FASCICOLO III

Si definisce la componente di rischio Va = Valore del bene un indicatore basato su un giudizio esperto, che è pari a Va = B, basso; Va = M, medio; Va = A, alto. La componente Valore interviene nelle analisi di rischio per ottenere il Rischio espresso come perdita di valore.

Si definisce la componente E = esposizione il numero delle persone esposte, che può essere ritenuto proporzionale alla superficie utile totale del bene e viene associato sia alla probabilità di presenza effettiva nel sito (espressa in gg/anno) che alla probabilità di effettivo uso, a cui concorrono condizioni come:

dove tali condizioni saranno espresse da una matrice di probabilità di uso U, definita per le condizioni dette; si può fare anche ricorso a tabelle con coefficienti ricavati da giudizi esperti. La componente Esposizione interviene nelle analisi di rischio per ottenere il Rischio espresso come perdite umane (numero di feriti e morti).

Per valutare la componente Vulnerabilità di un bene occorre individuare la tipologia strutturale a cui appartiene. Infatti secondo le diverse tipologie strutturali che si presentano, si individuano schede di vulnerabilità appropriate, schede più approfondite oppure schede speditive.

A. struttura scatolare formata da strutture verticali ed orizzontali collegate tra loro, con orizzontamenti rigidi o deformabili;

B. struttura scatolare, del tutto simile alla precedente, ma con una dimensione in pianta prevalente sull’altra;

C. struttura scatolare, del tutto simile al precedente tipo A, con una dimensione in altezza prevalente su quelle in pianta (rapporto > 4 rispetto alla dimensione maggiore in pianta);

D. struttura formata in pianta e in elevazione da diversi macroelementi tra loro distinguibili per la diversa funzione strutturale;

E. struttura del tutto simile ad una delle precedenti A, B, C o D, ma con parti di essa dotate di notevole spessore o dotate di speroni esterni;

F. struttura formata da un prevalente elemento strutturale portante (ad esempio un arco o una volta);

G. struttura formata da uno o più elementi strutturali, con comportamento prevalente di corpo rigido o sistema di corpi rigidi.

L’esame per ricavare la giusta tipologia da associare al bene è di per sé semplice per le tipologie A, C, D, G e può presentare qualche elemento di complessità per le altre tipologie, avendo comunque cura di fare riferimento alle caratteristiche strutturali più evidenti del bene stesso.

5.3 La ricostruzione della storia strutturale attraverso la documentazione tecnica d’archivio

L’obiettivo di questa sezione di ricerca è stato l’analisi e la schedatura sistematica del materiale tecnico documentale esistente per i beni oggetto del campione di studio a Nocera Umbra attraverso la ricerca, lo spoglio, la lettura e l’interpretazione dei documenti stessi per individuare gli interventi strutturali realizzati prima del sisma del 1995 e lo stato di danneggiamento dopo la stessa crisi sismica.

Sotto il profilo metodologico e scientifico questo tipo di studio ha cercato di affinare strumenti utili alla comprensione del manufatto storico sia per una conoscenza materiale in sé sia per un’agire direttamente sul tessuto edilizio sia per conoscere aspetti legati al comportamento delle strutture in caso di sisma.

Questa ricerca ha messo in luce come la lettura e l’interpretazione delle fonti scritte possono essere utili alla conoscenza di situazioni specifiche avvenute non sempre visibili - quali appunto gli interventi strutturali - ma da sole certo non bastano. Bisogna anche indagare con altri tipi di letture che facciano riferimento direttamente al testo materiale, ossia l’edificio, in maniera macroscopica e/o con indagini non distruttive, senza escludere quelle che necessitano di approfondimenti specifici materiali. Ripercorrere le vicende costruttive aiuta e contribuisce a capire gli assetti strutturali della fabbrica mettendo così in relazione le “forme” architettoniche con il funzionamento strutturale.

E’ nelle pieghe della vulnerabilità sismica della fabbrica e non solo che questo lavoro si colloca cioè cercando di dare un contributo nella direzione conoscitiva e interpretativa della storia strutturale; questo per poter individuare patologie presenti - dichiarate sottoforma di stati di dissesto o potenziali nelle “debolezze” strutturali - e cercare, quindi, di porre rimedi con terapie adeguate specifiche.

a. Ricerca e mappatura della documentazione tecnica relativa all’intero numero di beni censito dall’ICR a Nocera Umbra;

b. Sistematizzazione e acquisizione dei dati e delle informazioni individuate a seguito del rilevamento cartaceo;

c. Selezione di un campione di beni, tra quelli censiti, che costituisce i “casi studio” su cui si e svolto l’approfondimento di analisi;

d. Archiviazione ottica dei dati relativi ai casi studio per la successiva implementazione del SIT;

e. Riconoscimento delle vicende costruttive dei casi studio relativo al periodo pre sisma 1997 al fine di individuare e comprendere l’apporto degli interventi strutturali recenti;

f. Acquisizione della documentazione del post sisma 1997 dei pronti interventi e messa in sicurezza.

I criteri utilizzati per individuare i casi studio hanno riguardo aspetti diversi legati a:

Il materiale reperito è stato letto e organizzato secondo criteri omogenei attraverso schede appositamente predisposte per la sintesi dei dati sui casi studio. Tali schede tecniche sono state strutturate in modo tale che dalla loro lettura sia possibile:

Il lavoro di ricerca per questa sezione è consistito da una lato nel costruire il processo logico di archiviazione di tutto il materiale reperito finalizzato alle specifiche esigenze tecniche e dall’altro nella costruzione di un metodo di estrazione di informazioni omogenee da documenti diversi per tipologia, ad esempio integrando e mettendo in sequenza i dati dei computi metrici con i documenti di contabilità piuttosto che con le relazioni tecniche di accompagnamento alle richieste di finanziamento ecc..

Il risultato finale conseguito con questa sperimentazione sulla documentazione delle fabbriche di Nocera Umbra è stato quello di pervenire ad una normalizzazione delle informazioni che consentono di ricostruire la storia costruttiva recente della fabbrica.

La riorganizzazione delle informazioni acquisite cronologicamente ha quindi permesso di poter redigere dei riepiloghi globali degli interventi strutturali moderni sulle singole parti della fabbrica.

Questo tipo di sintesi rappresentano uno strumento di eccezionale importanza ai fini di una previsione del comportamento sismico della struttura; va sottolineato il fatto che si tratta generalmente di opere realizzate ma non visibili né ipotizzabili a priori e che sono in grado si spostare decisamente l’esito delle valutazioni espresse in fase di sopralluogo. A titolo di esempio, in un caso esaminato, la documentazione d’archivio ha consentito di conoscere una serie di lavori eseguiti a più riprese su un campanile che hanno riguardato: la sostituzione di elementi lignei della copertura con altri in ferro, la risarcitura di murature con cuci-scuci, il consolidamento con intonaco armato, l’esecuzione di cuciture armate delle angolate con perforazioni e l’inserimento di tiranti. Risulta quindi evidente da questo esempio che la conoscenza di tutti i rinforzi presenti nella fabbrica è indispensabile per poter esprimere un giudizio sull’efficienza strutturale.

Questo approccio finalizzato alla ricostruzione delle vicende costruttive va quindi incoraggiato - nonostante le difficoltà nel reperimento di una documentazione d’archivio esaustiva - in quanto rappresenta un prezioso strumento diagnostico che permette quanto meno di ridurre in modo drastico il ricorso a prove strumentali per accertare lo stato effettivo delle strutture.

La raccolta e la comparazione dei modelli di scheda di vulnerabilità esistenti ha avuto lo scopo di sviluppare una riflessione sullo stato dell’arte in materia di vulnerabilità sismica delle strutture in muratura a carattere storico artistico; va precisato che il risultato finale del lavoro non costituisce un’analisi definitiva di tutto l’apparato schedografico esistente né ha voluto essere un approfondimento analitico di tutte le informazioni che ad ogni scheda appartengono.

Le schede esaminate sono estremamente varie nell’impostazione risentono degli obiettivi per i quali esse sono state redatte. Si è trattato quindi di un percorso critico sui: metodi e strategie utilizzati per la descrizione dello stato della fabbrica pre e post sisma per recuperare le esperienze più significative in questo campo, nella prospettiva di formulare una proposta schedografica di ampio respiro sulla vulnerabilità sismica del patrimonio monumentale.

La raccolta dei modelli di scheda ha riguardato sia quelli espressamente finalizzati alla vulnerabilità sismica del patrimonio architettonico sia quelli relativi al rilevamento del danno al patrimonio architettonico ma con finalizzazioni diversificate. In particolare queste ultime riguardano: descrizione, consistenza e stato dei beni architettonici, comprese quelle specifiche di rilevamento analitico - come, ad esempio, le schede relative alle murature -.

Cronologicamente i modelli raccolti abbracciano l’intervallo temporale che va dal 1976 (terremoto del Friuli) ad oggi, anche se la maggior parte delle schede finalizzate al rilevamento della vulnerabilità sono state prodotte negli ultimi anni in occasione di eventi sismici o di progetti mirati (come, ad esempio, il Progetto mitigazione del rischio sismico nei parchi nazionali).

Fra le schede reperite si trovano quelle a carattere istituzionale (schede ICR, DPC), quelle che hanno avuto e hanno un uso consolidato ed estremamente diffuso in Italia e che costituiscono ormai uno standard di riferimento (le schede GNDT di 1° e 2° livello), altre predisposte per realtà territoriali molto più circoscritte e limitate nel tempo, finalizzate ad affrontare singoli eventi (scheda di rilievo del danno sismico negli edifici ad uso abitativo o misto - L.R. 17/76 della Regione Autonoma Friuli - Venezia Giulia), e ancora altre schede proposte dal mondo accademico a carattere sperimentale o già ben collaudate in diversi contesti.

Questa sezione ha prodotto il quadro di analisi che aveva lo scopo di aiuto e supporto alle valutazioni utili nella successiva sezione di ricerca. Si è trattato di costruire, dopo una speditiva classificazione delle schede, una matrice di informazioni a diversi livelli capace di dare un quadro complessivo dei possibili dati richiesti nel rilevamento per raggruppamenti omogenei; non affrontando l’analisi da un punto di vista della valenza del dato quanto della presenza dell’informazione.

Si sono costituiti dei livelli di analisi che hanno visto delinearsi attraverso le diverse schede degli ambiti tematici (ad esempio: localizzazione, descrizione fisico-tipologica, ecc.) e per ognuno di questi delle classi organiche di informazioni (ad esempio, per la localizzazione: anagrafica, morfologia del sito, ecc.). Nella sostanza l’analisi oggettiva svolta si è ferma a quest’ultimo livello, ossia non si è entrato nel dettaglio delle singole voci di appartenenza (ad esempio, per l’anagrafica: denominazione, comune, indirizzo, ecc.) in quando queste dipendono strettamente dalle finalità delle schede. Attraverso la comparazione delle classi di informazioni tra le diverse schede si è attribuita una valutazione in termini di presenza dei dati o incompletezza oppure di assenza degli stessi; in tale valutazione si è tenuto conto del tipo di scheda e quindi le finalità del rilevamento ad essa attribuito.

Per ogni ambito tematico l’analisi di cui trattasi ha visto inoltre l’attribuzione di un “giudizio sintetico” relativo alle modalità di compilazione delle schede. Per questa parte di analisi si è cercato di valutare la semplicità o complessità di compilazione del tracciato schedografico. Un ulteriore giudizio critico viene espresso sui requisiti professionali richiesti ai rilevatori ossia il grado tecnico di specializzazione dell’operatore in relazione qualità-estensione delle voci per classi di informazioni.

5.3.2 Prima stesura del modello di scheda di vulnerabilità sismica per tipologia strutturale

L’obiettivo si questa sezione di ricerca è stato la redazione di una scheda di rilevamento della vulnerabilità sismica strutturale di primo livello che costituisca uno strumento di indagine speditivo su larga scala del patrimonio architettonico.

La scheda prevede un’impostazione tale da consentirne la compilazione da personale tecnico non necessariamente esperto nel comportamento sismico di edifici storici, basata su osservazioni il più possibile oggettive e condotte nel corso di un sopralluogo speditivo.

Il rilevamento di primo livello condotto con tali schede non può quindi che riguardare i caratteri macroscopici dell’edificio analizzato - in primis i caratteri tipologico-geometrici e dimensionali - facilmente indagabili senza far ricorso a rilievi di dettaglio che, seppur importanti, possono essere effettuati solamente ad un rilevamento di livello superiore.

La questione centrale riguarda la significatività dei dati raccolti anche con un rilievo speditivo. Il primo risultato atteso da una campagna di rilevamento condotto mediante questo tipo di schede è quindi quello di creare una partizione del patrimonio architettonico in modo da poter selezionare i beni manifestamente più vulnerabili, ovvero per i quali si ha una presenza di numerosi e concordi fattori di vulnerabilità, da quelli che, invece, hanno tutte le caratteristiche architettoniche e costruttive favorevoli ai fini del comportamento sismico. E’ logico aspettarsi che una parte non trascurabile dei beni si trovi in una condizione intermedia fra questi due estremi: in tali casi una valutazione sensata della vulnerabilità sarà possibile solamente a fronte di un sopralluogo più approfondito. Le stesse cautele nella formulazione di giudizi vanno riservate ai casi in cui le condizioni del sopralluogo abbiano impedito di acquisire informazioni con un sufficiente grado di attendibilità.

Il risultato della ricerca consiste nella predisposizione di modelli di scheda[1] differenziati a seconda della tipologia strutturale della fabbrica da rilevare con una sezione di scheda comune, costituita da una parte anagrafico – descrittiva, redatta secondo gli standards catalografici dell’ICCD e precisamente della prima parte della “Scheda A”[2] di precatalogo.

Le tipologie strutturali per le quali sono stati redatti dei modelli di scheda sono i seguenti:

Allo stato attuale della ricerca scientifica si è ritenuto prematuro predisporre delle schede per i tipi F e G, che riguardano rispettivamente ponti ad arco in muratura / archi di trionfo / colonne in pietra e fontanili / monumenti in pietra .

L’articolazione in diverse schede in base alle tipologie strutturali segue il criterio di raccogliere i dati mirati e importanti ai fini del comportamento sismico di ogni tipo.

Nella specifico, la schedatura dei beni architettonici segue la struttura della gerarchia del complesso architettonico prevista dagli standards catalografici ICCD e ICR, organizzata cioè in bene complesso, bene componente e bene individuo. Per ognuno di questi livelli è prevista la compilazione di una parte anagrafico – descrittiva, denominata scheda “0”, che è comune per tutte i tipi strutturali.

Ogni scheda “0” relativa a un bene individuo o un bene componente è accompagnata da una scheda di vulnerabilità che dipende dal tipo strutturale.

Va tenuto presente che un unico bene, ad esempio un bene individuo, può - in linea di principio - essere distinto in più parti strutturalmente diverse e quindi possono essere compilate diverse schede di vulnerabilità.

Se si rileva un bene complesso il processo si articola ulteriormente in quanto, oltre alla scheda “0” per il bene complesso, verranno compilate tante schede “0” e tante schede di vulnerabilità quanti sono i beni componenti, potendo, ovviamente, verificarsi il caso che un singolo bene componente sia a sua volta costituito da più parti distinte quanto a tipologia strutturale.

Le schede di vulnerabilità contengono nella prima parte i riferimenti (codice/denominazione) alla scheda “0” alla quale sono collegate con l’eventuale riferimento ad un’ulteriore suddivisione in parti a tipologia strutturale diversa; questa parte è sempre seguita da una sezione dedicata ai dati metrico - dimensionali che ovviamente dipendono dalla tipologia strutturale.

Per alcune tipologie strutturali è presente una sezione che riguarda la posizione della struttura nel tessuto e la sua relazione con le strutture adiacenti. L’inserimento nel tessuto urbano comporta infatti vincoli aggiuntivi che possono incrementare o ridurre la vulnerabilità sismica della fabbrica, in funzione della sua posizione rispetto alle strutture adiacenti. Inoltre, eventuali difformità nelle caratteristiche di queste ultime comportano diversità nel comportamento delle strutture che, in occasione di eventi sismici, possono avere spostamenti autonomi.

Un importante parametro riguarda la regolarità planoaltimetrica nella struttura: l’assenza di tale requisito determina infatti una diversità di comportamento fra le varie parti della fabbrica, che in occasione di eventi sismici possono interferire ad esempio con azioni di martellamento.

Si passa poi all’esame dell’efficacia complessiva del sistema resistente verticale in termini di qualità della muratura, di schemi strutturali riconoscibili, di disposizione degli elementi resistenti nonché di disposizione ed entità delle aperture (la distribuzione regolare delle aperture è infatti un indicatore della regolarità e continuità dei maschi murari e, in definitiva del funzionamento della struttura). Si valuta inoltre la presenza di elementi murari snelli, particolarmente soggetti ad instabilità e al pericolo di ribaltamento e si tiene sotto controllo la presenza di corpi aggettanti, particolarmente esposti a crolli.

Le sezioni successive riguardano la tipologia degli elementi di chiusura orizzontali, sia intermedi che di copertura; si valutano in particolare la presenza di connessione con i muri portanti (condizione che favorisce un comportamento scatolare della struttura), la presenza di elementi spingenti (che, oltre a favorire fenomeni di fuoripiombo anche in condizioni statiche, incrementano la spinta in occasione di eventi sismici favorendo i meccanismi di ribaltamento delle pareti) e la presenza di solai o coperture rigidi che, se di peso elevato, possono aumentare le azioni indotte sulle murature.

Uno dei fattori più importanti ai fini della vulnerabilità del patrimonio architettonico storico-artistico è costituito dallo stato di conservazione e di integrità del bene, sia dal punto di vista manutentivo che dal punto di vista del danno pregresso (lesioni o deformazioni) a causa di eventi sismici, cedimenti o per effetto dei soli carichi in condizioni statiche. Lo stato di conservazione è infatti un indicatore della qualità della costruzione, che può essersi deteriorata nel tempo; il danno pregresso è invece un indicatore della riduzione di resistenza rispetto alla condizione integra dell’edificio mentre le deformazioni esistenti sottolineano la presenza di meccanismi in atto che possono avere già in parte compromesso la stabilità della struttura.

Al termine della scheda è previsto uno spazio per eventuali osservazioni su aspetti particolari che non emergono dalla compilazione delle sezioni strutturate.

Tutte le informazioni acquisite in scheda sono accompagnate da un’indicazione della qualità dell’informazione stessa, secondo lo standard adottato dal G.N.D.T.:

E = qualità elevata; M = qualità media; B = qualità bassa; A = informazione assente.

In questo modo è possibile valutare l’attendibilità delle informazioni e dar loro il giusto peso nella valutazione della vulnerabilità sismica della struttura.

Rappresentano il modello di vulnerabilità, ovvero consentono la predizione del danneggiamento di un bene in relazione alla sua vulnerabilità, ottenuta dal rilievo tramite schedatura (§ 3.2), ed alla severità dell’evento sismico atteso, risultato dell’analisi di pericolosità (§ 4). Tali curve sono state ottenute, per alcune tipologie strutturali, sulla base di un’elaborazione statistica dei danni osservati in Italia dopo gli eventi sismici degli ultimi 30 anni.

Il terremoto è rappresentato attraverso l’intensità macrosismica (I); è tuttavia possibile fare riferimento all’accelerazione di picco (PGA), attraverso opportune correlazioni. La vulnerabilità del manufatto è caratterizzata da un indice numerico (indice di vulnerabilità V), ottenuto attribuendo opportuni punteggi ai parametri rilevati con la schedatura. Tale indice consente, a prescindere dall’intensità sismica attesa (pericolosità del territorio), di stilare una graduatoria di vulnerabilità, dalla quale emergono i manufatti che presentano una maggiore propensione al danneggiamento; ciò è particolarmente utile per la pianificazione di interventi preventivi. Inoltre, attraverso l’indice V, viene definita in forma analitica una curva di vulnerabilità, che, in funzione dell’intensità sismica, consente di stimare la distribuzione probabilistica del danno atteso, attraverso i livelli di danno definiti dalle scale macrosismiche (0 – nessun danno; 1 – leggero; 2 – moderato; 3 – grave; 4 – molto grave; 5 – distruttivo). Da questa si ottengono le curve di fragilità, che rappresentano la sintesi del modello di vulnerabilità, in quanto esprimono la probabilità di una certa conseguenza (fessurazioni lievi, crollo, inagibilità, ecc.) in funzione dell’intensità sismica.

Curve di vulnerabilità e di fragilità sono disponibili per gli edifici (anche monumentali) e per le chiese, manufatti che sono stati rilevati in gran numero a seguito degli ultimi terremoti e ciò ha reso possibile lo sviluppo di approfonditi studi della loro risposta sismica.

In presenza di una schedatura di I livello (speditiva), che non consenta la definizione di un indice di vulnerabilità V ma porti ad una semplice classificazione della vulnerabilità stessa (A – alta; B – bassa; I – incerta), è possibile operare tramite Matrici di Probabilità di Danno (DPM). Gli edifici sono usualmente raggruppati in tre classi: A – edifici in muratura molto vulnerabili; B – edifici in muratura meno vulnerabili; C – edifici in cemento armato. Analogamente, per le chiese sono state ricavate, dal rilievo dei danni, DPM per le due classi di vulnerabilità.

Lo studio sperimentale della vulnerabilità sismica degli edifici di interesse storico-artistico e monumentali può essere affrontato seguendo differenti approcci. Il più comune e più economico consiste nella determinazione delle caratteristiche strutturali dell’edificio attraverso la compilazione di schede sviluppate ad hoc. Quando l’importanza del manufatto o dei beni artistici in esso contenuti consiglino l’uso di tecniche più raffinate per la determinazione della vulnerabilità sismica, si fa ricorso, per lo studio, a reti locali permanenti o temporanee per l’analisi della risposta dinamica, in associazione con la modellazione numerica.

L’analisi della vulnerabilità degli edifici di interesse storico - artistico, a causa della complessità degli organismi strutturali, non può prescindere dallo studio sperimentale, che si sviluppa attraverso le seguenti fasi:

Il rilievo strutturale, in particolare, deve riportare le dimensioni e la profondità del piano di posa delle fondazioni, le dimensioni di tutti gli elementi strutturali, valutate anche attraverso saggi (perforazioni e videoispezioni su pareti in muratura portante, saggi e prove pacometriche su travi e pilastri in c.a.).

Le indagini sul terreno di fondazione devono fornire i dati necessari per la verifica di stabilità del pendio (ove necessaria) e la verifica a carico limite dell’insieme terreno – fondazione.

Le prove sui materiali, sia in sito, utilizzando prove ultrasoniche, termografiche, ecc., sia mediante l’estrazione di carote da sottoporre a prove di laboratorio, devono consentire di determinarne le loro proprietà meccaniche (moduli di elasticità e resistenze).

L’analisi dinamica sperimentale degli edifici di interesse storico-artistico consente di verificare l’entità e gli effetti delle vibrazioni stesse, e di caratterizzare la struttura dal punto di vista dinamico (Clemente, 2002); il monitoraggio dinamico consente il controllo continuo dell’opera e costituisce lo strumento più adatto nel caso di strutture soggette in esercizio a carichi dinamici, quali sisma, vento e traffico.

5.5.1 Prove sperimentali speditive e valutazioni di vulnerabilità delle murature

Le strutture murarie presentano caratteristiche e condizioni il cui variare influenza in modo molto marcato la risposta sismica. Si può cercare di valutare la vulnerabilità muraria secondo un indicatore articolato in cinque livelli e inserire questo valore nel procedimento di stima della vulnerabilità complessiva del manufatto.

5 - muratura superiore: efficiente e di elevata qualità costruttiva (bassa vulnerabilità );

4 - muratura medio–superiore: efficiente e ben costruita (vulnerabilità limitata);

3 - muratura media: di media efficienza e qualità costruttiva (vulnerabilità media);

2 - muratura medio–inferiore: scarsamente efficiente e/o di mediocre qualità costruttiva (vulnerabilità accentuata);

1 - muratura inferiore: non efficiente e/o di cattiva qualità costruttiva (vulnerabilità elevata).

L’attribuzione del livello è basata sui risultati di due gruppi di osservazioni e prove:

1. Primo gruppo- Osservazioni riconducibili a parametri misurabili o a classi differenziabili in base ad osservazioni visive, che non comportano prove strumentate in situ o su campioni:

1.1. Misura dell’ingranamento dei supporti sul piano esterno del paramento murario; esso è costituito dal numero e dalla lunghezza dei tracciati non contigui o intersecati riconoscibili tra il bordo superiore e il bordo inferiore di un campione di paramento murario di m. 1x1. Maggiore è la lunghezza del percorso e minore il numero dei tracciati, maggiore è l’ingranamento.

1.2. Misura dell’ingranamento trasversale tra i paramenti opposti; operabile solo nel caso sia osservabile la sezione muraria, misura su un tratto di 1 m. la lunghezza della linea centrale più breve che attraversa il nucleo murario aderendo lato interno dei conci dell’uno o dell’altro paramento. Maggiore è la lunghezza del tracciato, maggiore è l’ingranamento.

1.3. Osservazione della qualità, costituzione e consistenza della malta di allettamento.

1.4. Osservazione dei modi di fessurazione, ove presente: classificazione da lesioni del tutto concentrate e a grande distanza una dall’altra (indicatore di minima vulnerabilità) a lesioni molto ravvicinate e ramificate, fino ad enucleare i singoli conci (indicatore di massima vulnerabilità).

1.5. Osservazione di fattori che hanno ridotto l’efficienza rispetto alla condizione iniziale: si tratta di una valutazione composita costituita dalla combinazione di più elementi, quali la presenza-assenza di discontinuità ed eterogeneità dovute a fasi e riprese costruttive, la presenza-assenza di fenomeni di degrado delle malte di allettamento (es. perdita dei giunti) o dei supporti, la presenza assenza di fenomeni fessurativi da dissesto pregresso.

2. Secondo gruppo: misure in situ o su campioni prelevati con strumentazioni non distruttive o a limitatissimo impatto.

2.1. Esecuzione di prove penetrometriche dinamiche (metodo Liberatore) sulla malta dei giunti orizzontali di allettamento, e misurazione del numero di colpi necessari a raggiungere la profondità di mm. 40.

2.2. Esecuzione di prove soniche per trasparenza, con misura della velocità media di propagazione su 36 punti entro un campione di un m².

2.3. Esecuzione di analisi su campioni di malta prelevata: distribuzione granulometrica, percentuale in calce, porosità totale e distribuzione percentuale della dimensione dei pori.

Per ciascun fattore o prova vengono stabilite soglie di valori o situazioni di riferimento opportunamente esemplificate, per suddividere il range in cinque livelli. Il valore attribuito alla muratura è costituito dalla media aritmetica dei fattori di prova. Nel caso sia presente anche un solo fattore con valore 1, il valore complessivo viene arrotondato per difetto (es. 2,56= 2).

La conoscenza delle caratteristiche dinamiche di una struttura è essenziale per prevederne il comportamento a fronte di una sollecitazione che ne induca un moto vibratorio (scuotimento sismico, azione del vento, vibrazioni indotte dal traffico veicolare, ecc.).

In particolare nel caso del sisma, dal confronto tra il contenuto in frequenza dei terremoti verificatisi e per questo attesi nel sito ove sorge la struttura da studiare e le frequenze proprie della stessa, è possibile stimare l’entità del cimento nei temibili episodi di risonanza strutturale.

Inoltre, tali caratteristiche dinamiche, costituiscono una sorta di carta di identità della struttura e danno indicazioni preziosissime sullo stato di conservazione della stessa, sia in assoluto, sia, soprattutto, confrontando le eventuali variazioni che dovessero risultare in occasione di successive misurazioni.

La conoscenza delle caratteristiche dinamiche reali permette di poter calibrare opportunamente le grandezze fisiche da introdurre in un modello matematico-numerico che schematizza l’edificio reale, con un indubbio vantaggio nella simulazione e interpretazione del comportamento della struttura.

Per quanto riguarda la salvaguardia e protezione dei beni culturali dal rischio sismico, è importante sottolineare come il materiale con cui sono realizzate tali strutture è frequentemente la muratura, tipicamente con comportamento non-lineare, per cui l’approfondimento della conoscenza del funzionamento di tali organismi è funzione del numero e tipo di indagini sperimentali che è possibile effettuare.

I dati registrati, da reti temporanee o permanenti, vanno poi elaborati per ottenere le proprietà dinamiche della struttura; possono essere identificate sia nel dominio del tempo, operando direttamente sulle time-history, sia nel dominio della frequenza, attraverso l’analisi spettrale. Come è noto, la presenza di picchi negli auto-spettri della risposta strutturale può corrispondere ad un’amplificazione strutturale, e quindi ad un modo proprio della struttura, oppure ad un’amplificazione nello spettro dell’eccitazione. Per distinguere i due casi va osservato che in condizioni di risonanza tutti i punti della struttura vibrano in fase o in opposizione di fase. Per verificare ciò sono utili i cross-spettri che, oltre ad evidenziare i picchi comuni ai due segnali, forniscono la differenza di fase tra i due. La funzione di coerenza, infine, costituisce una misura della bontà dei segnali e del comportamento lineare della struttura. Dagli spettri si possono ricavare, mediante il metodo della semi-ampiezza di banda, gli smorzamenti. Nel dominio del tempo possono essere effettuate, inoltre, delle valutazioni statistiche, calcolando i valori di picco ed efficaci in successivi intervalli di tempo.

Il passo successivo, l’identificazione strutturale, consente di individuare i parametri strutturali più direttamente correlati alle caratteristiche di massa, rigidezza e smorzamento della struttura.

Nel definire delle linee guida da seguire per lo studio del comportamento dinamico di una struttura, si è ritenuto opportuno procedere per passi successivi che garantiscono, via via che vengono effettuati, un dettaglio crescente nella conoscenza dell’edificio in questione.

Si preciseranno inoltre le procedure alternative tra cui scegliere allorquando se ne presenta la possibilità.

Condizione essenziale per valutare correttamente le caratteristiche dinamiche di una struttura reale, è effettuare su di essa una campagna rapida, di prove sperimentali, per ottenere la cosiddetta caratterizzazione dinamica, ossia riconoscere quelle grandezze fisiche che ne influenzano il comportamento vibratorio in campo lineare.

Queste grandezze sono le frequenze proprie della struttura, le forme modali ad esse associate, i coefficienti di smorzamento. Tale campagna, che con una parallela e opportuna modellazione permette di ottenere il modulo elastico lineare, si esegue utilizzando sensori velocimetrici di facile collocamento (vengono semplicemente appoggiati sulla struttura) collegati ad un acquisitore che per l’appunto acquisisce i segnali provenienti dai vari strumenti e li memorizza in un computer ad esso collegato che ne gestisce il funzionamento.

I tempi di realizzazione per campagne sperimentali velocimetriche sono funzione del numero di strumenti a disposizione (minimo 8), della complessità ed estensione della struttura da monitorare, del numero di configurazioni in cui disporre i velocimetri e del tipo di sollecitazione che si ritiene opportuna per il caso particolare. Per strutture semplici per le quali è sufficiente caratterizzare con il solo rumore ambientale le operazioni necessarie possono durare una sola giornata.

La rapidità con cui tali operazioni vengono normalmente effettuate porta a costi generalmente contenuti per quel che concerne le operazioni in situ, a prescindere dalla successiva fase di analisi dei dati registrati.

Di seguito vengono elencate le diverse fonti di sollecitazione possibili per eseguire la caratterizzazione dinamica di una struttura.

Il solo rumore ambientale è, alcune volte, sufficiente a fornire l’energia necessaria ad evidenziare i modi di vibrare della struttura.

Questo livello di sollecitazione è generalmente così basso da poter ritenere il comportamento strutturale lineare, anche per un materiale come la muratura che notoriamente non lo è.

Il rumore ambientale ha generalmente un contenuto in frequenza distribuito uniformemente nella banda di interesse per gli scopi dell’analisi delle strutture, ma a volte il segnale registrato risulta troppo basso, rispetto alla sensibilità del sensore, per riconoscere le caratteristiche dinamiche della struttura. Non bisogna sottovalutare questo tipo di misure in quanto spesso sono le uniche realizzabili in pratica allorquando la vetustà, le cattive condizioni di conservazione o semplicemente la presenza di affreschi o altri elementi di pregio collegati alla struttura sconsigliano un più elevato livello di sollecitazione.

Quando il rumore ambientale è così basso da non permettere di individuare le frequenze proprie di una struttura, si cerca di innalzarne il livello tramite l’utilizzo di mezzi (autocarri, ruspe o altri mezzi pesanti) che si muovono nei pressi del sito di misura; in questo caso vengono generate frequenze dal mezzo meccanico utilizzato che portano ad uno spettro di sollecitazione che non è più piatto e diventa meno agevole riconoscere le risonanze strutturali. L’analisi dei dati ottenuti deve tenere in conto di tali aspetti e, se necessario, occorre procedere ad un pretrattamento dei dati per filtrare le frequenze o meglio gli intervalli di frequenza che disturbano la corretta interpretazione del comportamento dinamico della struttura. I costi di questo tipo di sollecitazione sono da ritenersi bassi.

La sollecitazione, in questo caso, è costituita da un impulso impresso da una massa battente di un mezzo meccanico (ad esempio pala di una ruspa) agente sul terreno nei pressi della struttura, oppure da un corpo pesante lasciato cadere nelle vicinanze. La struttura, se sufficientemente energizzata dalla sollecitazione, viene eccitata seguendo i sui primi modi di vibrare, mentre dal decadimento delle oscillazioni, dopo la sollecitazione impulsiva, è possibile estrapolare una stima dello smorzamento. Anche in questo caso l’impegno economico è contenuto.

Tale tipo di sollecitazione presuppone una dimensione non eccessiva della struttura da sperimentare e comunque la disponibilità o la realizzazione di un adeguato sistema di contrasto cui fare affidamento per imporre un certo spostamento in un punto della struttura, generalmente in sommità, tramite un cavo che viene poi improvvisamente reciso (ad esempio tramite una fiamma). Anche una certa semplicità geometrica dell’edificio è una condizione richiesta per l’utilizzo di tale forma di sollecitazione; infatti, per geometrie complesse, sarebbero richiesti più punti ove imporre un determinato spostamento per applicare questa metodologia. Come nel caso precedente la struttura dovrebbe vibrare seguendo il modo di vibrare con componenti di spostamento analoghe a quella imposta; dal decadimento dell’ampiezza delle oscillazioni è possibile ottenere il valore dello smorzamento. Nel caso occorra la realizzazione del sistema di contrasto, questa sollecitazione indotta può essere anche molto onerosa, mentre se è possibile fare affidamento su strutture esistenti i costi sono medio-bassi.

E’ questo il caso delle vibrazioni indotte sulla struttura tramite un eccitatore, in genere una vibrodina costituita da due masse rotanti eccentriche che danno una risultante sinusoidale in una direzione. La frequenza prodotta varia in base al numero di giri nell’unità di tempo delle suddette masse eccentriche.

Con questo sistema di sollecitazione, variando in modo continuo la frequenza della sollecitazione che è quindi nota a priori, è semplice identificare le frequenze proprie strutturali.

Lo svantaggio, che spesso ne sconsiglia l’utilizzo in strutture di pregio artistico e monumentali, è dovuto alla difficile calibrazione dell’intensità della sollecitazione da imprimere per il rischio di compromettere la stabilità nel caso di struttura con problemi statici o per la presenza di elementi portati che potrebbero danneggiarsi (ad esempio gli affreschi). Altro problema di questo sistema è il costo che è da ritenersi medio-alto.

Per edifici monumentali di particolare pregio architettonico e artistico è auspicabile, dopo l’esecuzione della caratterizzazione dinamica, la messa in opera di una rete accelerometrica fissa che venga attivata da eventi sismici.

I sensori, in questo caso, sono degli accelerometri che vengono fissati solidalmente nei punti di misura, vengono collegati tramite cavi ad uno o più acquisitori che generalmente contengono a loro volta una terna accelerometrica. La terna accelerometrica dell’acquisitore posto alla base dell’edificio funge da riferimento, mentre la contemporaneità delle registrazioni è garantita dal collegamento, tramite antenna, al sistema GPS. Tale rete rimane installata per un periodo commisurato alla frequenza degli eventi sismici attesi (repliche sismiche). La rete può essere definitiva quando l’importanza, il particolare pregio dell’edificio o l’intenzione di effettuare studi e speculazioni scientifiche sono affiancati da una adeguata copertura economica.

In presenza di una rete accelerometrica fissa è possibile, oltre ad avere notizie sul comportamento della struttura per sollecitazioni maggiori che spesso sconfinano nel non-lineare, utilizzare tutte le fonti di vibrazioni prima viste per la caratterizzazione dinamica; fa eccezione il rumore ambientale che, qualora risultasse troppo basso, richiederà l’utilizzo di una rete velocimetrica temporanea, ideale per bassi livelli di sollecitazione. La ripetizione ad intervalli regolari di tali prove permette di verificare costantemente lo stato di conservazione dell’edificio e di riconoscere immediatamente la presenza di modifiche strutturali dall’analisi delle modifiche nelle caratteristiche dinamiche.

Se la struttura è utilizzata nel periodo del monitoraggio sono necessarie opere di canalizzazione provvisorie per i cavi e prevederne i relativi costi. Per reti permanenti occorre pianificare un vero e proprio cablaggio dell’edificio.

La modellazione strutturale delle costruzioni storiche in muratura risulta problematica per diverse ben note ragioni: 1) tali manufatti vennero realizzati rispettando le regole dell’arte, e non attraverso l’applicazione dei moderni concetti della sicurezza strutturale e le relative procedure di verifica; 2) i modelli della scienza delle costruzioni si riferiscono, in genere, ad un comportamento elastico dei materiali ed a strutture intelaiate, dovendosi applicare nella moderna tecnica delle costruzioni; 3) il materiale muratura, per contro, è caratterizzato da forti non linearità di comportamento (debole resistenza a trazione, possibilità di scorrimento nei giunti, limitata resistenza a compressione); 4) i manufatti storici risultano particolarmente complessi a causa di: difficoltà di distinguere elementi in strutturali e non strutturali; importanza dei dettagli costruttivi; progressive trasformazioni dell’impianto originario; danneggiamento pregresso. A tutto ciò si aggiungono le difficoltà dell’analisi sismica, ovvero la necessità di modellare la risposta in campo dinamico.

Anche se oggi sono disponibili algoritmi numerici di modellazione molto sofisticati (elementi finiti) e legami costitutivi appropriati per la muratura (legami non-lineari con danneggiamento), il metodo più diretto ed efficace al problema è quello di studiare la costruzione in muratura come un sistema di blocchi rigidi, tramite l’analisi limite dell’equilibrio. Quest’approccio consente di tradurre direttamente in verifica strutturale l’osservazione dei danni sul patrimonio storico, effettuata considerando i meccanismi di collasso nei macroelementi (parti della costruzione riconoscibili architettonicamente e caratterizzati da un comportamento sismico autonomo).

Per edifici di interesse storico-monumentale, esprimere un giudizio, sulla sicurezza strutturale, senza se e senza ma, è illusorio in quanto molti dubbi sulla effettiva “macchina portante” rimangono, anche quando si siano fatte tutte le indagini possibili per riconoscerla e distinguerla nel complesso sovrapporsi di interventi che, nella storia, l’hanno modificata.

Nella totalità dei casi non è possibile risalire ai dati progettuali che, spesso, non sono mai esistiti in quanto, tali edifici, venivano realizzati sulla scorta di esperienze precedenti e in base a prove empiriche che venivano testate durante la costruzione (ad esempio si provava con certi spessori murari e, se il manufatto crollava, si ripartiva incrementando le dimensioni). Inoltre il comportamento di strutture murarie è fortemente condizionato dalla qualità del materiale, funzione della abilità delle maestranze che le hanno realizzate e della inevitabile vetustà. Il risultato di tutte queste incertezze porta a delle inevitabili difficoltà nella modellazione del comportamento di una struttura storico-monumentale che raramente segue le previsioni di comportamento che sembrano logiche perché, ad esempio, deficienze strutturali localizzate e non visibili, portano ad un radicale mutamento del flusso tensionale che va a concentrarsi in zone differenti da quelle previste con conseguente incongruenza tra il comportamento reale e quello atteso.

Nonostante ciò, le deduzioni che è possibile fare dallo studio di un modello matematico possono risultare preziose se giustamente inquadrate nella complessa attività di interpretazione del comportamento strutturale di edifici in muratura quali sono quelli monumentali.

Di enorme utilità sono gli studi statistici su strutture simili che, in base ai dati osservati in situazioni analoghe, portano ad operare confronti che indirizzano l’occhio esperto nel formulare il giudizio sulla idoneità di una struttura monumentale ad assolvere alle funzioni portanti richieste.

L’analisi sperimentale dinamica, come già accennato, permette sia di svelare le caratteristiche vibratorie, sia di formulare giudizi in base alle variazioni riscontrate in successive campagne sperimentali. Pur con i limiti ora testimoniati, una modellazione matematica lineare ad elementi finiti permette, soprattutto se affiancata da prove sperimentali sui materiali e dinamiche sull’intera struttura, di cogliere alcuni aspetti globali del comportamento strutturale indispensabili per la conoscenza complessiva del manufatto. Per alcuni particolari costruttivi potrebbe essere utile una micromodellazione con infittimento della mesh e ipotesi di comportamento non lineare nel materiale, ma tali studi approfonditi sconfinano nella ricerca pura e non si ritengono ancora idonei per un loro uso di routine.

Per le motivazioni sopra dette lo studio della struttura, ove possibile in base alle disponibilità economiche, va completato con l’analisi numerica, usualmente ad elementi finiti. Il modello matematico viene messo a punto tenendo conto dei rilievi geometrici e strutturali nonché delle caratteristiche meccaniche dei materiali derivanti dalle prove in sito e di laboratorio o, in mancanza di queste, da dati ritenuti attendibili ricavati dalla letteratura; successivamente viene tarato sulla base del comportamento dinamico sperimentale. Il modello così definito può essere utilizzato per la verifica sismica della struttura, in presenza di un terremoto di progetto.

In prima approssimazione il modello è lineare e può dare indicazioni solo dei punti ove si concentrano le sollecitazioni maggiori e di conseguenza si innescano le prime lesioni. Per seguire l’evoluzione del danneggiamento occorre passare a modelli non-lineari che prevedano una soglia di crisi del materiale e a studi tramite analisi al passo con time-history di eventi reali e significativi per il sito su cui sorge l’edificio. Generalmente tale evoluzione del danneggiamento richiede anche una maglia molto fitta della mesh e quindi è possibile, come già detto, solo per parti limitate della struttura.

Comunque, un’analisi al passo in campo lineare, permette di effettuare dei confronti con i dati sperimentali che conducono, per approssimazioni successive, ad ottenere un modello che approssima sempre meglio il comportamento reale.

Con una modellazione affidabile è possibile effettuare simulazioni del comportamento dell’edificio a fronte di diverse fonti di sollecitazione e di testare l’influenza di interventi di rinforzo che dovessero rendersi necessari per un adeguamento antisismico.

Da ultimo è importante accennare alla possibilità di utilizzare le innovative tecniche di protezione passiva (isolamento sismico e dispositivi dissipativi) per proteggere, da eventi sismici estremi, anche i monumenti; in tale prospettiva la disponibilità di un modello matematico e propedeutica per la corretta progettazione dei dispositivi utilizzati.

[1] Il lavoro di stesura dei modelli di scheda ha visto il contributo scientifico di A.Cherubini

[2] Istituto Centrale per il Catalogo e la Documentazione, Strutturazione dei dati delle schede di precatalogo. Beni architettonici e ambientali. Edifici e manufatti - Scheda A.

Gli stessi dati costituiscono la prima sezione Anagrafico - descrittiva, di primo livello di approfondimento, della Scheda A Unità Edilizia Storica, a cura dell’Istituto Centrale per il Restauro


Tracciato di dati cartaceo	Redazione di schede per il rilevamento dei dati della documentazione tecnica consultata.

Tracciato di dati informatico	Informatizzazione dei dati in un sistema compatibile con il SIT.

Formazione di una nuova documentazione	Costituzione di un repertorio di dati e informazioni a diversi livelli, capace di dare un quadro di conoscenza complessivo degli interventi strutturali recenti che hanno interessato i casi esaminati.

Tipologia “A”	struttura scatolare formata da strutture verticali ed orizzontali collegate tra loro, con orizzontamenti rigidi o deformabili
Tipologia “B”	struttura scatolare, del tutto simile alla precedente, ma con una dimensione in pianta prevalente sull’altra
Tipologia “C”	struttura scatolare, del tutto simile al precedente tipo A, con una dimensione in altezza prevalente su quelle in pianta
Tipologia “D”	struttura formata in pianta e in elevazione da diversi macroelementi tra loro distinguibili per la diversa funzione strutturale
Tipologia “E”	struttura del tutto simile ad una delle precedenti A, B, C o D, ma con parti di essa dotate di notevole spessore o dotate di speroni esterni