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Terremoti: perché le chiese crollano in modo diverso

La struttura particolare delle chiese e la risposta di questi edifici ai terremoti. Il comportamento dei macroelementi e il rischio sismico. L'analisi di un esperto del settore

Crollo di una chiesa a seguito di un sisma (Foto Federica Ottoni)
Crollo di una chiesa a seguito di un sisma (Foto Federica Ottoni)
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Nella serata del 26 ottobre 2016 nuove forti scosse sismiche hanno colpito i territori tra le Marche e l’Umbria (epicentro a Castelsantangelo sul Nera, magnitudo 5.4), già interessati dei tragici terremoti del 24 agosto scorso. Pur non essendoci state vittime, nel territorio nel momento in cui scriviamo ci sono migliaia di sfollati. Svariati i danni agli edifici, molti dei quali hanno colpito strutture che erano già state lesionate dal sisma di agosto. Tra i crolli certificati, anche quello della Chiesa di San Salvatore a Campi di Norcia, del quale esistono video caricati sui social network.

Nella speranza che ciò contribuisca anche a una diffusione dell’informazione più precisa e accurata sul piano tecnico, pubblichiamo un approfondimento che spiega perché in caso di terremoti le chiese e gli edifici di culto in generale si comportano in modo diverso da edifici legati ad altre funzioni. 

Gli edifici delle chiese, e in genere delle grandi aule, per le loro caratteristiche tipologiche hanno un comportamento particolare e caratteristico in caso di eventi sismici, molto lontano dal modello scatolare. Vediamo come “funzionano” e perché.

La chiesa, o grande aula, è una tipologia ben definita. La struttura è formata da pannelli murari di grande estensione, sia longitudinalmente che in altezza, con pochissimi collegamenti trasversali rappresentati da: parete di facciata, parete di fondo e, quando presente, arco trionfale. Ma questi elementi, che dovrebbero funzionare da collegamento trasversale, sono tra loro a una distanza tale da rendere quasi ininfluente la loro azione di trattenimento.

Quindi, la scarsa presenza di elementi di collegamento, l’assenza di solai e di collegamenti intermedi, unita alla configurazione delle pareti alte e snelle, e la presenza di elementi spingenti (volte, cupole e tetti spingenti), sono tutti elementi che rendono il funzionamento di questa tipologia di strutture molto lontano dal modello scatolare di edificio, in cui i collegamenti tra gli elementi consentono un funzionamento globale della struttura.

Ma quali sono le conseguenze in caso di terremoto? Come si danneggia questa tipologia strutturale?
Il danno più probabile in questi edifici è il collasso locale derivato da meccanismi di primo modo. Nel caso delle chiese non vengono nemmeno presi in considerazione criteri di resistenza propri di un comportamento globale, irrealizzabile.

L’osservazione del danno su questa tipologia di edifici ha evidenziato comportamenti ricorrenti, legati a danni locali e meccanismi di collasso tipici per le diverse parti architettoniche, o macroelementi come la facciata, la navata, gli archi ecc., che si comportano in modo dinamicamente indipendente. Tutti questi meccanismi possono essere ricondotti alla perdita di equilibrio di porzioni strutturali, sottoposte a slittamento o rotazione, più che al raggiungimento di valori limite di resistenza dei materiali. Il vantaggio, se così stanno le cose, è che non sono necessarie dispendiose indagini sui materiali per comprenderne i valori limite di resistenza, né elaborati modelli numerici di grande onere computazionale. L’esperienza è sufficiente, basta saperla utilizzare.

Il comportamento per macroelementi degli edifici chiese in caso di terremoto
Come detto, nelle strutture delle chiese in caso di sisma si verifica la tendenza a un comportamento per macroelementi, molto differente dal modello a scatola. Ciò è dovuto soprattutto all’assenza di solai intermedi e di solai di copertura rigidi nel loro piano e ben collegati alle murature verticali. Succede allora che i singoli elementi costruttivi e architettonici delle chiese (facciata, timpano, pareti laterali, cappelle e absidi) non siano solo fondamentali elementi compositivi, ma altrettante porzioni dinamicamente indipendenti.
Il problema è quindi l’identificazione del macroelemento e del meccanismo che più probabilmente può coinvolgerlo.
Lesioni e deformazioni esistenti aiutano l’identificazione delle parti a rischio.
Le lesioni rappresentano perdite di continuità della struttura muraria, separazioni tra le singole parti. In questo caso, entità, direzione e verso di spostamento relativo dei due cigli, in diversi punti del loro sviluppo, costituiscono parametri essenziali per la comprensione del meccanismo che può essere innescato.
Le deformazioni, spesso meno evidenti rispetto alle lesioni e più difficili da rilevare, sottolineano le modifiche alla geometria originaria dell’edificio.

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Proprio a partire dal disegno delle lesioni sulle murature è possibile identificare le singole parti in cui scomporre il manufatto per interpretarne il comportamento come somma di diversi comportamenti indipendenti.
Il rilievo critico delle lesioni è quindi un aspetto fondamentale, con l’analisi del danneggiamento pregresso che considera sia gli effetti di dissesti statici, terminati o in atto, sia quelli di origine dinamica per terremoti passati. Ogni danno presente, infatti, costituisce un allontanamento dell’edificio dalla sua completa efficienza strutturale, introducendo altre vulnerabilità.

Ottoni 4_FIG 1_Lesioni e danni come conseguenza e preludio di meccanismi di collasso (Foto Federica Ottoni)

Lesioni e danni come conseguenza e preludio di meccanismi di collasso (Foto Federica Ottoni)

In questo scenario, anche i meccanismi di danno di secondo modo che possono innescarsi sono pericolosi perché le lesioni che ne derivano costituiscono vie privilegiate per l’innesco di successivi meccanismi di ribaltamento.
Ne deriva la particolare debolezza nei confronti delle azioni sismiche fuori dal piano dei singoli elementi, che porta a ribaltamenti, più o meno complessi, in ogni declinazione.
Primo passo di qualsiasi valutazione deve essere perciò sempre la verifica della qualità costruttiva della muratura e, ancora prima, dei materiali che la compongono: se la qualità non fosse sufficiente infatti si rischierebbe l’innesco di un preliminare “modo zero” di danno dell’edificio in quanto non potrebbe verificarsi la “condizione base” per reagire alle azioni (cioè la monoliticità degli elementi murari), nemmeno con un comportamento per macroelementi.

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