2. Comportamento sismico delle
murature
Il comportamento sismico della muratura è determinato da tre fattori principali: 1. Collegamenti tra pareti verticali
2. Collegamenti tra pareti ed orizzontamenti 3. Resistenza meccanica delle pareti murarie
Il buon comportamento di un edificio in muratura sotto sisma si esplica attraverso il raggiungimento di un buon comportamento scatolare, che prevede che la capacità di resistere alle azioni orizzontali sia affidata ad un sistema di pareti verticali disposte nelle due direzioni principali dell’edificio e ben collegate (ammorsate) tra di loro1.
Le pareti in entrambe le direzioni fungono da controventi, cioè assorbono l’azione che agisce nel loro piano. Il comportamento scatolare, garantito da un buon collegamento non solo tra pareti verticali, ma anche tra pareti verticali e orizzontamenti e pareti verticali e copertura, permette di evitare i meccanismi di ribaltamento fuori dal piano delle pareti e di avere una partecipazione omogenea all’azione sismica di tutto l’edificio.
L’importanza della qualità del materiale deriva dal fatto che essendo la muratura pressoché priva di resistenza a trazione, occorre che almeno non presenti fenomeni di disgregazione per azioni nel e fuori dal proprio piano. In particolare la muratura è pensata come un sistema resistente principalmente alle azioni verticali, mentre ha una scarsa resistenza nei confronti delle azioni perpendicolari al suo piano; per questo occorre che l’azione sismica sia affrontata non dalla parete singola isolata, ma dal sistema per intero, in modo che anche le azioni fuori dal piano di ciascuna parete siano assorbite dalla coppia di pareti ad essa ortogonali (funzionamento scatolare).
1 Programma regionale VSM “Vulnerabilità sismica di edifici in muratura”. Criteri per l’esecuzione delle
indagini, la compilazione delle schede di vulnerabilità II liv. GNDT/CNR e la redazione della relazione tecnica.
Il meccanismo di ribaltamento della parete è attivato da azioni sismiche di modesta entità, mentre la rottura nel piano è mobilitata per azioni maggiori. Proprio per questo, quindi, occorre che il problema dell’azione fuori dal piano si debba trasferire al problema dell’azione nel piano secondo un ben preciso sistema gerarchico. In questo caso i contributi sono di tipo flessionale e tagliante e dipendono dalla snellezza dei maschi murari.
Un altro elemento che va esaminato ai fini dell’analisi è il ruolo di diaframma (elemento bidimensionale rigido) che devono avere i solai per poter trasferire in maniera uniforme l’azione orizzontale alle varie pareti verticali.
Nelle costruzioni esistenti occorre condurre un’analisi precisa e dettagliata degli aspetti suddetti, in modo da poter fare emergere le eventuali carenze strutturali e delineare le differenze tra il comportamento reale e quello scatolare. Nei centri storici, quindi con prevalenza di edifici in muratura, costruiti spesso anche secoli, prima è di primaria importanza valutare il comportamento dell’edificio, perché come si è visto anche con piccole entità dell’azione sismica, una parete non ammorsata si può ribaltare.
Nelle costruzioni esistenti più che in quelle di nuova costruzione occorre controllare tutta una serie di fattori:
- il sistema costruttivo delle murature, inteso come disposizione dei blocchi all’interno della tessitura muraria o come presenza di paramenti non collegati nel senso trasversale dello spessore complessivo del muro;
- la qualità del sistema resistente, intesa come qualità e conservazione dello stato dei materiali impiegati;
- la rigidezza dei solai che deve essere messa in relazione con la loro pesantezza e con la rigidezza e la resistenza delle pareti verticali alle quali i solai sono appoggiati per evitare su queste dei danni se sono di scarsa qualità.
- Inoltre da controllare è la regolarità strutturale dell’edificio, sia in pianta che in elevazione, che sono requisiti indispensabili per una buona risposta sismica dell’edificio.
Dal Cap. 7 delle NTC2 un edificio si definisce regolare in pianta se rispetta i seguenti requisiti:
- Configurazione in pianta compatta e approssimativamente simmetrica rispetto alle due direzioni ortogonali, in termini di distribuzioni di masse e rigidezze;
- Il rapporto tra i due lati del rettangolo in cui la costruzione è iscritta risulta inferiore a 4;
- Le dimensioni di rientri e sporgenze non superano in nessun caso il 25% della dimensione complessiva dell’edificio in quella direzione;
- Gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto alle pareti verticali e sufficientemente resistenti.
Le costruzioni sono invece considerabili regolari in altezza se rispettano le seguenti condizioni:
- Tutti i sistemi resistenti verticali (telai nel caso di c.a. ed acciaio e pareti nel caso delle murature) si estendono per tutta l’altezza della costruzione;
- Masse e rigidezze sono per lo più costanti o variano gradualmente, senza brusche modifiche, dalla base all’altezza della costruzione (le variazioni di massa da un orizzontamento all’altro non superano il 25% e la rigidezza non si riduce de un orizzontamento a quello sopra di più del 30% e non aumenta di più del 10%);
- Nelle strutture intelaiate progettate in CD”B” il rapporto tra resistenza richiesta e calcolata non è particolarmente diverso tra orizzontamenti diversi ( non è questo però il caso, perché siamo in muratura);
- Eventuali restringimenti della sezione orizzontale della costruzione avvengono in modo graduale da un orizzontamento all’altro, rispettando i
2 Cap. 7 “Progettazione per azioni sismiche”, Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni DM 14
limiti massimi del 30% della dimensione del primo orizzontamento e del 20% della dimensione dell’orizzontamento sottostante.
In termini più pratici, per le murature, eventuali elementi di irregolarità possono essere:
- disposizione eccentrica in pianta degli elementi resistenti; - differenti aree resistenti nelle due direzioni principali;
- disposizione delle pareti nelle aperture che possono creare flussi di tensione pericolosi e snellire eccessivamente i maschi murari, provocando distaccamento di facciate e cunei murari;
- presenza di piani sfalsati che possono creare fenomeni di martellamento sui muri;
- presenza di sopraelevazioni che costituiscono una discontinuità strutturale con la muratura sottostante originaria;
- presenza di elementi spingenti senza dispositivi idonei a contrastare le loro spinte (ad esempio certi tipi di coperture, volte, archi).
Al fine di valutare l’ammorsamento tra pareti occorre conoscere la fattura dei cantonali (cioè degli angoli tra le pareti verticali) sia internamente che esternamente; questo perché molte murature sono costituite a sacco, cioè composte da due paramenti uniti di solito da un strato di frammenti e malta. Non può ritenersi efficace un cantonale che comprende solo uno dei due paramenti, ad esempi quello esterno, con all’interno una tessitura muraria completamente diversa.
L’efficacia del collegamento tra pareti ortogonali si esplica anche attraverso la presenza di catene metalliche posizionate e dimensionate in maniera adeguata. Le catene devono essere possibilmente disposte parallelamente a pareti che hanno funzioni di contrasto, al fine di evitare fenomeni di inflessione nella parete ortogonale. Per funzione di contrasto si intende una funzione di attrito e resistenza nei confronti dei paletti capo chiave della catena, che vengono così bloccati da questi elementi. Affinché si possano usare come elementi di contrasto anche i solai è preferibile utilizzare i paletti anziché le piastre come elementi di fissaggio, anche perché con questi è possibile anche diffondere il tiro delle catene in zone più ampie.
La presenza di un buon ammorsamento o di catene opportunamente disposte, permette alla singola parete, impegnata dall’azione sismica, di “chiamare” alla risposta all’azione anche le pareti ad essa ortogonali, attivando il meccanismo resistente che vede queste ultime impegnate a taglio. L’assenza di questo meccanismo resistente può dare vita al ribaltamento della parete, così come nel caso le pareti con funzioni di controvento siano troppo distanti dalla parte in questione o le aperture troppo ravvicinate ne impediscano l’adeguato percorso del flusso di tensione.
Occorre quindi tramite dei saggi individuare il collegamento tra le pareti e valutarne l’efficacia. Il saggio può consistere anche solo nella rimozione dello strato di intonaco, in modo da lasciare in luce la tessitura muraria per poter valutare con precisione la presenza o meno di elementi ammorsanti. È possibile che si verifichi l’eventualità di trovarsi in presenza di cordoli in c.a. dei quali occorre verificare se siano armati in entrambe le direzioni oppure come più spesso accade le travi ed i travetti di legno sono semplicemente appoggiati sulle murature (come nel caso di studio oggetto della tesi). In questo caso si può assistere a fenomeni di martellamento e sfilamento dei travetti, soprattutto ai piani superiori, nei quali essendo più bassi i carichi verticali, l’effetto di attrito della muratura provocato appunto dal peso proprio di quella sovrastante diminuisce e con esso anche la capacità di “trattenere” il travetto.
Un altro elemento da valutare è l’eventuale sostituzione del solaio con uno nuovo in latero-cemento, che viene appoggiato su un cordolo gettato in breccia alle murature, ma che poggia solo sul paramento interno; questo può provocare un duplice effetto negativo e cioè l’aumento eccessivo del peso sul paramento interno e l’instabilità per carico di punta del paramento esterno durante un sisma, con l’espulsione di questo fuori dal piano della muratura.
Alla luce di questi fattori occorre condurre un’analisi dettagliata dello stato di fatto dell’edificio sia dal vivo, con indagini visive saggi, che sugli eventuali elaborati grafici presenti.
2.1 Sistema resistente
Il tipo e l’organizzazione del sistema resistente esprimono il grado di funzionamento scatolare dell’organismo murario attraverso il rilievo della presenza e dell’efficacia dei collegamenti delle murature con ammorsature agli spigoli dei vari piani. Con sistema resistente si intende l’insieme di pareti, travi ed in genere elementi strutturali che costituiscono la struttura portante dell’edificio in questione.
Occorre tramite dei saggi mettere a nudo i cantonali e i martelli murari. Inoltre occorre verificare i collegamenti tra le pareti e i solai, ricercando (se esistono) i presidi atti a garantire il collegamento tra le strutture verticali ed orizzontali, mettendo a nudo le zone di contatto tra le travi e le murature. Nel caso in cui sia assente il collegamento tra strutture orizzontali e murature occorre verificare la lunghezza di appoggio delle travi e per quanto riguarda le coperture spingenti si deve accertare la presenza di eventuali presidi atti ad eliminare le spinte.
La qualità del sistema resistente è determinata dall’omogeneità e dalla fattura del tessuto murario. Dipende dai seguenti fattori:
- Il tipo di materiale: la qualità dei blocchi di muratura e lo stato di conservazione delle malte;
- Il tipo di apparecchiatura muraria: omogeneità di pezzatura e regolarità nella disposizione dei blocchi;
- Il tipo di connessioni: presenza di elementi trasversali di collegamento tra i paramenti.
In particolare va analizzata l’efficacia del sistema resistente in termini di disposizione dei blocchi nella tessitura muraria (quindi singolo o doppio paramento, disposizione dei conci, squadratura dei conci, presenza di listellature, presenza di ammorsamenti) ed in termini di qualità dei materiali componenti compresa la malta. Per quanto riguarda la qualità della tessitura muraria si devono condurre dei saggi che mettano in evidenza se la disposizione dei blocchi è ordinata o disordinata, in filari regolari e orizzontali, con i giunti verticali sfalsati.
Particolare attenzione va prestata alle pareti a doppio paramento, costituite quindi da due paramenti verticali affiancati: affinché questo sistema presenti un’efficace reazione alle azioni orizzontali occorre che siano presenti lungo tutta l’estensione della muratura dei diatoni cioè elementi trasversali di collegamento tra i due paramenti, che permettano un comportamento a blocco.
Anche la presenza di due tessiture murarie tra paramento interno ed esterno deve essere valutata, perché non sempre un paramento esterno in pietra squadrata (spesso fatto per la maggiore facilità di intonacare) significa una muratura ben ammorsata e ben collegata con il paramento interno; occorre quindi anche in questo caso cercare dei diatoni tra i due paramenti.
Figura 2: Tipologie murarie a doppio paramento: muratura a sacco con nucleo incoerente (a); muratura a sacco con nucleo parzialmente vuoto (b); muratura a doppio paramento senza elementi trasversali di collegamento (diatoni) (c); muratura a doppio paramento con elementi trasversali di collegamento (diatoni) (d); muratura a doppio paramento con ricorsi in mattoni pieni a tutto spessore (e).
Per quanto riguarda la qualità della malta nei giunti tra i blocchi, occorre valutarne le caratteristiche fisico-meccaniche per ottenere una stima della resistenza tangenziale caratteristica. Va valutato inoltre lo stato di conservazione della malta (influenzato ad esempio all’esterno dagli agenti atmosferici), la composizione fisico-chimica originale, gli effetti di un eventuale ristilatura dei giunti, successiva alla costruzione originaria. Dalle caratteristiche della malta deriva la conoscenza della monoliticità della parete.
Per i blocchi costituenti la muratura occorre controllare che non ci sano laterizi con un’eccessiva percentuale di fori o pietre non squadrate di fiume, prive di spigoli e quindi meno aderenti al legante. Inoltre si deve verificare la presenza di ricorsi in mattoni o cls usati per regolarizzare la muratura, ma efficaci solo se di un adeguato spessore. Si devono poi controllare i cordoli nel caso di rifacimento dei solai oppure la tipologia di muratura nel caso di una sopraelevazione dell’edificio.
2.2
Orizzontamenti
Nel complessivo funzionamento scatolare occupano un posto importante gli orizzontamenti ed i loro collegamenti; sono responsabili, infatti, del trasferimento delle azioni orizzontali alle pareti d’ambito. Si deve tenere conto dei diversi fattori caratterizzanti:
- Funzionamento a lastra ed elevata rigidezza per deformazioni nel suo piano (buona connessione degli elementi costruttivi): determinante in questo senso è la presenza di una solettina di cls eventualmente armata, la presenza di elementi resistenti a trazione e a compressione o di un sistema di elementi controventati, la presenza di connessioni saldate o incollate o chiodate; - Efficace collegamento agli elementi verticali resistenti: importante è la
presenza di elementi continui di collegamento, la presenza di connessioni chiodate, saldate o incollate, la presenza di collegamenti in entrambe le direzioni principali;
- Differenza elevata di resistenza e rigidezza tra gli orizzontamenti e la muratura dell’edificio
Occorre indagare sul tipo di solaio: in particolare occorre tramite saggi all’estradosso e all’intradosso scoprire il tipo e la qualità degli elementi portanti e di quelli di alleggerimento. In molti casi gli elementi portanti sono a vista(come per le travi in legno del caso di studio in questione).
Oltre ai solai anche le volte sono da considerarsi degli orizzontamenti. Il loro punto debole è di essere degli elementi spingenti; quindi l’azione sismica orizzontale può notevolmente aumentare la spinta di questi sistemi e causare meccanismi di collasso. Di solito si trovano proprio per questo motivo associate a catene, che ne limitano (per lo meno staticamente) la spinta.
2.3
Copertura
Gli elementi che caratterizzano la copertura sono: l’eventuale azione spingente sulle murature perimetrali, l’efficacia del collegamento della struttura alle murature d’ambito e la differenza in termini di rigidezza e resistenza rispetto a quelli delle murature sottostanti.
Le coperture, come gli orizzontamenti, ricoprono un ruolo fondamentale nel comportamento scatolare dell’edificio, inoltre se sono di tipo spingente, le spinte possono indurre al collasso fuori dal piano delle pareti sottostanti. Per l’analisi delle coperture occorre usare lo stesso principio che per l’analisi degli orizzontamenti. In particolare vanno valutate le azioni spingenti, i collegamenti tra copertura e pareti e la differenza di rigidezza tra copertura e murature.
Per valutare i collegamenti vanno fatti dei saggi, per capire quale sia la tipologia e la loro conservazione. Inoltre bisogna poter calcolare il peso di tutti gli elementi, quindi necessitano dei saggi che possano mettere a nudo le varie parti.
Infine è necessario valutare attentamente il rapporto tra le rigidezze (soprattutto nel caso di rifacimenti) e la presenza di aperture nelle vicinanze dei collegamenti.
Queste informazioni tecniche vanno integrate con alcune informazioni generali sull’edificio: posizione e relativa pericolosità sismica, destinazione d’uso, posizione all’interno dell’aggregato strutturale, data di progettazione e costruzione (per poter reperire le normative in vigore all’epoca), data degli eventuali interventi strutturali o ristrutturazioni, descrizione dettagliata del quadro fessurativo.
L’ultima osservazione va fatta riguardo alla posizione e alle fondazioni dell’edificio, tramite la consultazione di indagini geotecniche e possibilmente la pratica di saggi sulle fondazioni, quanto meno per determinarne la tipologia (superficiali, profonde, travi rovesce, piastra ecc. ecc.)
Una volta composto questo quadro d’insieme si può procedere alla modellazione su programma di calcolo e all’analisi dei carichi agenti sulla struttura, in particolar modo concentrandosi sull’azione sismica.
