Convegno CROLLI E AFFmABILITÀ ~i~ STRUTTURE ClVILI- !UAV Venezia, 6-7 dicembre 200!

ANALISI DELLA SICUREZZA STRUTTURALE DEGLI AGGREGATIEDILIZI DEI CENTRI STORICI

A. A VORIO, A. BORRI

Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale. Università di Perugia

SOMMARIOLa ricerca propone una metodologia di lettura ed analisi strutturale rivolta alla valutazione

della sicurezza strutturale di aggregati edilizi di tipo storico. Particolare attenzione è statarivolta al problema della codifica del rilievo strutturale in quanto la correttezza delleinfonnazioni acquisite influenza in maniera detenninante l'accuratezza dell'analisi.

ABSTRACTThe research presents a structural methodology oriented to a set of historical buildings (as

terraced housing). Particular attention has been set to the problem of the survey layout that

influence the rightness of the structural analysis results. A methodology for structural safety

of the buildings has been proposed.

~

I. PREMESSAAll'interno dei centri storici italiani, il tessuto edilizio è composto prevalentemente di

edifici in reciproca continuità strutturale, frutto dei processi di intasamento degli spazi liberi.Questa situazione comporta la necessità di condurre analisi strutturali estese ad una "unitàminima" (UM) che spesso comprende più edifici, e quindi diverse proprietà.

Si pensi ad esempio alle strutture voltate: ogni analisi più o meno accurata non puòprescindere dalla conoscenza di quanto avviene nelle cellule contigue a quella in esame, inparticolare riguardo alla capacità di assorbire la spinta orizzontale della volta.

Questa esigenza di estendere le indagini ad un insieme di edifici contigui si è presentata,ad esempio, nella ricostruzione successiva al sisma umbro-marchigiano del 1997: sono statequi individuate le cosiddette "unità minime d'intervento" (UMI), ovvero aggregati di edificistrutturalmente contigui, ciascuno dei quali ciascuno dei quali è stato esaminato nella suaunitarietà, sia nella fase di progettazione che in quella di realizzazione degli interventi.Proprio da questa esperienza ha avuto avvio la ricerca voluta dalla Regione dell 'Umbria equisintetizzata, che ha come oggetto lo studio di una metodologia per l'analisi strutturale di unaggregato edilizio, con particolare riferimento alle tipologie più frequenti nei centri storiciminori. I punti cardine della ricerca sono stati:

.la messa a punto di un sistema di rilievo strutturale idoneo per le particolarità deigruppi di edifici

.l'influenza della qualità muraria sulla valutazione della sicurezza

.la costruzione di una serie di abachi per l'identificazione dei dissesti prevedibili

CROLLI E AFFIDABlLIT À DELLE STRUTTURE CIVILI202

2. METODOLOGIA DEL RILIEVO STRUTTURALE

'-

Una delle scelte strategiche della ricerca, come già detto, è stata quella di puntare sullaqualità delle informazioni riguardanti l'intero aggregato edilizio. Appare evidente come lostudio dell'insieme non sia riconducibile alla semplice somma della vulnerabilità dei singoliedifici che la compongono.

La difficoltà di disporre di informazioni sulle strutture contigue a quella esaminata, hasuggerito di adottare una metodologia di rilievo speditivo orientato ad evidenziare le tipologiecostruttive e la loro caratterizzazione meccanica. In pratica si è cercato di mettere a punto unsistema che consenta di descrivere il funzionamento dei vari elementi in modo che possaessere letto in un contesto complessivo.

Le informazioni sulle tecniche costruttive storiche tipiche dell'area in esame indicano inmaniera efficace quali solo le particolarità meccaniche delle strutture; la ricognizionetipologica costituisce quindi non solo un generico inquadramento dei valori architettonici, mastabilisce quali sono i modelli strutturali più appropriati per rappresentare il funzionamentodegli edifici.

In questa ricerca sono state inserite anche le tipologie proprie delle alterazioni strutturalidegli ultimi trenta-quaranta anni. In pratica sono state considerate anche le nuove tipologie disolaio e di copertura oltre a particolari interventi di consolidamento (come ad es.: i cordoli).

Il risultato di maggior rilievo di questa fase della ricerca è stata la messa a punto di unaguida al rilevamento strutturale composta da un legenda di base (Figura 1) e schede tematiche

sulle tipologie.La scelta del colore è motivata dalla opportunità che si aggiungano informazioni senza

appesantire la restituzione grafica. La legenda contiene tutti i simboli da riportare in pianta,sezione e prospetto. I simboli sono stati pensati per rappresentare informazioni di caratterestrutturale con particolare attenzione alle interazioni tra gli elementi.

A titolo di esempio si può osservare con la presenza delle volte sia segnalata nel prospettocon triangoli da porre in corrispondenza del centro di spinta. La simbologia nel caso dellavolta a padiglione è diversa da quella della volta a crociera proprio per evidenziare laparticolarità della spinta. Ha un particolare significato anche la distinzione tra solaitradizionali con o senza soletta all'estradosso. Questa differenziazione è stata resa attraversouna linea di colore magenta di spessore tale da poter essere facilmente individuata econsentire un immediato confronto con le tipologie di solaio adiacenti.

In linea generale si può asserire che la metodologia di rilievo strutturale serve percompilare le tavole in scala 1 :200, tavole che, attraverso piante, sezioni e prospetti,contengono le seguenti informazioni:

.Rilievo geometrico degli aggregati. È la base d'appoggio su cui indicare tutte leinformazioni necessarie per l'analisi strutturale.

.Lettura strutturale. Attraverso l'indicazione delle tipologie sugli elaborati geometricipermette di fornire informazioni riguardanti i vari elementi strutturali e le lororelazioni (come le connessioni).

.Analisi dei dissesti. Esamina il quadro fessurativo attuale. Questa op'erazione inseriscenel documento le lesioni sulle strutture ossia gli effetti di dissesti visibili sulfahhricato-

Figura l. Legenda base per il rilievo strutturale.

AVORIO. BORRI ?m

204 CROLLI E AFFIDABILIT À DELLE STRU1TURE CIVILI

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Figura 3. Porzione di rilievo strutturale

CROLLI E AFFIDABILIT À DELLE STRUTTURE CIVILI206

3. LA V ALUT AZIONE E L'INFLUENZA DELLA QUALITÀ MURARlA

---

Particolare importanza riveste la valutazione, anche in maniera speditiva, della qualitàmurarla. Il motivo di questa attenzione scaturisce anche dalle ricerche condotte nel dopoterremoto in Umbria. In particolare, indagini mirate su un campione di circa duecento edificihanno evidenziato come molti dei crolli parziali osservati fossero motivati da un'insufficienzadell'apparecchio murario [2]. Sono stati considerati come parametri di riferimento quellecaratteristiche costruttive che ne influenzano principalmente il comportamento e sono difacile determinazione. Di seguito si riporta l'elenco di tali caratteristiche:

.orizzontalità dei filari (OR)

.sfalsamento dei giunti verticali di malta sa

.forma e dimensione degli elementi (FD)

.elementi disposti ortogonalmente al piano della muratura "diatoni" (PD)

.qualità della malta (MA)La procedura proposta è basata tra il confronto di una caratteristica della muratura oggetto dianalisi e una serie di categorie riportate in appositi abachi. La valutazione viene espressaattraverso un valore numerico ottenuto dalla calibrazione dei risultati della ricerca primaindicata.Per tale motivo è evidente che la validità del modello è esportabile direttamente solonei casi-in cui la tipologia muraria sia analoga a quella umbra.La formulazione del punteggio parte dall'assunzione che la presenza, della "regola dell'arte"corrisponda ad punteggio pari a 2; la presenza parziale corrisponda ad un voto tra 0.5 e 1.5,mentre l'assenza corrisponda ad un valore nullo. La somma dei vari punteggi, definiscequantitativamente il rispetto o meno, nella muratura in oggetto, della "regola dell'arte" eviene definito Indice di Qualità muraria (I.Q.).

L 'intervallo dei possibili punteggi ottenibili varia tra 0 e lo, relativi rispettivamente allapeggiore e migliore qualità della muratura. Una ulteriore suddivisione in tre fasce di valori,definisce la corrispondenza tra il punteggio ottenuto e la corrispondente tipologia dicomportamento strutturale.

Le corrispondenze sono le seguenti:Categoria A: lO;?: punteggio totale;?: 8Categoria B: 8 > punteggio totale;?: 3Categoria C: 3 > punteggio totale;?: 0

I 3 -I -~\ I ---

1

~~

~

A: muro di buona qualità con O: muro a doppia cortina o a C: muro di cattiva qualità con

elementi di connessione trasversale "sacco" ~ ciottol.i e scaglie di pietra --

Figura 4. Categorie di qualità e loro comportamento meccanico

AVORIO. BORRl 207

Per facilitare le operazioni di definizione della qualità muraria relativa a tipologie murariedi edifici non lesionati, si è realizzata una scheda chiamata "Scheda di valutazione dellaqualità muraria" da compilare con la relativa "guida". La somma dei punteggi ottenutidefmisce l'appartenenza ad una particolare categoria di comportamento.

I ~~m

~

-

Prospetto

-1=mista a ciottoli naturali o spaccati e pietrame.

Assonometria I

Muratura di pietra di dimensioni minute

Muratura realizzata con pietre di vario tipo (calcari, scaglie, talvolta, 00 ..naturali o spaccati. Gli elementi presentano forme molto irregolari (scaglie di pietra)dimensioni medio-piccole. La tessitura muraria è caotica, non sono rispettatiorizzontamenti, ne lo sfalsamento dei iunti verticali; assenti i diatoni -_=1Ciottoli di fiume naturali e spaccati.Calcari compatti e a frattura concoide, colori vari.Laterizi (mattoni) di argilla cotta, interi, spaccati e scaglie.Malta di calce e graniglia di cava, talvolta si trova malta di argilla, ambedue di

I nll~lit~

Dimensioni e formericorrenti dei blocchi:

~

G)Im

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:0')."

CATEGORIA n

~(/)"l

s = 8.;0 12 cm

h= 10.;015cm

1=15.;030cm

PDFD

O

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, OR I SG I

I o 1-01 ..

Figura 5. Esempio di scheda di valutazione della qualità muraria

INDICE QUALITA

0.5

CROLLI E AFFIDABILIT À DELLE STRUTTURE CIVILI208

4. DEFINIZIONE DELL'EDIFICIO STANDARD

Si è cercato di ricondurre il problema dello studio del comportamento statico di un edificioisolato o di un aggregato di edifici inseriti all'interno di un centro storico, all'analisi di unaserie di edifici standard. Tale condizione permette di associare all'analisi quella caratteristicadi rapidità nella compilazione necessaria nella condizione di studio di problemi a larga scala.Per quello che si è potuto constatare nella realtà umbra, gli edifici nei centri storici sonogeneralmente non più di quattro piani, per cui il primo elemento sarà quello di valutare edificial massimo di tale altezza. In questo inquadramento poi si è ritenuto opportuno consideraredue diversi valori di snellezza verticale delle tese interessate dai meccanismi di danno: paretitozze (SNv-MIN) con snellezza À=6, À=12, À=18, À=24, rispettivamente per tese di uno, due,tre o quattro piani, ed in modo del tutto analogo pareti snelle (SNv-MAX), con À= lO, À=20,À=30, À=40.

Si riporta nella Tabella l, un esempio con tese di uno, due, tre o quattro piani, assegnandospessori standard per il generico edificio. I valori sono pari a sl=60 cm per il piano terra,s2=50 cm per il piano primo, s3=40 cm per il piano secondo, s4=30 cm per il piano terzo.

Piano 4

(BxH)

30*180

30*30030 * 120

30*30030 * 120

30*300

30*180

30*350

r.m y Gm

Piano 3

IBxHIPiano 2

IRyHIPiano 1'BxH1

SNv1 = 6SNv2 = 10SNv1 = 12SNv2 = 20SNv1 = 18SNv2 = 30SNv1 = 24.~Nv? = 40

40*30040*40040*30040*40040*30040*450cmxcm

~

50*30050*50050 * 300

50*500~my~m

60*30060*500cmxcm

Tat>ella I. Spessore ed altezza dei piani in base alla snellezza assegnata

Tabella 2 -Altezze delle tese standard inoti~~ate in (tahell" 1

AVORIO. BORRI 209

4.1. UN ESEMPIO DI INTERAZIONE STRUTTURALE

La spinta statica prodotta dagli archi e dalle volte ha estrema importanza nei fenomeni didissesto. Quest'ultimi provocano lesioni analoghe a quelle per presso-tlessione, conl'aggravarnento dato dalla tlessione e del taglio portati dalla spinta delle volte. Esistono anchemanifestazioni secondarie per questo tipo di dissesto, come il distacco delle strutture internedal muro di facciata (sfilamento delle travi dei solai, in particolare per muri "in falso") o ladepressione delle volte (in particolare per volte costruite "in foglio").

Figura 6. Dissesti statici legati alla spinta delle volte ed effetti secondari

Il rilievo effettuato dei sistemi voltati secondo la metodologia descritta permette distabilire il grado di relazione esistente tra elementi strutturali adiacenti. La simbologiaconsente di individuare dalla pianta e dal prospetto il tipo di volta (a botte, a crociera, apadiglione, a vela), la modalità secondo cui la medesima scarica le proprie azioni sullamuratura (viene indicato con un singolo triangolo o con una serie di triangoli il punto o lazona su cui la volta imprime la sua spinta) e lo spessore della volta (in foglio, ad una, due, treteste).

Figura 7. Convenzioni per il rilievo di strutture voltate

La simbologia consente di stabilire le azioni che interessano una parete. Un paramento sucui scaricano le loro azioni di spinta statica due volte poste consecutivamente beneficia,infatti, di un effetto di ricentratura della curva di pressioni, dovuto all'annullarsi, oquantomeno al ridursi, delle componenti orizzontali di spinta. Nel caso in cui questacondizione sia modificata per la sostituzione di una volta con un solaio piano, la componenteorizzontale della spinta statica proveniente dal locale attiguo non trova più adeguato contrasto(Figura 8).

210 CROLLI E AFFIDABILIT À DELLE STRUTTURE CIVILI

-CASO B

Figura 8. Effetto della spinta delle volte su una parete

Esiste poi, per I' edilizia storica, una frequente situazione che il rilievo dell ' aggregato può

opportunamente mettere in luce: la presenza al piano terra, di strutture voltate poste incontinuità. Per il reciproco elidersi delle componenti orizzontali di spinta, all'incirca ugualied opposte, si riduce l' eccentricità della curva delle pressioni nei piedritti centrali, mentre ciònon aVviene per le pareti di testata dell ' edificio o della schiera dove possono manifestarsi

problemi di instabilità statica sulla parete esterna.

'

Figura 9. Interazione tra volte al piano terra

s. ANALISI STA TICA A TTRA VERSO GLI ABACHI DI CONFRONTO

Una volta attribuita la qualità media delle murature si procede in due diverse direzioni aseconda della categoria muraria. Per la categoria C si ritiene inutile esaminare i possibilidissesti statici in quanto la scarsa qualità muraria impedisce la formazione di una validomeccanismo resistente. In altre parole agli edifici dove la presenza di muratura di tipo C èsignificativa si assegna direttamente un voto di non idoneità strutturale.

Negli altri due casi (tipo A e B) la valutazione della idoneità strutturale dovrà sdoppiarsi inun valore relativo alla condizione di parete tipo "A", leggibile sulla penultima colonna adestra, ed un altro valore relativo alla condizione di parete tipo "B", leggibile nell'ultimacolonna a destra della scheda.

AVORIO. BORRI 211

Per valori negativi del coefficiente C si è assegnata una valutazione insufficientedell'idoneità statica. Sono stati considerati:

.tipologia di solaio caratterizzante i piani dell'edificio (TS);

.snellezza verticale ed orizzontale (SNv e SNh);

.presenza di copertura spingente o non (TC);

.presenza di spinte di archi e volte (SP);

.meccanismi coinvolgenti tese di uno o più livelli;Tutti i casi considerati possono essere considerati sia per edifici danneggiati che integri.

Nel primo caso dalle condizioni di vincolo rilevate e dalla geometria si può localizzareall'interno dell'abaco la situazione più vicina e valutare se essa è sufficiente sotto il profilo w

della sicurezza statica. Nel caso di edifici danneggiati l'abaco costituisce solo una guida al

rilievo del dissesto.

6. CONCLUSIONILo studio qui sintetizzato ha messo in luce i seguenti aspetti legati al problema della

sicurezza strutturale degli aggregati edilizi:a. la valutazione dell'idoneità strutturale del singolo fabbricato inserito all'interno di un

gruppo di edifici non può prescindere dall'analisi delle mutue interazionib. occorre predisporre un documento di rilievo con una codifica standardizzata per consentire

la lettura simultanea dei meccanismi resistentic. la valutazione della sicurezza statica e sismica può essere condotta con i medesimi

strumentid. occorre considerare come aspetto determinante l'attribuzione di un giudizio sulla qualità

muraria attraverso valutazioni che tengano conto della specifica realtà costruttiva

7. RIFERIMENTI BIBLI.OGRAFI.CI

[l] Francesco Gurrieri (a cura di) 1999. Manuale per la riabilitazione e la ricostruzione postsismica degliedifici. Edizioni DEI Tipografia del Genio Civile, Roma.

[2] Tesi di laurea dell'ing. Luca Rossi -Comportamento sismico di edifici in muratura in relazione alla qualitàmuraria. Relatore prof. A. Borri, Correlatore ing. A. Avorio A.A. 2000-2001

[3] Tesi di laurea dell'ing. Marco Tosti -Analisi statica e sismica per aggregati in muratura: applicazione alcentro storico di Umbertide. Relatore prof. A. Borri, Correlatore ing. A. Avorio A.A. 2000-2001