche sulla durabilità della malta che risulta debole nei confronti degli agenti esterni. Per essere definito “a regola d’arte” un muro deve possedere le seguenti caratteristiche: preponderanza di pietre di grandi dimensioni, accurata ammorsatura tra le pietre del piano del muro e attraverso lo spessore, riempimento dei vuoti con pietre minute. In un muro con queste caratteristiche la malta gioca un ruolo inessenziale; la resistenza è realizzata dal sapiente incastro delle pietre.
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3.2
Concezione strutturale dell’edificio
Le risposte alle sollecitazioni degli elementi strutturali in un edificio in muratura sono diverse in base alle modalità e trasmissione dei carichi. Le azioni preponderanti verticali sono dovute ai pesi propri degli orizzontamenti e delle pareti murarie, ai sovraccarichi sui solai e sulla copertura; fra le orizzontali il vento e gli eventi sismici. Gli edifici in muratura sono solitamente composti di due elementi strutturali: gli orizzontamenti, e le pareti le quali, a seconda del verso dell’azione, sono definite portanti o di controvento. Gli orizzontamenti di piano o la copertura sono impegnati da azioni verticali, normali al proprio piano medio, e orizzontali agenti nel proprio piano. I muri portanti sono sollecitati sia da azioni verticali, che orizzontali ortogonali al piano medio; mentre quelli di controvento prevalentemente da carichi orizzontali nel proprio piano. Le sollecitazioni critiche per gli elementi in muratura sono quelle di taglio e flessione; è opportuno quindi da un lato limitarne l’entità, dall’altro aumentare la resistenza dell’elemento. Per minimizzare le sollecitazioni di taglio e flessione occorre mettere in atto due accorgimenti: le pareti devono essere ben vincolate agli elementi trasversali e avere dimensioni e distanze il più possibile limitate. In questo modo si limitano molto le sollecitazioni taglianti e flettenti derivate dalle azioni ortogonali al piano delle pareti portanti. Lungo i bordi di quest’ultime, le azioni vengono trasmesse ai controventi, su cui nascono sollecitazioni di taglio e flessione nel piano medio, piano di maggiore rigidezza e resistenza. Per fare in modo che le pareti risultino compresse, e quindi maggiormente resistenti si impiegano solai con adeguato spessore, in cui l’orditura della soletta è incrociata oppure alternata. In definitiva, la risposta della struttura muraria sotto carico, soprattutto in presenza di azioni sismiche, è tanto migliore quanto più c’è collaborazione tra gli elementi, quindi buon grado di connessione e qualità dei collegamenti; quando cioè la struttura ha un “comportamento scatolare”. In altre parole, l’edificio è capace di resistere efficacemente alle azioni sismiche in virtù di murature di buona qualità, ortogonali tra loro e poste a distanze limitate, e collegate nelle intersezioni con ammorsature efficaci; fondamentale è anche la presenza di solai intermedi e di una copertura rigidi nel loro piano e ben collegati alle murature verticali.
