23
2.
L’EFFETTO DEL SISMA SUI CAMPANILI
Gli eventi sismici manifestatisi durante il corso degli anni hanno dimostrato che gli antichi edifici a torre in muratura sono fra gli elementi strutturali più vulnerabili a subire forti danni.
I danni subiti da una torre durante un evento sismico, siano essi di forte o lieve intensità, costituiscono una perdita del patrimonio culturale di una comunità.
La conservazione di queste opere rappresenta una sfida per l’intera comunità scientifica.
fig. 2.1: Finale Emilia, crollo della torre dell’orologio distrutta durante il sisma del maggio 2012 [10] Uno dei compiti principali di un progettista è quello di individuare i principali meccanismi di danno agenti su un campanile durante l’evento sismico; questo è possibile studiando i danni degli eventi sismici passati.
Nel paragrafo 2.1 vengono individuati i fattori che influenzano la vulnerabilità sismica di un campanile in muratura per poi riportare le schede relative ai principali danni sismici delle strutture a torre.
2.1.
Vulnerabilità sismica e meccanismi di rottura dei campanili
In una struttura a torre i fattori che condizionano la vulnerabilità sismica sono molteplici, di seguito vengono riportati i principali.
24
Il fattore snellezza H/L, caratterizza il comportamento complessivo della struttura, si possono distinguere torri particolarmente snelle che, in particolari casi, possono essere considerate con un comportamento a mensola e torri invece molto tozze, come ad esempio le torrette di difesa rinascimentali.
fig. 2.2: Ficarolo (RO), il campanile fig.2.3 : Rovigo, torre morosini
Altro aspetto di fondamentale importanza è la posizione della torre rispetto al contesto urbano [11], è possibile distinguere:
• Campanile isolato
• Campanile addossato ad altro edificio
• Campanile sovrapposto ad edificio di culto
Questa distinzione è molto importante in quanto il comportamento dinamico dei campanili è fortemente influenzato dalle condizioni al contorno dello stesso. La presenza di strutture a contatto del campanile modifica le frequenze proprie di vibrazione della struttura.
La vulnerabilità sismica di una struttura a torre è condizionata anche da [12]:
• Condizioni al suolo;
• Grandi aperture;
• Comportamento non lineare della muratura;
• Mancanza di buona connessione fra elementi strutturali;
• Elevato carico verticale;
25
• Livello di carico verticale;
fig. 2.4: Curon (BZ), il campanile che emerge fig.2.5 : Ivrea, torre Santo Stefano dal lago di Resia
La realizzazione delle torri è avvenuta perlopiù nel Medioevo. Durante i secoli la muratura, in determinati casi, ha subito forti deterioramenti rendendo queste strutture estremamente vulnerabili a crolli improvvisi.
fig. 2.6: Pavia, crollo della torre civica 1989
Questi aspetti molto importanti determinano la vulnerabilità sismica di torri in termini di meccanismi di comportamento e di rottura.
26
Gli studi di A. Preciado et al. [12], [13] riportano i principali meccanismi di danno di torri e campanili in muratura:
• campanili di elevata snellezza (maggiore di 4) caratterizzati da un meccanismo di rottura duttile a flessione dominante, (mancanza di aperture, struttura continua dalla base alla sommità). L’elevato peso dei muri, le vibrazioni laterali nella parte più alta della torre vengono amplificate producendo spostamenti notevoli, a causa di questi si generano delle fessure orizzontali sul corpo del campanile, raramente si verifica il completo ribaltamento della torre. Alternandosi il moto sismico le fessure si aprono e si richiudono ripetitivamente, generando una forte dissipazione di energia. Nella situazione di rottura a flessione di tipo duttile, in determinati casi, è possibile che si inneschi un altro meccanismo di danno, lo schiacciamento della torre sotto il proprio peso e, questo meccanismo è di tipo fragile, può portare al crollo totale della struttura;
• campanili caratterizzati da elevate aperture (basta pensare alla presenza di quadrifore al livello della cella campanaria) si caratterizzano per frequenti e diversi meccanismi di danno dovuti al taglio nel piano, questo tipo di meccanismo è del tipo quasi fragile, a causa di questo tipo di danno il campanile potrebbe crollare per instabilità;
27 Ipotizzando di analizzare una “torre isolata” è possibile individuare, seguendo lo schema del Prof. F. Doglioni dello I.U.A.V. di Venezia [11], sei situazioni principali di danno (fig.2.8) facendo riferimento specificatamente ai cinematismi:
fig. 2.8: Situazioni principali di danno per una torre isolata [11] I sei meccanismi, possono esser riassunti come segue [11]:
• rotazione verso l’esterno della parete superiore (del tronco) della torre campanaria dovuta ad azioni di fuori piano, con formazione di una cerniera cilindrica ad asse orizzontale o di cerniera sferica in corrispondenza di un punto o di uno spigolo (meccanismo 1.a e 1.b);
• traslazione della parete superiore (del tronco) della torre campanaria, seguita da rotazione della stessa (meccanismo 2.a e 2.b);
28
• rotazione verso l’esterno di “ambiti di angolata” attorno ad un punto di cerniera formatosi sull’angolata della stessa, all’estremo inferiore della parte interessata dal meccanismo (meccanismo 3);
• rotazione verso l’esterno di una o più angolate con asse di rotazione orizzontale parallelo al lato o alla diagonale (meccanismo 4);
• rotazione della parte superiore (del tronco) della torre, risultante dalla combinazione di una rotazione intorno ad un asse verticale e di una rotazione intorno ad un asse orizzontale (meccanismo 5);
• traslazione della parte superiore della torre (meccanismo 6);
A ciascuno dei cinematismi descritti corrisponde un determinato quadro fessurativo. Questi meccanismi derivano dai principali studi sui crolli delle strutture a torre.
Il campanile della chiesa dei S.S. Pietro e Paolo Apostoli di Majano (UD) (fig. 2.9) era un campanile che è crollato in seguito al sisma del Friuli nel 1976.
Prima del sisma Demolizione
fig. 2.9: Majano (UD), il campanile della chiesa dei S.S. Pietro e Paolo Apostoli distrutto nel sisma del Friuli 1976 [11]
Durante il sisma si è verificato il crollo della cella campanaria, del tamburo e della guglia.
Gli studi di A. di Tomasso et Al. [11] hanno constatato che si è verificato uno spostamento verso l’esterno della parte superiore della torre, a seguito di rotazioni intorno a cerniere cilindriche ad asse orizzontale con la formazione e crollo di grandi blocchi di muratura (fig.2.10).
29 fig. 2.10: Majano (UD), campanile chiesa dei S.S. Pietro e Paolo Apostoli [11]
Il campanile di Majano successivamente è stato demolito e ricostruito ex novo con forme e tecnologie diverse.
La torre campanaria di Gemona del Friuli è crollata in seguito al sisma del 1976, il meccanismo che ha portato al crollo della torre è la rotazione verso l’esterno di una o più angolate con asse di rotazione orizzontale parallelo al lato o alla diagonale (meccanismo 4 fig. 2.8).
30
Della torre campanaria di Gemona rimaneva un unico muro che venne abbattuto in seguito.
Nei campanili addossati agli edifici è tipica la formazione di lesioni ad Y. Durante l’evento sismico, la torre campanaria oscilla in due direzioni opposte quindi si formano due fratture inclinate ortogonali alle due direzioni di trazione ciò infatti accade se sussiste una zona di contatto tra l’edificio e il campanile la quale si comporta come un appoggio attorno a cui ruota con asse orizzontale la struttura snella in elevazione.
La figura 2.12 riportata di seguito, ritrae le lesioni formatesi sul campanile della Chiesa di Cavezzo (MO). La torre è addossata solo al tetto del vescovato, in seguito al sisma del 29 Maggio 2012, ha riportato lesioni a Y nella parete frontale ortogonale alla parete di contatto e fratture inclinate deviate dalle aperture sulla parete laterale:
fig. 2.12: campanile della chiesa di Cavezzo (MO) lesioni ad Y in seguito all’evento sismico del 29 maggio 2012 [11]
La cella campanaria è una delle parti del campanile maggiormente vulnerabile.
I danni riscontrati sono molteplici, nella peggiore delle situazioni si verifica la completa distruzione della cella campanara.
La fig. 2.13 di seguito riportata mostra i danni subiti dalla cella campanaria del municipio di Finale Emilia durante l’evento sismico del maggio del 2012.
31 fig. 2.13: Finale Emilia, sisma del maggio 2012, danni alla cella campanaria del municipio Durante l’evento sismico verificatosi nel centro Italia il 24 agosto 2016, la torre civica di Amatrice era uno dei pochi edifici storici sopravvissuti (fig. 2.14). La torre però presentava lesioni in prossimità della cella campanaria. Il 30 ottobre del 2016, in seguito ad una nuova scossa sismica la cella campanaria della torre è ceduta (fig. 2.15).
fig. 2.14: Amatrice (RI), torre civica, sisma del fig. 2.15: Amatrice (RI), torre civica, scossa del 24 agosto 2016, danni cella campanaria 30 ottobre 2016, crollo cella campanaria
32
Spesso, vengono riscontrati danni ai cantonali della cella campanaria che nella peggiore delle ipotesi possono provocare il crollo di parti della struttura.
fig. 2.16 e fig.2.17: Ferrara, sisma maggio 2012 campanile della parrocchia di Sant’Agostino Lagomarsino et. all. [14] hanno proposto i meccanismi di danno di fig. 2.18 che vengono anche riportati nella DPCM per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle NTC 2008 [15]:
33 Nella fig. 2.18 vengono riportati i seguenti danni:
• a - danni rilevati su campanili posti in adiacenza di altre strutture ovvero: fessurazioni orizzontali fuori piano dovute a un comportamento a flessione e fessurazioni diagonali dovuti da sforzi di taglio nel piano, la conseguenza di questi danni è il ribaltamento del campanile sull’edificio adiacente;
• b - il danno individuato è costituito da fessurazione verticale nei due piani a causa della tensione orizzontale, con conseguente distacco delle pareti e il collasso da instabilità;
• c - la modalità di danno è rappresentata dalla fessurazione diagonale di taglio nel piano;
• d, e, f - danni riscontrati nella cella campanaria, fessurazioni orizzontali e diagonali dovute alla presenza di ampie aperture che portano al ribaltamento delle pareti in sommità.
