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

5.1 Il comportamento sismico delle costruzioni storiche in muratura Le strutture storiche in muratura costituiscono un insieme estremamente vario e complesso per tipologie e tecniche costruttive, per cui l’analisi del loro comportamento strutturale e la valutazione della loro sicurezza sono condizionate da notevoli incertezze nella definizione delle proprietà meccaniche dei materiali e delle condizioni di vincolo tra gli elementi. Queste costruzioni non sono state progettate utilizzando i principi della meccanica dei materiali e delle strutture bensì su un approccio basato sull’intuizione e l’osservazione, utilizzando i principi dell’equilibrio dei corpi rigidi e sperimentando il comportamento delle costruzioni già realizzate; tutto ciò ha progressivamente portato ad affinare criteri esecutivi e di proporzionamento geometrico, configurabili come regole dell’arte. Sebbene tale approccio non sia scientificamente rigoroso e risulti affidabile solo se utilizzato all’interno dei limiti di validità della regola (come è dimostrato dai crolli sperimentati nel passato quando si superavano tali limiti), riconoscere in una costruzione la conformità alle regole dell’arte può costituire un primo elemento di valutazione della sicurezza. Regole dell’arte possono essere riconosciute anche nelle tecniche costruttive, che mostrano una specificità locale frutto di un progressivo affinamento nell’uso dei materiali disponibili in zona (la varietà delle tipologie murarie, in relazione alle caratteristiche degli elementi costituenti, è emblematica al riguardo). Oltre alla conformità alle regole dell’arte, un ulteriore elemento di valutazione può essere il “collaudo” della storia, di cui l’esistenza stessa della costruzione ci fornisce testimonianza. Tale collaudo, tuttavia, risulta spesso insufficiente nei riguardi della prevenzione dal rischio sismico, in quanto una costruzione (pur se antica) potrebbe non essere ancora stata colpita da un terremoto violento, quello che viene assunto dalle norme per valutare la sicurezza nei riguardi dello stato limite ultimo. Il terremoto con probabilità di superamento del 10% in 50 anni) corrisponde ad un periodo di ritorno di 475 anni, ovvero questo è il tempo che statisticamente intercorre tra due terremoti di quella intensità; esiste tuttavia la possibilità che nella storia sismica del sito un tale evento possa essere ritrovato anche molto più lontano nel tempo. Inoltre, occorre considerare che la capacità della struttura può essersi modificata per un effetto di accumulo del danno, dovuto a passati terremoti di minore intensità, a causa di dissesti di altra natura e per le trasformazioni che spesso interessano le costruzioni storiche. È opportuno evidenziare come, oltre a fattori di natura economica, la cultura costruttiva antisismica in un’area geografica sia influenzata dal livello di pericolosità sismica e dalla ricorrenza dei terremoti. In aree ad alta sismicità (caratterizzate dalla possibilità di terremoti violenti e dalla presenza di terremoti significativi con una certa frequenza), l’esperienza ha portato a mettere a punto soluzioni costruttive efficaci per la riduzione della vulnerabilità: contrafforti, catene, ammorsamenti, ecc.; questi elementi di presidio antisismico diventano parte integrante delle regole costruttive, specie nelle regioni con terremoti frequenti. Nelle aree a bassa sismicità (terremoti rari e non distruttivi), invece, tali accorgimenti sono stati messi in atto solo nelle riparazioni o nelle ricostruzioni a seguito dei pochi terremoti significativi, ma il loro uso da parte dei costruttori si perdeva dopo qualche generazione, in quanto essi apparivano ben presto immotivati. Risulta pertanto evidente come dovendo valutare oggi la sicurezza di una costruzione esistente, i suddetti elementi di valutazione debbano essere accuratamente acquisiti, attraverso un’adeguata conoscenza, ma non 10 Per i primi, in assenza di informazioni relative, le indagini dovranno essenzialmente tendere ad escludere la presenza di suoli tipo S1-S2 e, se ritenuto decisivo in termini di scelte progettuali e/o funzionali (eventuali cambi di destinazione d’uso), definire la macro-categoria di appartenenza (A, B-C-E, D). Per le seconde, le indagini potranno, in generale, essere omesse qualora, su responsabile o motivato giudizio del tecnico ed in relazione alle caratteristiche dei terreni, siano contemporaneamente verificate le seguenti circostanze: (a) nella costruzione non siano presenti dissesti attribuibili a cedimenti delle fondazioni; (b) gli interventi non comportino alterazioni dello schema strutturale della costruzione sostanziali per la trasmissione delle sollecitazioni al terreno, né rilevanti modificazioni dei pesi e dei sovraccarichi; (c) non siano in atto modificazioni sensibili dell’assetto idrogeologico della zona che possano influenzare la stabilità delle fondazioni. In caso contrario, le indagini saranno limitate a valutare i parametri che influenzano la circostanza non verificata. si possa in ogni caso prescindere da una analisi strutturale, finalizzata a tradurre in termini meccanici e quantitativi il comportamento accertato nella costruzione. Per eseguire tale analisi sono disponibili diversi modelli, che possono risultare più o meno accurati ed interessare l’intera costruzione o sue singole parti. In Allegato B sono illustrati il funzionamento meccanico della muratura, l’interazione tra i diversi elementi che compongono una costruzione storica e le possibili strategie di modellazione strutturale. si possa in ogni caso prescindere da una analisi strutturale, finalizzata a tradurre in termini meccanici e quantitativi il comportamento accertato nella costruzione. Per eseguire tale analisi sono disponibili diversi modelli, che possono risultare più o meno accurati ed interessare l’intera costruzione o sue singole parti. In Allegato B sono illustrati il funzionamento meccanico della muratura, l’interazione tra i diversi elementi che compongono una costruzione storica e le possibili strategie di modellazione strutturale. Metodi di analisi sismica

5.2.1 Premessa Nel caso degli edifici esistenti in muratura, è possibile ricorrere a diversi metodi di analisi, in funzione del modello con il quale vengono descritte la struttura ed il suo comportamento sismico. Nel caso del patrimonio culturale, la valutazione della capacità della struttura e della sicurezza sismica andranno effettuate, sia a livello locale che complessivo, utilizzando un opportuno metodo di analisi. In particolare è possibile fare riferimento ai seguenti: . analisi statica lineare . analisi dinamica modale . analisi statica non lineare . analisi dinamica non lineare Nel seguito vengono illustrate le condizioni ed i limiti di utilizzo dei metodi di analisi sopra indicati in relazione alle specificità del patrimonio culturale.

5.2.2 Analisi statica lineare L’azione sismica di riferimento al suolo, per lo stato limite ultimo, viene in questo caso ridotta attraverso il fattore di struttura, per consentire una verifica in campo elastico; in questo modo si tiene implicitamente conto delle ulteriori capacità di spostamento, una volta raggiunta la resistenza limite, prima che la struttura arrivi allo stato limite ultimo. Si sottolinea che l’applicazione di questo metodo nel caso di edifici storici può risultare problematica per la difficoltà di definire appropriati fattori di struttura, con possibili conseguenze sulla definizione degli interventi. Nel caso di un’analisi elastica lineare ad elementi finiti, il modello deve essere sottoposto ad un sistema di forze orizzontali la cui entità complessiva è definita nell’Ordinanza (punto 4.5.2). Tali forze possono essere distribuite in ragione della quota delle diverse masse, in accordo con quanto indicato nell’Ordinanza, solo nel caso di costruzioni assimilabili dal punto di vista strutturale ad un edificio ordinario. Negli altri casi dovranno essere assunte: a) una distribuzione di forze proporzionale alle masse; b) una distribuzione di forze proporzionale al principale modo di vibrazione nella direzione di analisi, stimato sulla base della distribuzione delle rigidezze e delle masse nei diversi elementi ed eventualmente corretto con procedimenti iterativi. Il periodo di vibrazione potrà essere stimato con la formula indicata nell’Ordinanza solo nel caso di strutture assimilabili ad edifici; per le altre strutture dovrà essere stimato con formule opportune o ricavato a partire dalla forma modale principale, adottando, per i materiali, i valori dei moduli elastici fessurati. Il valore da assumersi per il fattore di struttura dovrà essere giustificato dalle capacità di spostamento della struttura in campo fessurato, valutato sulla base sia della tipologia di manufatto, sia della qualità costruttiva (materiali, dettagli costruttivi, collegamenti). Gli effetti torsionali accidentali possono essere trascurati, a meno che non si ritengano particolarmente significativi nel caso specifico. È tuttavia opportuno segnalare che l’uso di un’analisi elastica lineare ad elementi finiti ha in genere poco significato per una struttura complessa, in quanto si ottengono valori puntuali dello stato tensionale nel materiale muratura, da confrontarsi per la verifica con i valori caratteristici di resistenza del materiale. Con questo tipo di analisi si riscontrano, generalmente, tensioni di trazione, non accettabili nella muratura, o elevate tensioni di compressione, molto influenzate dalla discretizzazione in elementi finiti (concentrazioni tensionali negli spigoli). Le verifiche puntuali potrebbero quindi non essere soddisfatte anche in condizioni che nella realtà sono sicure, a seguito di una locale ridistribuzione tensionale nelle aree interessate. Nel caso di palazzi e ville, ovvero di edifici caratterizzati da pareti di spina ed orizzontamenti intermedi, è possibile fare ricorso ad un modello a telaio equivalente, che consente una verifica a livello dell’elemento strutturale (elementi portanti verticali e orizzontali) e non di tipo puntuale. In questo caso, essendo le condizioni di verifica del singolo elemento riferite a condizioni locali fessurate, l’analisi statica lineare può essere considerata maggiormente significativa. Nel caso in cui l’analisi sismica sia basata sulla valutazione distinta di diversi meccanismi locali, sia per una valutazione complessiva del manufatto, sia per una verifica nelle sole zone oggetto di intervento, è possibile utilizzare gli strumenti dell’analisi limite, in particolare nella forma del teorema cinematico. L’analisi cinematica lineare, come definita nell’Ordinanza (Allegato 11.C), consiste nel calcolo del moltiplicatore orizzontale dei carichi che attiva il meccanismo di collasso e nella valutazione della corrispondente accelerazione sismica al suolo. Per la verifica allo SLU, tale accelerazione viene confrontata con quella di riferimento, ridotta attraverso un opportuno fattore di struttura. condizioni di verifica del singolo elemento riferite a condizioni locali fessurate, l’analisi statica lineare può essere considerata maggiormente significativa. Nel caso in cui l’analisi sismica sia basata sulla valutazione distinta di diversi meccanismi locali, sia per una valutazione complessiva del manufatto, sia per una verifica nelle sole zone oggetto di intervento, è possibile utilizzare gli strumenti dell’analisi limite, in particolare nella forma del teorema cinematico. L’analisi cinematica lineare, come definita nell’Ordinanza (Allegato 11.C), consiste nel calcolo del moltiplicatore orizzontale dei carichi che attiva il meccanismo di collasso e nella valutazione della corrispondente accelerazione sismica al suolo. Per la verifica allo SLU, tale accelerazione viene confrontata con quella di riferimento, ridotta attraverso un opportuno fattore di struttura. Analisi dinamica modale L’analisi dinamica modale viene condotta attraverso un modello elastico lineare (ad esempio ad elementi finiti) e quindi la sua attendibilità nella valutazione del comportamento in condizioni limite di resistenza, per gli antichi manufatti architettonici in muratura, è spesso limitata. Infatti, nel caso di strutture complesse, le analisi lineari possono essere utilmente applicate solo quando, dal confronto tra domanda e capacità, emerge che l’escursione in campo non lineare è modesta. Può essere utilizzata per valutare il modo principale di vibrazione in ciascuna direzione (quello cui corrisponde il massimo valore del coefficiente di partecipazione) e determinare quindi un’attendibile distribuzione di forze da adottare nell’analisi statica lineare. Più discutibile è, invece, considerare il contributo dei modi superiori, che hanno poco significato per una struttura caratterizzata da un comportamento non lineare dei materiali già per valori modesti dell’azione orizzontale. L’analisi modale con spettro di risposta, che presuppone il principio di sovrapposizione degli effetti e regole di combinazione modale calibrate su strutture a telaio, non dovrebbe quindi ritenersi attendibile, specie nel caso di strutture complesse, caratterizzate da trasformazioni e fasi costruttive differenti. L’analisi dinamica modale può essere utilizzata con maggiore confidenza in presenza di strutture flessibili e strutturalmente ben modellabili, come ad esempio le torri, i campanili o altre strutture a prevalente sviluppo verticale. In questi casi possono risultare importanti i contributi dei modi superiori. Restano tuttavia inalterate le difficoltà di determinare opportuni fattori di struttura e fare riferimento a verifiche puntuali dello stato di sollecitazione.