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Sicurezza sismica delle murature: analisi dei meccanismi di collasso

L’analisi dei meccanismi di collasso come metodo per la valutazione della sicurezza sismica delle murature esistenti

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Come possiamo valutare la sicurezza sismica in strutture in muratura esistenti? Uno dei metodi per valutare la sicurezza sismica delle strutture esistenti in muratura − pensiamo anche alle murature storiche − è l’analisi lineare dei meccanismi locali di collasso. Vediamo in che cosa consiste e come possiamo applicare questo metodo.

L’analisi limite dell’equilibrio secondo l’approccio cinematico si basa sulla scelta di meccanismi di collasso significativi e sulla valutazione dell’azione orizzontale che attiva tale cinematismo. Dal confronto tra l’accelerazione che attiva il meccanismo e quella relativa al sito di costruzione, si determina se la verifica è soddisfatta.
L’analisi si sviluppa per fasi, i primi passaggi sono la scelta del meccanismo di collasso attivabile in base al quadro fessurativo rilevato e la definizione della porzione di muratura soggetta al meccanismo di instabilità.

Quali sono, dunque, i meccanismi di collasso più comuni e le parti di muratura interessate?
I principali meccanismi di collasso in funzione della porzione di muratura coinvolta sono i seguenti:
• ribaltamento semplice di parete,
• ribaltamento composto di parete,
• flessione orizzontale di parete,
• flessione verticale di parete,
• ribaltamento del cantonale,
• sfondamento del timpano.
Vediamo le caratteristiche specifiche di ciascun meccanismo, le lesioni caratteristiche, gli elementi di vulnerabilità e di protezione.

Campagna 1_FIG 1_Abaco dei meccanismi locali di collasso (Disegni Logical Soft)

Abaco dei meccanismi locali di collasso (Disegni Logical Soft)

Ribaltamento semplice di parete monolitica
Il meccanismo di ribaltamento semplice si manifesta con la rotazione rigida di intere facciate, o porzioni di pareti, attorno a una cerniera cilindrica orizzontale posta alla base di esse a causa di sollecitazioni fuori piano. La geometria delle masse mobilitate può essere valutata in sede di rilievo del quadro fessurativo.
Il cinematismo si manifesta con lesioni in corrispondenza delle intersezioni murarie, con sfilamento delle travi degli orizzontamenti e fuori piombo delle pareti.
La condizione che influenza maggiormente il meccanismo è l’assenza di collegamenti in sommità del pannello (come solai ben collegati, cordoli o catene ai piani e spinte incontrastate di volte) e di efficienti ammorsamenti alle pareti ortogonali.

Ribaltamento composto di cuneo diagonale
Questo meccanismo si manifesta con la rotazione rigida di porzioni di muratura sommitali di facciate rispetto ad assi in prevalenza orizzontali accompagnata dal trascinamento di parti delle strutture murarie appartenenti alle pareti di controvento. In genere, il ribaltamento interessa le pareti dell’ultimo livello della costruzione sottostanti la copertura ed è dovuto a un’efficace connessione con le murature ortogonali, costituite però da materiale murario scadente, e all’assenza di vincoli in sommità.
Il cinematismo si attiva in presenza di sollecitazioni fuori piano se gli orizzontamenti non sono dotati di un adeguato grado di vincolo e se esistono spinte orizzontali incontrastate sulla parete.
I danneggiamenti più indicativi sono costituiti da lesioni diagonali nella parte di controventamento, da fuori piombo della parete ribaltante e da sfilamento delle travi di solaio.

Flessione orizzontale di parete
Il meccanismo di flessione orizzontale si presenta in assenza di vincolo in sommità a fronte di un efficace collegamento alle pareti ortogonali. Il cinematismo si attiva per sollecitazioni fuori piano se i solai di copertura, talvolta spingenti, non sono ben collegati alle murature al contrario delle pareti ortogonali che risultano ammorsate; l’eccessiva distanza delle pareti di spina accentua l’effetto vela della parete che non vede connessioni laterali intermedie.
I sintomi più evidenti sono la presenza di lesioni verticali e oblique su entrambe le facciate, esterna e interna, associata a fenomeni di rigonfiamento ed eventuali sfilamenti delle travi del tetto. Sono possibili due tipi di flessione orizzontale: con parete confinata o non confinata. Questo secondo caso si presenta per pareti posizionate all’interno di una schiera e per murature contigue di sufficiente resistenza; la rottura si verifica per schiacciamento della parete interna del muro.

Flessione verticale
Il meccanismo di flessione verticale si manifesta con la formazione di una cerniera cilindrica orizzontale che divide la parete in due blocchi; le azioni fuori piano attivano la rotazione dei due blocchi attorno a tale asse. Il cinematismo si presenta in caso di collegamento efficace della parete in sommità e carenza di ammorsamento delle pareti ortogonali.
Le cause principali sono da ricercarsi negli orizzontamenti intermedi mal collegati, nella snellezza eccessiva delle pareti e nella presenza di elementi spingenti quali archi o volte. Questo meccanismo è identificabile dall’analisi del quadro fessurativo per evidenti spanciamenti e fuori piano delle pareti, per lesioni orizzontali e verticali e per sfilamento delle travi degli orizzontamenti intermedi.

Ribaltamento del cantonale
Il meccanismo si manifesta per la rotazione rigida di un cuneo di distacco, delimitato da superfici di frattura con andamento diagonale nelle pareti concorrenti, intorno a una cerniera posta alla base dello stesso. L’inclinazione delle superfici di frattura è condizionata dalla qualità della muratura e dalla presenza di aperture che vengono a loro volta coinvolte nel ribaltamento. In genere questo meccanismo si presenta all’ultimo impalcato, ma l’assenza di collegamenti non efficaci a livello dei solai intermedi potrebbe estendere il meccanismo ai piani sottostanti.
Le principali cause che attivano il cinematismo sono: assenza di collegamento della testa della parete alle murature ortogonali, coperture spingenti e scadente qualità del materiale.

Sfondamento della parete del timpano
Il meccanismo si manifesta con il distacco di porzioni di muratura cuneiformi, definiti da sezioni di frattura oblique e verticali, per azioni fuori dal piano. La causa del cinematismo è, in genere, l’azione ciclica di martellamento della trave di colmo del tetto. La geometria dei macroelementi è definita sulla base dell’angolo tra la linea di frattura obliqua e l’orizzontale. Tanto più l’angolo è piccolo tanto più il meccanismo di sfondamento della parete del timpano è assimilabile a un meccanismo di ribaltamento semplice intorno alla cerniera cilindrica orizzontale alla base.

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