D.P.C.M. 12/10/2007

5.4.3 Chiese, luoghi di culto ed altre strutture con grandi aule, senza orizzontamenti intermedi L'analisi sistematica dei danni subiti dalle chiese in occasione dei principali eventi sismici italiani, a partire da quello del Friuli (1976) fino a quelli più recenti (Lunigiana e Garfagnana, 1995; Reggio Emilia, 1996; Umbria e Marche, 1997; Piemonte, 2000; Molise, 2002; Piemonte, 2003; Salò, 2004), ha evidenziato come il comportamento sismico di questa tipologia di manufatti possa essere interpretato attraverso la loro scomposizione in porzioni architettoniche (denominate macroelementi), caratterizzate da una risposta strutturale sostanzialmente autonoma rispetto alla chiesa nel suo complesso (facciata, aula, abside, campanile, cupola, arco trionfale, ecc.). Solo nel caso delle chiese a pianta centrale, dotate in genere di uno o più assi di simmetria in pianta e di una omogeneità costruttiva e buona connessione tra gli elementi, è significativo procedere attraverso un modello complessivo della costruzione (lineare o non lineare), valutando ad esempio la curva di capacità attraverso un’analisi incrementale a collasso. In ogni caso si dovranno verificare tutti gli effetti dovuti alle azioni spingenti di archi, volte e coperture. Nella maggior parte dei casi è preferibile procedere con verifiche locali, le quali in genere possono essere riferite ai diversi macroelementi, che diventano l’unità di riferimento per la verifica strutturale. Sul singolo macroelemento è possibile quindi condurre un’analisi statica, lineare o non lineare, ad esempio con un modello ad elementi finiti. Appaiono tuttavia più efficaci i metodi di analisi cinematica (lineare o non lineare), già introdotti al punto 5.2, descritti in Allegato B e previsti per la verifica dei meccanismi locali nell’edilizia esistente in muratura (Allegato 11.C dell’Ordinanza). Le incertezze nella scelta a priori del meccanismo (o dei meccanismi) di collasso, punto critico dell’approccio cinematico nell’ambito dell’analisi limite delle strutture, sono in questo caso molto limitate, proprio grazie all’approfondita conoscenza sulle modalità di danneggiamento delle chiese, derivante dal rilievo sistematico dei danni. La valutazione della sicurezza sismica, finalizzata al progetto di un intervento di miglioramento, deve utilizzare una lettura attenta sia dei danni che la chiesa ha manifestato storicamente, sia dei dettagli costruttivi significativi nei riguardi della risposta ad azioni orizzontali. Nel caso di interventi di riparazione e miglioramento a seguito di un evento sismico, l’individuazione dei macroelementi e dei corrispondenti meccanismi di collasso, dovrà necessariamente essere correlata al funzionamento accertato attraverso la lettura del danno sismico. Nell’eventualità di operare preventivamente, l’analisi sistematica dei dettagli costruttivi (qualità della muratura, ammorsamenti, presenza di presidi antisismici, ecc.) può consentire l’individuazione dei macroelementi e dei meccanismi di danno che possono essere più facilmente attivabili; in questi casi, la lettura degli eventuali danni storici può essere solo un ausilio, in quanto la costruzione potrebbe essersi modificata rispetto al momento in cui si verificò il terremoto. In tale ottica, la necessità di operare un’analisi complessiva LV3 (valutazione complessiva della risposta sismica del manufatto) o locale LV2 (valutazione su singoli macroelementi dei meccanismi locali di collasso), non determina una sostanziale differenza nell’approccio al problema della modellazione. Nel caso si debbano progettare interventi che possono modificare la risposta globale, si dovrà effettuare una valutazione della accelerazione al suolo prima e dopo l’intervento per tutti i macroelementi della chiesa, in relazione ai diversi stati limite. Nello stato attuale dovrà essere valutata preliminarmente la ripartizione delle azioni sismiche orizzontali tra i macroelementi; nello stato di progetto, le modifiche strutturali introdotte con l’intervento (masse, rigidezze, collegamenti) potrebbero incidere sull’originale ripartizione delle azioni sismiche, con effetti anche negativi su alcuni macroelementi (una corretta strategia di intervento che tuttavia non conserva il funzionamento accertato, consiste proprio nello sfruttare, in modo limitato e controllato, le maggiori risorse di alcuni elementi). Nel caso in cui l’intervento riguardi un’area limitata (ad esempio in concomitanza con interventi di restauro su apparati decorativi), la valutazione può limitarsi al livello LV2, risultando superflua e problematica una valutazione complessiva della chiesa (questo avviene in particolare per chiese di gradi dimensioni e complessità, in concomitanza con interventi locali per i quali la disponibilità finanziaria è limitata). L’analisi, pertanto, sarà effettuata a livello del singolo macroelemento sul quale si interviene, con lo scopo di controllare l’efficacia dell’intervento (confronto tra sicurezza prima e dopo) e la congruità rispetto alla pericolosità del sito. In questi casi, essendo la valutazione della capacità dell’intero organismo comunque richiesta, è possibile adottare un metodo semplificato (LV1), quale ad esempio quello proposto nel seguito. Nell’eventualità di operare preventivamente, l’analisi sistematica dei dettagli costruttivi (qualità della muratura, ammorsamenti, presenza di presidi antisismici, ecc.) può consentire l’individuazione dei macroelementi e dei meccanismi di danno che possono essere più facilmente attivabili; in questi casi, la lettura degli eventuali danni storici può essere solo un ausilio, in quanto la costruzione potrebbe essersi modificata rispetto al momento in cui si verificò il terremoto. In tale ottica, la necessità di operare un’analisi complessiva LV3 (valutazione complessiva della risposta sismica del manufatto) o locale LV2 (valutazione su singoli macroelementi dei meccanismi locali di collasso), non determina una sostanziale differenza nell’approccio al problema della modellazione. Nel caso si debbano progettare interventi che possono modificare la risposta globale, si dovrà effettuare una valutazione della accelerazione al suolo prima e dopo l’intervento per tutti i macroelementi della chiesa, in relazione ai diversi stati limite. Nello stato attuale dovrà essere valutata preliminarmente la ripartizione delle azioni sismiche orizzontali tra i macroelementi; nello stato di progetto, le modifiche strutturali introdotte con l’intervento (masse, rigidezze, collegamenti) potrebbero incidere sull’originale ripartizione delle azioni sismiche, con effetti anche negativi su alcuni macroelementi (una corretta strategia di intervento che tuttavia non conserva il funzionamento accertato, consiste proprio nello sfruttare, in modo limitato e controllato, le maggiori risorse di alcuni elementi). Nel caso in cui l’intervento riguardi un’area limitata (ad esempio in concomitanza con interventi di restauro su apparati decorativi), la valutazione può limitarsi al livello LV2, risultando superflua e problematica una valutazione complessiva della chiesa (questo avviene in particolare per chiese di gradi dimensioni e complessità, in concomitanza con interventi locali per i quali la disponibilità finanziaria è limitata). L’analisi, pertanto, sarà effettuata a livello del singolo macroelemento sul quale si interviene, con lo scopo di controllare l’efficacia dell’intervento (confronto tra sicurezza prima e dopo) e la congruità rispetto alla pericolosità del sito. In questi casi, essendo la valutazione della capacità dell’intero organismo comunque richiesta, è possibile adottare un metodo semplificato (LV1), quale ad esempio quello proposto nel seguito. Per quanto appena detto, nella maggior parte delle chiese risulta scarsamente significativo assumere un comportamento unitario e complessivo; pertanto, anche per la notevole varietà tipologica e costruttiva delle chiese, si preferisce non definire un modello meccanico semplificato di valutazione della sicurezza sismica, basato su un numero limitato di parametri, così come è stato fatto per la tipologia dei palazzi. Ferma restando la possibilità di definire modelli semplificati specifici, validi per il caso in esame o per gruppi di manufatti, un’alternativa per la valutazione LV1 è fare ricorso ai parametri della scheda di rilievo del danno e della vulnerabilità12, che costituisce un’esperienza precedente alla stesura di questa Direttiva e già consolidata; l’accelerazione massima al suolo corrispondente ai diversi stati limite può essere correlata ad un indicatore numerico, l’indice di vulnerabilità iV, ottenuto attraverso una opportuna combinazione di punteggi assegnati ai diversi elementi di vulnerabilità e di presidio antisismico. La scheda per il rilievo del danno e della vulnerabilità delle chiese è stata utilizzata nelle emergenze sismiche a partire dal 1995; la notevole mole di dati raccolti (oltre 4000 chiese) ha consentito, attraverso elaborazioni statistiche, di stabilire una relazione tra l’azione sismica ed il danno, in funzione di un parametro di vulnerabilità della chiesa. E’ evidente che una stima così eseguita assume una valenza puramente statistica, ma questo approccio può essere considerato corretto se rivolto ad un’analisi territoriale, al fine di stabilire liste di priorità e programmare al meglio valutazioni più approfondite ed indirizzare verso interventi di prevenzione. Peraltro, l’uso di un modello unitario, per valutazioni di questa natura, consente un più oggettivo confronto relativo in termini di rischio sismico. La metodologia considera 28 meccanismi di danno, associati ai diversi macroelementi che possono essere presenti in una chiesa. Con riferimento alla valutazione della vulnerabilità, è necessario rilevare quei particolari tipologici e costruttivi che giocano un ruolo fondamentale nella risposta sismica del manufatto; in particolare vengono considerati indicatori di vulnerabilità e di presidio antisismico. In Allegato C sono elencati i 28 meccanismi, unitamente ad una lista di presidi e di indicatori di vulnerabilità, cui è possibile aggiungerne altri, in relazione agli aspetti caratteristici della singola chiesa o del costruito nell’area geografica in esame. 12 Scheda chiese di II livello per il rilievo del danno e della vulnerabilità: in Regione Molise, Consiglio Nazionale delle Ricerche. Beni Monumentali e Terremoto: dall’emergenza alla ricostruzione, DEI Tipografia del Genio Civile, Roma, 2005 (Capitolo 4, Allegati C1, C2 e C3). Il comportamento sismico dell’intero edificio è rappresentato, su base statistica, da un indice di vulnerabilità, variabile tra 0 e 1, che è definito come media pesata del comportamento delle diverse parti della chiesa: Il comportamento sismico dell’intero edificio è rappresentato, su base statistica, da un indice di vulnerabilità, variabile tra 0 e 1, che è definito come media pesata del comportamento delle diverse parti della chiesa: ....k ..vki ..vkp .... 1k1 1 i ....(5.14) V628 2 ....k k1 dove, per il k-esimo meccanismo: vki e vkp sono, rispettivamente, il punteggio ottenuto dal rilievo degli indicatori di vulnerabilità e dei presidi antisismici (Tabella 5.1); ..k è il peso attribuito al meccanismo (esso vale 0 per i meccanismi che non si sarebbero potuti attivare nella chiesa, per la mancanza del macroelemento, mentre è compreso tra 0.5 e 1 negli altri casi). Nel corso dei numerosi rilievi effettuati su chiese danneggiate dal terremoto, è stato inoltre valutato il livello di danno subito da ogni macroelemento, in relazione ai diversi possibili meccanismi di danno. Ciò porta a definire un indice di danno, variabile tra 0 e 1, come media normalizzata dei danni locali: 28

1 ....kdk id k 1 (5.15) 5 28 ....k k1 dove dk è il livello di danno subito nei riguardi del k-esimo meccanismo (da 0 a 5). Tabella 5.1. Valutazione del punteggio di vulnerabilità per ogni meccanismo di danno. Numero degli indicatori di vulnerabilità o dei presidi antisismici Giudizio dell’efficacia vk almeno 1 3 3almeno 2 2 1 2 2almeno 2 1 1 1 1 Nessuno 0 0 Dall’analisi statistica dei danni subiti, sono state valutate le distribuzioni probabilistiche associate a diverse intensità sismiche (matrici di probabilità di danno), al variare dell’indice di vulnerabilità. Attraverso una opportuna correlazione tra l’intensità e l’accelerazione di picco al suolo, è stato possibile definire una correlazione diretta tra l’input sismico e la vulnerabilità rilevata. Ciò consente di calcolare, per ogni chiesa, i valori dell’accelerazione al suolo, corrispondenti allo stato limite di danno (SLD) ed allo stato limite di collasso (SLU). Di seguito sono riportate le funzioni di correlazioni proposte: 2.75..3.44i v aSLD 0.025 ..1.8 (5.16) 5.1..3.44i v aSLU 0.025..1.8 (5.17) A titolo di esempio, si riporta in tabella 5.2 l’indice di vulnerabilità che corrisponde ad una accelerazione al suolo allo SLD e SLU uguale a quella prevista per le quattro zone sismiche, per suolo di tipo A: ovviamente, in ciascuna situazione l’indice di sicurezza sismica risulta maggiore di uno se l’indice di vulnerabilità è inferiore al valore in tabella.Dalla stessa tabella emerge che si può ritenere che una chiesa in zona 4 risulti sempre mediamente protetta rispetto allo SLU, mentre in zona 1 lo siano mediamente solo le chiese con vulnerabilità bassa (iV<0.18); è anche interessante notare, confermando quanto emerso in occasione dei terremoti di bassa intensità, che queste strutture sono più sensibili nei riguardi dello SLD che dello SLU. Tabella 5.2. Valori massimi dell’indice di vulnerabilità per la verifica nelle diverse zone sismiche. Tabella 5.2. Valori massimi dell’indice di vulnerabilità per la verifica nelle diverse zone sismiche. Zona 2 Zona 3 Zona 4 SLU 0.18 0.34 0.6 1 SLD 0 0.11 0.37 0.91 Accanto alla valutazione dell’indice di sicurezza complessivo della costruzione, ottenuto come sopra illustrato, è opportuno segnalare la presenza di elementi o meccanismi ai quali è associata una vulnerabilità particolarmente alta.