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Murature e terremoti: come gli edifici storici rispondono agli eventi sismici

Come rispondono le murature e le altri parti che compongono la struttura negli edifici storici in caso di terremoto?

Collasso delle murature di un edificio storico per sisma (Foto Carlo Blasi)
Collasso delle murature di un edificio storico per sisma (Foto Carlo Blasi)
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In caso di sisma, i vari elementi che compongono la scatola-edificio rispondono in modo specifico alle azioni da cui sono sollecitati. Vediamo quello che succede negli edifici storici.
Si può pensare agli edifici in muratura come a “scatole”, in cui gli elementi orizzontali (solai e coperture) funzionano come elementi flessionali che trasferiscono i carichi agli elementi verticali (muri, portanti e non) i quali a loro volta, compressi, li trasferiscono alle fondazioni.
Finché i carichi da trasportare sono verticali, il sistema funziona perfettamente; ma le cose si complicano quando devono essere assorbiti dei carichi orizzontali, ad esempio in caso di sisma.

Che cosa succede allora in caso di terremoto?
Quando c’è un evento sismico, i parametri che entrano in gioco determinando la risposta della scatola-edificio sono molti: massa e rigidezza dei vari elementi, magnitudo delle azioni, tipologia e caratteristiche delle fondazioni, e più in generale delle strutture, frequenze.
Gli spostamenti prodotti sulla struttura dalle forze d’inerzia, verticali e orizzontali, cambiano nel tempo e si traducono in vibrazioni della scatola.
In questo movimento, i solai, che idealmente dovrebbero agire come diaframmi orizzontali rigidi, trasferiscono azioni inerziali orizzontali ai muri, causando sforzi flessionali e di taglio, che attraverso i muri arrivano fino alle fondazioni.

La risposta delle murature varia a seconda che le azioni siano parallele o perpendicolari al piano.
L’osservazione di casi reali ha evidenziato che le murature offrono meno resistenza alle azioni perpendicolari al loro piano (cioè alle azioni fuori dal piano), che a quelle parallele al piano (cioè alle azioni nel piano stesso).
Se l’edificio funzionasse davvero come una scatola, il problema sarebbe facilmente risolto, sfruttando al massimo le caratteristiche resistenti degli elementi verticali, in entrambe le direzioni.
Ma questo di solito non succede, e si innesca una ben precisa tipologia di danno, detto meccanismo di primo modo perché rappresenta la più alta vulnerabilità dell’edificio: il primo meccanismo a innescarsi e il più pericoloso. È prodotto dalle azioni sismiche perpendicolari alle murature (fuori dal piano) che portano al ribaltamento di interi pannelli murari o di significative porzioni di essi (o, nel caso di murature a più strati, del loro strato più esterno).

Le cose migliorano se si riesce a far partecipare anche i muri ortogonali che funzionano come masse stabilizzanti. Per i muri ortogonali, infatti, le azioni sismiche sono nel proprio piano: essi sono perciò in grado di esercitare una resistenza maggiore al sisma.
Anche in queste murature tuttavia può avvenire il danno: se le azioni superano la resistenza, anche i muri caricati nel proprio piano si fessurano, con lesioni inclinate, che isolano una parte triangolare della muratura (detta cuneo) la quale dunque può partecipare al movimento di ribaltamento.

Una volta scongiurato il primo modo può innescarsi il meccanismo di secondo modo, a taglio.
Mentre il primo modo è sempre rovinoso, comportando il collasso del muro (o di una sua parte) e la conseguente caduta degli elementi da esso portati, il secondo modo non necessariamente conduce la struttura al collasso, ma può limitarsi anche a semplici fessure nelle murature, spesso nelle zone già indebolite dalla presenza di finestrature. Sono tipiche le lesioni a X, associate a sforzi di taglio nella parete. Si deve comunque considerare che le porzioni di muratura, così isolate da queste stesse lesioni a taglio, possono diventare porzioni instabili in caso di successivo sisma, partecipando a più rovinosi ribaltamenti.

Affinché il comportamento di un edificio in muratura sia il più possibile scatolare, i muri dovrebbero essere ben connessi tra loro, legati da collegamenti efficaci e rigidi ai solai, a loro volta in grado di distribuire le azioni sismiche tra i diversi muri in maniera direttamente proporzionale alla rigidezza.
Vengono evitati i danni più gravi di solito per la presenza di opportuni elementi di ritegno (catene o contrafforti) e per l’efficacia dei collegamenti tra gli elementi che compongono l’edificio, il quale quindi può funzionare come una scatola e resistere al sisma.

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Distacco e ribaltamento del macroelemento facciata (Disegno Federica Ottoni)

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