LA DISGREGAZIONE MURARIA

La progettazione degli interventi alla luce degli ultimi terremoti

Gli Eventi Sismici del 2016

Il 24 Agosto 2016 ad Accumoli, in provincia di Rieti, viene registrato il primo terremoto di magnitudo Richter 6.0, ad una profondità di 8 km dall’epicentro e della durata di circa 20 secondi, causando una ingente quantità di danni soprattutto nella città di Amatrice situata ad una distanza di 9 km.

A questo evento sono seguite poi numerose repliche e scosse secondarie, la più forte delle quali di magnitudo pari a 5.3 registrata nel Comune di Norcia.

Il 26 Ottobre sono i Comuni di Castelsantangelo sul Nera ed Ussita ad avere la peggio con due eventi sismici di magnitudo pari a 5.4 e 5.9.

La successiva scossa del 30 Ottobre con epicentro Norcia, di magnitudo pari a 6.5, fa registrare il più forte evento sismico avvenuto in Italia da quello dell’Irpinia del 1980.

La scossa non causa vittime ma porta al crollo di numerosi edifici e strutture, simboli delle città come la Basilica di San Benedetto, Castelluccio di Norcia, Campi e ciò che ancora rimaneva in piedi della città di Amatrice.

I successivi eventi sismici non risparmiano poi i Comuni di Preci (al quale sono molto legato), Pieve Torina, Montereale, Capitignano, ecc…, coinvolgendo poi tutti i Comuni ad essi limitrofi come tutto il comprensorio della Valnerina e di Spoleto.

Il comportamento degli edifici in zona sismica

I recenti eventi sismici avvenuti nel Cratere del Centro Italia nel 2016 ed in particolar modo la sequenza sismica Amatrice-Norcia-Visso (come definita dall’INGV) hanno aperto la strada ad innumerevoli considerazioni sul comportamento degli edifici in caso di terremoti di questa entità.

Alcuni tra gli aspetti rilevanti delle sequenze registrate sono:

• l’intensità;
• la durata;
• le successive repliche e lo sciame sismico.

Ogni terremoto in cui purtroppo siamo stati chiamati ad intervenire come Ingegneri alla riparazione dei danni, è sempre stato caratterizzato da una forte scossa iniziale seguita da uno sciame sismico (scosse di ordine inferiore) limitato nel tempo.

In questo caso si sono registrate diverse scosse di magnitudo elevata ed intensità paragonabili a quelle principali. Non solo, la terra non smetteva di tremare, lo sciame sismico è durato per giorni.

Questi aspetti hanno portato ad analizzare diversi fattori a volte posti in secondo piano, quali:

• la componente del sisma verticale;
• la combinazione delle varie componenti sismiche;
• la frequenza delle successive scosse.

Numerosi sono stati gli studi fatti sulla dinamica del terremoto, ma uno degli aspetti maggiormente rilevanti da prendere in considerazione riguarda l’elevata componente verticale del sisma registrata, che ha raggiunto la forza di gravità.

Cosa vuol dire in parole semplici? Gli edifici si sono trovati per qualche frazione di secondo in assenza di gravità. Non solo, alla componente verticale era associata quella orizzontale che ha generato un vero e proprio “Shaker” ed un’azione di Taglio puro nelle compagini murarie.

Molti edifici mostravano un quadro fessurativo con lesioni pressoché orizzontali. Inoltre, il continuo ripetersi delle scosse ha messo in luce la seconda grande vulnerabilità del costruito, ovvero la sua limitata capacità di dissipare energia.

Gli edifici che hanno retto bene alla prima scossa non hanno poi resistito a quelle successive, avvalorando la tesi esposta dall’amico e collega Arch. Ing. Massimo Mariani sulla “Memoria del Danno”. Le strutture per rispondere alle azioni sismiche devono dissipare energia a scapito di deformazioni e rotture.

Tale capacità è limitata e non si rigenera, pertanto anche se a seguito delle prime scosse non si registrano danneggiamenti vistosi, una volta esaurita questa loro capacità è sufficiente un’azione anche inferiore per generare un danno grave o un crollo dell’edificio.

Con il passare del tempo gli edifici diventano sempre più fragili.

Vulnerabilità Sismica

Gli edifici in muratura sono basati su un principio di funzionamento legato al peso proprio. La loro stabilità e resistenza alle azioni è legata proprio allo sforzo Normale; resistono bene alla compressione e pressoflessione e poco alla trazione.

Quando però le azioni dinamiche sono notevoli e soprattutto si registra un’azione di taglio puro legata all’assenza di gravità, allora questo principio inizia a vacillare.

In parole povere le murature hanno bisogno di resistere alla trazione e la sola resistenza alla compressione non è più sufficiente (nel Cerchio di Mohr non ci sono solo Sigma ma anche Tau).

Qualità muraria

Per meglio comprendere gli aspetti legati alla terapia dei dissesti conviene partire dalle basi.

Gli edifici in muratura rappresentano un insieme organizzato di vari elementi costruttivi quali fondazioni, pareti e solai, legati insieme a formare la cosiddetta scatola muraria.

La resistenza della struttura è dovuta da un lato all’efficacia delle connessioni tra i vari elementi, dall’altro alla tipologia, che può essere:

• pietra;
• laterizio (pieno o semipieno);
• calcestruzzo (blocchetti);
• tufo;

(si tralasciano per il momento le tipologie della muratura armata e delle pareti debolmente armate in blocchi cassero).

A questa prima suddivisione si aggiungono poi ulteriori possibilità di differenziazione legate alla qualità muraria; ovvero come questo insieme di elementi singolari (pietre, mattoni, blocchi) siano stati legati tra loro per andare a costituire la parete.

Quindi:

• qualità della materia prima;
• forma e dimensioni (pietre “Rotolose” o squadrate);
• tipologia, qualità e stato conservativo della malta;
• presenza di vuoti, discontinuità, collegamenti trasversali;
• presenza di aperture e loro organizzazione;
• spessore della parete;
• ecc….

Tutti questi aspetti generano una infinita possibilità di combinazioni che rendono unico ogni edificio su cui siamo poi chiamati alla progettazione degli idonei interventi di Riabilitazione Strutturale.

Le Muratura in pietra e la Disgregazione Muraria

Le murature in pietra sono spesso caratterizzate da un doppio paramento, interno ed esterno, ed in base al loro spessore troviamo la presenza nel mezzo di elementi di pezzatura minore o addirittura dei vuoti, le cosiddette murature a sacco.

Dallo studio del loro comportamento a seguito di eventi sismici di notevole intensità, si è evidenziato come queste siano caratterizzate da una struttura tutt’altro che monolitica e da comportamenti disgregativi. Pertanto uno degli aspetti più importanti da valutare nella scelta degli interventi di consolidamento e riduzione della vulnerabilità sismica di tale tipo di murature riguarda il fenomeno della “Disgregazione Muraria”.

Dai rilievi eseguiti a seguito dei crolli registrati nei Comuni gravemente colpiti dal terremoto, è stato possibile comprendere meglio tale fenomeno. I cumuli di macerie che hanno invaso le strade erano riconducibili all’edificio ad esse adiacenti, ovvero la muratura crollata rimaneva in prossimità della parete e non andava dall’altro lato della strada, come indurrebbe a pensare un cinematismo di ribaltamento monolitico della parete.

Questo avviene in quanto nelle pareti a doppia cortina troviamo uno stato tensionale differente tra i due lati. Mentre quello interno risulta caricato dai solai, in quanto le travi risultano inserite per circa la metà dello spessore murario, quello esterno è soggetto al solo peso proprio della parete.

In basso troviamo lo stato tensionale maggiore e la scarsa presenza di collegamenti trasversali gioca un ruolo importante nel comportamento dinamico della struttura, la cui cortina esterna crea inizialmente un’ansa, uno spanciamento in basso, per poi disgregare ed innescare la rovinosa caduta a terra dell’edificio.

Le Murature regolari in elementi squadrati

Rientrano in questa categoria tutte le murature costituite da elementi squadrati di varia tipologia di materiale, pietra, laterizio (pieno o semipieno), calcestruzzo, tufo e argilla.

In questi casi non abbiamo fenomeni di disgregazione muraria, il loro comportamento è legato alla resistenza del materiale, dimensioni dei blocchi e dalla loro disposizione ed ingranamento.

Tra i principali problemi legati a questo genere di murature troviamo:

• elevata percentuale di vuoti dei blocchi di laterizio (tipo Occhialoni);
• scarsa resistenza a compressione dei blocchi in tufo e di quelli in argilla espansa (aimè ritrovati in diversi cantieri della valnerina);
• assenza di collegamenti negli incroci d’angolo;
• ecc….

Tali aspetti portano a comportamenti fragili delle murature e ad una elevata Vulnerabilità Sismica, in quanto presentano una scarsa capacità dissipativa.

Le murature con elevate percentuali di vuoti, al contrario di quelle di pietra squadrata, soggette ad azioni sussultorie di martellamento, presentano fenomeni di “esplosione”, ovvero avviene l’espulsione della parete (lamella) esterna del blocco.

Le murature di tufo tenero presentano invece quadri fessurativi caratterizzati da lesioni diagonali e distacco dei blocchi in corrispondenza degli incroci d’angolo.

Riabilitazione Strutturale

La Riabilitazione Strutturale è quella disciplina che si occupa del risanamento delle strutture che hanno evidenziato problemi o che siano state oggetto di un eventuale dissesto e/o danneggiamento, definendo un progetto mirato di riduzione della vulnerabilità basato su una scrupolosa diagnosi iniziale del paziente e rispettandone al tempo stesso le sue caratteristiche originarie.

Le Norme Tecniche per le Costruzioni

A livello normativo le Norme Tecniche sulle Costruzioni 2018 e la successiva Circolare applicativa del 21 Gennaio 2019, ci vengono incontro definendo 3 tipologie di interventi possibili da realizzare sulle Costruzioni esistenti sulla base della sequenza logica ed operativa:

• Interventi di riparazione o locali;
• Interventi di miglioramento;
• Interventi di adeguamento;

Tale suddivisione deve far riflettere sulle priorità di intervento nella fase di progettazione.

La Diagnosi

Tutto parte dall’accuratezza della fase di rilievo e di diagnosi del fabbricato, più riusciamo ad approfondire lo studio iniziale, più mirato sarà l’intervento. Prendiamoci del tempo da passare con la struttura, progettando un adeguato Piano delle indagini che preveda:

• rimozione degli intonaci,
• ispezione dei solai e della copertura,
• saggi fondali per comprendere la loro conformazione ed il piano di imposta,
• prove in sito per la determinazione delle caratteristiche meccaniche delle murature,
• ecc…,

ottenendo così il rilievo materico e l’eventuale quadro fessurativo del paziente, nonché dei dati necessari alla comprensione dell’eventuale stato di sofferenza, fase di anamnesi.

Solo dopo tale studio potremmo iniziare ad avanzare le prime ipotesi di intervento in base ad un ordine logico delle vulnerabilità riscontrare.

Il progetto di Riabilitazione Strutturale

Gli interventi potranno essere di tipo locale o diffuso, in base alla tipologia di intervento ed al grado di sicurezza che dobbiamo raggiungere, ma anche al budget a disposizione.

Gli interventi potranno variare da:

• sostituzione della muratura con elementi in mattoni pieni mediante la tecnica dello Scuci e Cuci;
• chiusura delle nicchie e delle cavità presenti, quali ad esempio vecchi camini non più utilizzati, tipici del costruito storico in quanto in antichità i camini erano l’unica fonte di riscaldamento possibile e pertanto è facile ritrovarne la presenza in ogni stanza (in base all’importanza dell’edificio/palazzo);
• collegamento dei cantonali murari;
• inserimento di catene in acciaio al fine di assicurare un comportamento quanto più scatolare possibile del fabbricato;
• inserimento di fasce in acciaio per il confinamento della struttura;
• sostituzione degli architravi, per garantire la ridistribuzione efficace dello stato tensionale nelle pareti ed il loro mutuo collegamento, offrendo una maggiore rigidezza dei setti data dalla riduzione della deformabilità degli stessi (un architrave efficace è in grado di trasmettere azioni di Flessione e Taglio e consente di ridurre la luce libera di inflessione dei setti murari);
• consolidamento dei solai e/o loro sostituzione con realizzazione di caldane armate alleggerite;
• collegamento dei solai alle murature mediante realizzazione di cordolature di piano in elementi di acciaio, quali piatti o angolari, annegati nella caldana armata;
• riduzione delle spinte dovute alla presenza di archi o volte;
• riduzione delle spinte dovute alla presenza di elementi spingenti in copertura (diagonali o orditure inclinate);
• sostegno o rimozione di setti portanti posti in falso sopra ai solai;
• presenza di elementi secondari non ancorati efficacemente alla struttura, quali sporti di gronda, comignoli e balconi.

Questa lista è una sorta di vademecum di intervento alla quale vanno poi aggiunti tutti gli interventi di carattere più o meno diffuso, quali:

• intonaci armati, mediante sistemi classici o più moderni quali CRM o FRCM;
• ristilatura armata, per conservare l’aspetto faccia-vista dei paramenti murari, mediante inserimento di trefoli in acciaio INOX posti all’interno dei ricorsi di malta e tenuti da barre filettate di collegamento trasversale della muratura;
• iniezioni della muratura, con malte a base di calce (che preservi le caratteristiche e la traspirabilità delle murature) o cemento;
• cuciture attive nella muratura;
• ecc….

Conclusioni

La corretta progettazione degli interventi deve sempre partire da un’attenta analisi del fabbricato e dallo studio del dissesto; si devono prima individuare le vulnerabilità e/o le causa del danneggiamento e solo poi progettare interventi mirati alla loro eliminazione per poi proseguire incrementando la sicurezza sismica del complesso.

Oltre alla fase progettuale bisogna poi porre particolare attenzione nella fase di esecuzione dei lavori per evitare di vanificare tutto.

Si deve instaurare il giusto rapporto di fiducia e l’adeguata sinergia tra tutte le figure tecniche: Architetti, Geometri, Periti, Ingegneri, Geologi, l’impresa e gli operai, quest’ultimi a maggior ragione in quanto maggiormente presenti in cantiere e responsabili dell’esecuzione.

Gli edifici esistenti nascondono sempre delle insidie che minano la bonarietà del progetto ed è per questo che anche la fase di Direzioni dei Lavori riveste un ruolo chiave nella buona riuscita degli interventi.

Una volta approntato il cantiere si hanno maggiori possibilità di indagare il fabbricato spogliandolo delle sue vesti (rimozione di intonaci e finiture varie). È in questa fase che si andranno a riverificare tutte le previsioni progettuali aggiustando il tiro laddove necessario.

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Buona progettazione a tutti!
A Presto
Marco