SICUREZZA E CONSERVAZIONE

IL RUOLO DELLA CONOSCENZA E DELL’ANALISI DEI MATERIALI E DELLE STRUTTURE NEI PROGETTI DI INTERVENTO SUI PALAZZI STORICI

DELL’UNIVERSITA’ DELL’AQUILA

E. ANTONACCI, A. CECI, L. FANALE, D. GALEOTA, V. GATTULLI, M. LEPIDI, F. POTENZA, R. QUARESIMA

Dipartimento di Ingegneria delle Strutture, delle Acque e del Terreno, Università dell’Aquila

SOMMARIOIl 6 Aprile 2009 un terremoto di magnitudo ML=5.8 (MW=6.3) ha colpito la città dell’Aquila. L’evento sismico ha causato seri e diffusi danni al tessuto edilizio cittadino, soprattutto a quello storico in muratura, compromettendo la quasi totalità di un pregevole patrimonio monumentale ed architettonico. Crolli parziali o comunque danni gravi hanno interessato la maggior parte delle costruzioni nel centro città. Il lavoro sintetizza uno sforzo sinergico volto allo sviluppo di ricerca e di conoscenzanell’ambito dell’analisi dei materiali e delle strutture dei beni monumentali. Sono pertanto dapprima evidenziati i risultati didiverse esperienze nel settore delle indagini distruttive e non distruttive per la caratterizzazione dei materiali e delle strutturetipici della città dell’Aquila. Quindi è presentata in forma organica ed integrata l’attività di ricerca svolta nell’ambito dellamodellazione strutturale di edifici monumentali in muratura con inserti di telai in cemento armato. In particolare, sono confrontati diversi approcci per la modellazione strutturale di edifici storici in muratura, paragonandone le prestazioni anchealla luce dell’esperienza accumulata durante le numerose ispezioni visive post-sisma finalizzate al rilievo del danno e alla prima valutazione del comportamento sismico [1]. Come casi studio si presentano gli edifici storici di Palazzo Carli, di Palazzo Camponeschi e della sede della Direzione Generale della CarispAq [2], al fine di illustrare con esempi diversi le conclusioni desunte dall’elaborazione della grande messe di dati proveniente dalle attività condotte.

ABSTRACTOn April 6, 2009 an earthquake of magnitude ML=5.8 (MW=6.3) struck the city of L'Aquila. The earthquake caused severe and widespread structural damage to the buildings, making at serious risk a valuable heritage of architectural monuments. Particular injures were suffered by the historic masonry palaces. However, partial collapse or major damage affected almost all the buildings located in the city centre. The paper synthesizes a synergic effort for developing research and knowledge in the analysis of materials and structures of historic monuments. Therefore the results of non-destructive and destructive tests are initially highlighted, aiming to characterize the materials and the structure typical of the city of L'Aquila. Then, a multi-faceted research activity concerning the structural modelling of masonry structures integrated with reinforced concrete frame is presented. In particular, different approaches to structural modelling of historic masonry buildings are presented and discussed, comparing their performance on the light of the experience gained during several post-earthquake visual inspections for the damage assessment [1]. A few historic buildings are presented as case study: Palazzo Carli, Palazzo Camponeschi and the building hosting the General Direction of the Carispaq [2], in order to illustrate with several examples the conclusions drawn from the elaboration of a large amount of collected information.

1. INTRODUZIONE

Lo studio completo dell’adeguatezza sismica dell’edificio sede della Direzione Generale della CarispAQ, così come le osservazioni condotte su Palazzo Camponeschi e Palazzo Carli, sebbene ancora a livello preliminare, sono il frutto di una speciale sinergia fra i Dipartimenti dell’Università dell’Aquila, DISAT e DAU (Dipartimento di Ingegneria delle Strutture, delle

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

Acque e del Terreno, e Dipartimento di Architettura e Urbanistica), accomunati da un’importante presenza operativa nelle fasi immediatamente successive al sisma. Il metodo di lavoro integra le esperienze multidisciplinari presenti nell’Ateneo nei settori dell’ingegneria sismica, della storia dell’architettura, del restauro architettonico, dell’analisi strutturale, della caratterizzazione del comportamento meccanico dei materiali, della meccanica computazionale, della geologia e geotecnica.

Il lavoro è stato organizzato analizzando per passi logico-procedurali l’indagine conoscitiva dei materiali e delle strutture, l’analisi strutturale e la definizione dei criteri di intervento. Dalle esperienze maturate per ciascun caso-studio sono state estrapolate analisi e valutazioni specifiche per l’articolazione delle varie fasi della procedura generale di indagine e di progetto per il recupero di edifici storico-monumentali.

Le considerazioni riportate per l’edificio CarispAQ riguardano solo alcuni aspetti dell’indagine complessiva, focalizzando l’attenzione sugli elementi necessari per una ragionevole valutazione strutturale in un edificio di notevole complessità. Pur tenendo presenti i risultati ottenuti da un’approfondita attività di ricerca storico-archivistica, da un attento esame critico dell’apparecchiatura costruttiva, da un rilevamento puntuale del danno causato dal sisma, vengono sintetizzati i risultati ottenuti dalla caratterizzazione chimico-fisica e meccanica dei materiali, da un’attenta analisi strutturale del comportamentosismico dell’edificio, sia in riferimento ai meccanismi locali di collasso che alla risposta globale della struttura.

Per Palazzo Camponeschi sono presentati altresì i risultati ottenuti dalla caratterizzazione del terreno del sito di edificazione, dalla valutazione dei meccanismi di danno occorsi alle strutture, dalle proposte preliminari di messa in sicurezza del fabbricato, anche in relazione alle lavorazioni già avviate per Palazzo Carli.

2. PROCEDURE PER UNA CONOSCENZA INTEGRATA DEI MATERIALI E DELLE STRUTTURE

Un attento processo di rilievo è stato messo in atto per determinare le caratteristiche geometriche e strutturali degli edifici. Il processo ha incluso vari aspetti tra loro complementari: la classificazione dei materiali, la definizione della tipologia deglielementi strutturali, la descrizione delle modalità di esecuzione e posa in opera, la ricostruzione dell’impianto strutturale e delle sue evoluzioni storiche e la rappresentazione del quadro dei dissesti, specialmente relativi al sisma del 6 aprile.

Lo strumento d'indagine principale per il rilievo strutturale è stata l'osservazione visiva ripetuta del manufatto. Una migliore conoscenza dell’impianto strutturale è stata determinata attraverso il ricorso ad una esaustiva campagna di prove sperimentali distruttive e non distruttive.

2.1. La ricerca storico-archivistica, il rilievo e l’analisi del dannoLa sede della Direzione Generale della CarispAQ è ubicata nel centro della città dell’Aquila con ingresso principale su Corso Vittorio Emanuele II (Figura 1a), uno degli assi viari principali del tessuto storico urbano. La costruzione dell’edificio risalealla fine del XIX secolo, ma oggi esso appare in effetti fondamentalmente modificato da due interventi, il primo risalente aglianni ’50, che portò alla realizzazione di un salone per il pubblico di grande luce (circa 12m) su progetto dell’ing. Sergio Musmeci (Figura 1b), ed il secondo, risalente al periodo 1964-66, che diede luogo ad un radicale intervento con l’inserimento di un telaio in c.a., la sostituzione delle strutture orizzontali voltate con solai nervati e le sopraelevazioni di due piani. Inquest’occasione l’edificio ha subito, ovviamente, una sostanziale modifica dell’impianto strutturale originale. La geometria attuale dell’edificio risulta complessa ed evidentemente non regolare, sia in elevazione che in pianta. In elevazione l’edificiopresenta una marcata discontinuità che consente di distinguere due parti complementari e singolarmente irregolari (entrambe a C) e differente altezza. In pianta la regolarità della geometria rettangolare, in termini di masse e rigidezze, appare disturbata, oltre che dalle evidenti implicazioni dovute agli inserti in c.a., anche dalla presenza del porticato e da diversi vani scala eccentrici. Le fondazioni, con l’eccezione dei plinti su cui gravano i pilastri sotto la corte interna coperta,sono di tipo continuo e realizzate in muratura.

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

Figura 1. Edificio Direzionale della CarispAQ: a) facciata principale; b) volta del salone durante la ristrutturazione; c) ricostruzione tridimensionale della struttura; d) pianta primo piano

a)

b)

c)

d)

Nella Figura 1c è rappresentata la ricostruzione dell’impianto strutturale tridimensionale, attraverso un processo di idealizzazione utile alla realizzazione dei modelli strutturali oggetto delle analisi.

Palazzo Carli e Palazzo Camponeschi sono rispettivamente la sede del rettorato e la sede della Facoltà di Lettere dell’Università degli Studi dell’Aquila. Palazzo Carli è un edificio di impianto rinascimentale molto complesso (Figura 2a), irregolare in pianta ed in alzato, costituito dall’unione di due palazzi, ciascuno con cortile centrale (Figura 2b). Ha tre pianifuori terra ed uno seminterrato. Dei due cortili uno ha doppio ordine di loggiato, nell’altro le colonne sono inglobate nei muri.A piano terra il loggiato del chiostro è coperto da volte a crociera sostenute da archi in mattoni pieni a tutto sesto impostati su colonne a sezione quadrata. Le strutture portanti verticali dell’edificio sono setti murari realizzati con elementi lapidei a bozze, di dimensioni irregolari e con inserti di laterizio o altro materiale. Nella zona sud del complesso sono presenti due parti adiacenti a struttura portante in calcestruzzo armato. Gli elementi orizzontali intermedi sono strutture voltate, a botte o a crociera, nei vani scala e nei porticati, in latero-cemento nella parte in c.a. ed in acciaio e tavelloni nel resto del complesso.Sono presenti catene in ferro con funzioni di cerchiatura delle volte. La copertura è prevalentemente in legno, tranne per la parte in calcestruzzo armato, dove sono in latero-cemento. Lo scalone e altre scale della costruzione antica sono realizzate con elementi portanti in muratura; in c.a. nelle parti ricostruite.

L’intero edificio è stato duramente colpito da sisma del 6 Aprile 2009. Oltre che lesioni passanti diffuse su volte e strutture di elevazione, si sono verificati crolli, soprattutto in corrispondenza di uno dei due cortili interni. Il rilievo del quadro fessurativo e l’analisi dei meccanismi di collasso hanno evidenziato una sostanziale carenza nei collegamenti tra pareti ortogonali e tra pareti e solai, una qualità muraria scadente, l’inadeguatezza delle strutture di copertura e il non corretto dimensionamento dei giunti strutturali fra corpi di fabbrica affiancati.

Palazzo Camponeschi, detto anche complesso dei gesuiti, ha una forma estremamente irregolare ad L (Figura 3b) , con braccia di dimensioni pari a 60x67 m e larghezza pari a 11 m circa. Il grande vano scala centrale collega tutti e tre i livellid’elevazione, di cui uno seminterrato e gli altri due fuori terra. La progettazione del complesso dei gesuiti prese avvio già dal1592, quando vennero assegnate all’ordine le case Camponeschi. Il complesso prevedeva la realizzazione di un insediamento articolato in una chiesa, una residenza, una scuola e la sede dell’ordine. Esso doveva sorgere nella zona centrale della città, in prossimità delle sedi delle istituzioni più importanti dell’epoca. Nel 1636 fu dato inizio alla realizzazionedella chiesa, nel 1700 quelli dell’ala del collegio su Via Camponeschi. Il terremoto del 1703 interrompe bruscamente entrambi i lavori; questi riprendono dopo qualche anno, ma con l’espulsione dei gesuiti dal Regno di Napoli, nel 1767, si

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

bloccano definitivamente. La chiesa rimane priva del paramento esterno sulla facciata e palazzo Camponeschi si riduce per sempre alle sole due ali su Via Camponeschi e Via Forcella, con una connotazione di palazzo incompleto.

Figura 2. Palazzo Carli: a) facciata principale; b) pianta piano terra

Figura 3. Palazzo Camponeschi: a) facciata principale; b) pianta piano coperture

Le strutture di Palazzo Camponeschi hanno subito pesanti danni ma, a differenza della sede del Rettorato, non hanno registrato crolli. Le volte a botte e a crociera del solaio di calpestio del piano terra e del piano primo mostrano ampie lesionipassanti. In alcuni punti le volte non solo manifestano distacchi all’imposta, ma addirittura aperture di diversi centimetri dilarghezza in mezzeria. Il meccanismo di ribaltamento fuori del piano che ha interessato la parete Sud del cortile interno, Figura 4c, è particolarmente evidente. La parete mostra un fuori piombo di vari centimetri, evidenziato anche dalla penetrazione delle catene all’interno del muro.

2.2. Il ruolo delle prove geotecniche Un aspetto che ha avuto un ruolo cruciale nel terremoto del 6 Aprile è stata la variabilità dell’azione sismica trasmessa alle strutture dal terreno. La sua forte eterogeneità ha messo in luce la necessità di svolgere indagini geotecniche del sito su cuiinsiste la fondazione. La caratterizzazione geotecnica è suddivisa in varie fasi: rilievi geologici, indagini geognostiche, misurepiezometriche, misure di permeabilità e prove meccaniche.

a) b)

a)

b)

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

Figura 4.Palazzo Carli: a) meccanismo di ribaltamento della parete laterale; b) opere provvisionali di messa in sicurezza; c) Palazzo Camponeschi facciata su cortile interno; d) meccanismo di ribaltamento

Dalla documentazione raccolta si evince che la sede della CarispAq è stata interessata da varie campagne di indagini geotecniche, durante la costruzione del salone in calcestruzzo armato e nel 2009 in vista della redazione di mappe di microzonazione. Sono stati effettuati sondaggi geognostici, 5 prove SPT, integrate con una SDMT eseguita nel colle dell’Aquila in due sondaggi in analoghe litologie.Inoltre, è stata condotta una campagna di indagini nell’area degli edifici di Palazzo Camponeschi e Palazzo Carli.Nell’Aprile del 1997 è stata eseguita una indagine geotecnica nella corte interna del Palazzo Camponeschi con 12 sondaggi a carotaggio continuo, fino alla profondità massima di 18 metri. I primi 5 sondaggi sono stati eseguiti a ridosso dell’edificio,con l’intento di accertare la costituzione e la dimensione della struttura di fondazione. Tali fondazioni risultano interamenteimpostate sulle brecce e di sezione rettangolare. La perforazione è stata eseguita dove possibile “a secco” e in alternativa con circolazione di acqua chiara.Nel corso delle indagini inoltre sono state eseguite 21 prove SPT per le quali, considerando la natura rocciosa dei terreni attraversati, è stato utilizzato al posto del campionatore a scarpa aperta la punta conica standard. A completamento delle indagini furono eseguiti due pozzetti di ispezione in prossimità delle fondazioni in modo da poter visionare direttamente le fondazioni stesse. Recentemente è stata effettuata una seconda campagna di indagini geotecniche (SDMT E DH) per la misura diretta delle velocità di propagazione delle velocità di taglio Vs, figura 5.

a)

b) c)

d)

Figura 5. Profilo di Vs da SDMT1-2-3 sovrapposti.

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

2.3. Il ruolo delle prove sui materiali Le campagne di prove sperimentali condotte sugli edifici in esame sono state svolte sia per la determinazione delle caratteristiche meccaniche delle murature e delle malte che le compongono, sia per la verifica della rispondenza delle strutture in calcestruzzo armato agli elaborati progettuali. L’obiettivo delle indagini è stato quello di migliorare il livello di conoscenza dell’edificio, al fine di affinarne il modello strutturale. Le prove svolte durante le campagne di indagine si suddividono in due categorie: per le strutture in muratura si sono svolte prove non distruttive di tipo ultrasonico, nonché prove distruttive di tipo endoscopico, e infine prove di compressione con martinetti piatti; nelle strutture in cemento armato si sono utilizzate prove ultrasoniche, prove pacometriche e prove distruttive su carote. Le prove sono state localizzate, quando possibile, in corrispondenza delle zone maggiormente danneggiate dell’edificio, al fine di comprendere il deperimento della qualità del materiale dallo sviluppo del danno indotto dal sisma.

Nell’edificio che ospita la sede centrale della CarispAq, ad esempio, sono presenti due tipologie di murature. La prima, di seguito denominata tipo 1, è la più diffusa nella quasi totalità del fabbricato. In particolare questo tipo di muratura si ritrovanei setti del piano terra su cui si innesta parte del telaio in cemento armato. Tale tipologia è stata rilevata sulle murature perimetrali e su quelle interne, con una tessitura ascrivibile ad una stessa classe e fase costruttiva: “muratura in pietrame mista a ricorsi orizzontali di mattoni”, le cui dimensioni medie degli elementi sono riportate in Tabella 1. Il doppio ricorso dimattoni, posto ad un interasse verticale di 90-100 cm per la muratura del piano terra e 60-70 cm per la muratura del piano secondo, fornisce una maggiore resistenza a taglio della struttura muraria, ed inoltre alleggerisce la massa volumica dell’apparecchiatura costruttiva. Si ritiene che questo tipo di muratura sia quello originario, risalente all’epoca della costruzione dell’edificio. La muratura tipo 2 è presente in porzioni limitate del fabbricato, nello specifico in corrispondenzadelle strutture a due livelli. Si mostra di più scadente fattura, composta da pietre irregolari senza ricorsi di orizzontamento.Dalle analisi si riscontra uno stato di conservazione buono sia degli elementi lapidei, che dei laterizi e della malta, anche sequest’ultima presenta proprietà molto modeste sia nel legante che nell’aggregato. Dall’estrazione di campioni mediante carotaggi sono state desunte informazioni qualitative e quantitative sulle caratteristiche fisico-chimiche dei materiali. In Tabella 2 si riporta la composizione nei quattro campioni, massa volumica e rapporto legante inerte.

elemento

dimensioniPietra sbozzata laterizio

L1 [cm] 10÷20 28 L2 [cm] 15 14 L3 [cm] 20÷25 4

Tabella 1. Dimensioni medie degli elementi costituenti la muratura

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

Figura 6. Paramenti murari nell’edificio della Carispaq: a) muratura Tipo 1; b) muratura Tipo 2

Le estrazioni sono state effettuate in corrispondenza di ricorsi di mattone, C1 e C3, e della parte in pietrame, C2 e C4. Le carote hanno mostrato scadente capacità di coesione, scarsa adesione al supporto della malta, di matrice carbonatica, attribuibile ad una carente frazione fine di aggregato, ma al contempo si riscontra l’assenza di fasi secondarie come concrezioni, incrostazioni, efflorescenze, a dimostrazione del buono stato di conservazione dei materiali. Sono state svolte, distribuite su vari livelli del fabbricato, nove prove a martinetti piatti semplici per la determinazione dello stato tensionale in esercizio e due prove a martinetti piatti doppi per la determinazione del modulo elastico e della resistenza ultima a compressione. Il primo tipo di indagine si basa sulla variazione dello stato di sollecitazione generato in una zona della struttura per effetto di un taglio eseguito in direzione normale alla superficie [3]. Tramite il dispositivo di prova (martinetto) si ripropone nella muratura lo stato tensionale che annulla la deformazione intercorsa a seguito del taglio. La tensione nella zona di prova si è ottenuta in funzione della la pressione che ripristina le condizioni originali della muratura, Figura 7a.

Diversamente per la determinazione delle caratteristiche di deformabilità sono stati utilizzati due martinetti piatti paralleli,tramite i quali si esercita sulla muratura uno stato di sollecitazione monoassiale, in direzione normale al piano di posa. Per ciascuna prova sono stati effettuati due cicli di carico, il primo finalizzato ad assestare la muratura, il secondo prolungato finoal raggiungimento della rottura del materiale, nel quale vengono misurate sia le deformazioni verticali che quelle orizzontali.Dall’analisi del diagramma tensioni-deformazioni, Figura 7b, sono state desunte la resistenza ultima e il modulo elastico dellamuratura, valutato col metodo della secante. La stima è stata effettuata considerando il valor medio delle deformazioni verticali. Valutando, durante la prova, l’incremento di deformazione della muratura rispetto all’incremento costante di tensione si definisce il punto rappresentativo della rottura del materiale [4]. Correlando l’andamento delle deformazioni orizzontali e verticali, nell’intervallo della fase elastica, si fornisce una stima del modulo di Poisson in modo da poter avere un confronto col valore da normativa assunto pari a 0.5 [5]. Diversamente, per la determinazione delle caratteristiche di deformabilità sono stati utilizzati due martinetti piatti paralleli, attraverso i quali si esegue una prova di compressione monoassiale in direzione normale al piano di posa. Sono stati effettuati due cicli di carico, il primo utile ad assestare la muratura, il secondo per determinarne le caratteristiche meccaniche dalle deformazioni verticali e orizzontali, funzione della pressione esercitata.

a) b)

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

carota contenuto %

C1 mattoni C2 pietrame C3 mattoni C4 pietrame

malta % 17.5 28.3 4.1 13.3 mattone (laterizio) % 80.3 - 86.7 0.9 pietrame % - 71.7 - 85.8 malta adesa % 2.2 0 9.2 0 massa volumica % 1249 1865 1630 2256 rapporto in peso legante-inerte R=I/L 1/3.5 1/4.2 1/3.4 1/4.3

Tabella 2. Dimensioni medie degli elementi costituenti la muratura

MuraturaE

(N/mm2)G

(N/mm2)fme

(N/mm2)fmu

(N/mm2)q= fme/ fmu

Tipo 1 920 0.2 383 0.69 3.03 4.39 Tipo 2 709 0.4 236 0.67 2.00 2.99

Tabella 3. Sintesi delle prove con martinetti piatti doppi e semplici

-400 -300 -200 -100 00

0.2

0.4

0.6

0.8

1

u ( m)

MPs1

pos 1-1

pos 2-2

pos 3-3

(N/mm2)

-0.01 -0.008 -0.006 -0.004 -0.002 0

0

1

2

3

4

[N/m

m2 ]

martinetti piatti doppimuratura tipo 1muratura tipo 2

Figura 7. Risultati prove con martinetti: a) Prova a martinetto piatto semplice (Tipo 2). (b) Diagrammi Tipo 1 e 2.

La sperimentazione effettuata non ha previsto la realizzazione di prove a taglio ma, sebbene la muratura non sia assimilabile ad un mezzo elastico omogeneo isotropo, si sono comunque correlate le deformazioni orizzontali con quelle verticali nell’intervallo della fase elastica, ottenendo così una stima fittizia del modulo di Poisson . Tale stima permette di calcolare valori del modulo a taglio G compatibili con i valori forniti dalla normativa.

Sono state effettuate anche prove su carote di calcestruzzo, prove pacometriche, prove ultrasoniche, prove georadar, endoscopie. Dettagli dei risultati sono riportati in [1]. In particolare, le endoscopie eseguite sui portici esterni hanno mostratoche le colonne sono costituite da blocchi lapidei di grandi dimensioni, squadrati e lavorati esternamente, e da un nucleo interno a sacco costituito da elementi allettati con malta di caratteristiche simili a quella presente nella muratura del fabbricato.

a)b)

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

MuraturaE

(N/mm2)G

(N/mm2)fme

(N/mm2)fmu

(N/mm2)q= fme/ fmu

Tipo 1 920 0.2 383 0.69 3.03 4.39 Tipo 2 709 0.4 236 0.67 2.00 2.99

Tabella 4. Sintesi delle prove con martinetti piatti doppi e semplici

Per gli edifici di Palazzo Carli e Palazzo Camponeschi, si prevede di effettuare una estesa campagna di prove distruttive, martinetti piatti, carotaggi e non distruttive, prove ultrasoniche, georadar, analisi fisico-chimica delle malte ed anche una attenta mappatura della muratura tramite analisi termografica. Questo tipo di analisi è utile al fine di individuare zone di omogeneità o disomogeneità all’interno del nucleo non ispezionabile, e soprattutto lo stato di fessurazione interno.

2.4. Il ruolo delle prove sulle strutture In alcuni casi, per i Palazzi in questione al fine di caratterizzare il comportamento dinamico d’insieme delle strutture, per

avvalorare anche i successivi modelli di calcolo, verranno condotte analisi dinamiche in condizioni di forzanti ambientali, oppure con debole eccitazione come da esperienze condotte dai ricercatori del DISAT in alcuni monumenti importanti della città dell’Aquila [5,6].

3. METODI PER L’ANALISI STRUTTURALE

La valutazione dell’adeguatezza sismica di edifici esistenti, siano essi in muratura o in calcestruzzo armato, è possibile attraverso diverse tecniche, di tipo sia statico sia dinamico, fondate essenzialmente sulla formulazione di modelli strutturali. I modelli strutturali per le opere in muratura sono essenzialmente classificabili in due categorie: i modelli continui equivalenti,ed i modelli discreti a macroelementi. Questi modelli considerano generalmente solo meccanismi di rottura nel piano (a presso-flessione e taglio). L’adozione di macroelementi e telai equivalenti, unitamente all’ipotesi di nodo rigido e non danneggiabile fra maschi murari e fasce di piano, riduce il numero di gradi di libertà del problema e può facilitare i processi di preparazione dei dati e di interpretazione dei risultati, con un minore impegno computazionale rispetto ai modelli continui equivalenti.

L’idea alla base delle valutazioni di adeguatezza sismica è che attraverso il modello sia possibile riprodurre la risposta dinamica della struttura all’azione del sisma, considerando l’eventuale degrado della rigidezza che può derivare dallo sviluppo degli scenari di danno. A tale scopo l’analisi dinamica non lineare è indubbiamente lo strumento più completo ed efficace; un’alternativa attraente, recentemente introdotta, è rappresentata dall’uso di procedure di analisi statiche non lineariche, pur conservando la notevole semplicità d’uso e di interpretazione dei risultati tipica delle analisi statiche lineari, consentono stime più realistiche ed affidabili della risposta strutturale anche in campo non lineare.

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

Figura 8. Modello a macroelementi in ambiente 3Muri: a),b) viste tridimensionali del telaio equivalente (modello base); c) modello arricchito dalla presenza della struttura del salone in telai di c.a.

In ogni caso, allo stato delle conoscenze [8,9], l’analisi pushover è considerata adeguata a fornire una valutazione affidabiledella capacità sismica di un edificio esistente in muratura, anche in caso di accoppiamento con una struttura in c.a.

Nel caso di strutture in muratura non c'è in generale necessità di complesse analisi dinamiche per poter eseguire le verifiche di resistenza. La regolarità e semplicità dell'impianto strutturale degli edifici in muratura permette di poter cogliere,con un'analisi statica equivalente, informazioni sufficienti per la verifica di sicurezza dell'edificio contro le forze sismichepreviste. Inoltre, benché il problema sia sempre di tipo tridimensionale, non è necessario adottare complessi modelli spaziali.Nei casi normali, la verifica alla resistenza delle strutture nelle due direzioni ortogonali della pianta dell'edificio risultasufficiente.

Secondo le prescrizioni da normativa [5], l’azione sismica è descritta efficacemente dai due diversi profili delle distribuzioni di forze orizzontali, o carico sismico: distribuzione proporzionale alle masse di piano, forze proporzionali al prodotto delle masse per la deformata corrispondente al primo modo di vibrare. La normativa prevede inoltre di considerare anche la presenza di un’eccentricità accidentale del centro di massa, assunta convenzionalmente pari al 5% della massima dimensione dell'edificio in direzione perpendicolare alla direzione di applicazione dell’azione.

L'analisi, eseguita in controllo di spostamento, procede al calcolo della distribuzione di forze che genera il valore dello spostamento richiesto. L'analisi al passo viene proseguita fino a che non si verifica il decadimento del taglio alla base del 20% dal suo valore di picco. Si calcola così il valore dello spostamento ultimo (Du) dell'edificio, generato da quella distribuzione di forze.

Le analisi effettuate per la Sede della Carispaq, mostrano che la struttura, indipendentemente dal quadro di danneggiamento seguito al sisma del 6 Aprile, presenta attualmente una capacità prestazionale incapace di soddisfare tutti i requisiti di normativa. In particolare, l’inadeguatezza sismica della costruzione si determina soltanto rispetto all’evento sismico più severo, associato allo Stato Limite Ultimo SLV, corrispondente ad un periodo di ritorno di 712 anni.

L’insufficienza della prestazione sembra non dipendere in maniera significativa dal carico sismico, dalla direzione e dal verso di applicazione dell’azione sismica e dalla presenza di eccentricità accidentali. L’insufficienza della prestazione rispettoal sisma di elevata intensità (SLV) è legata essenzialmente alla non ottima qualità della struttura portante in muratura, come confermato dalla crisi (a taglio, a flessione) dei macroelementi che descrivono i pannelli murari, che sopraggiunge prima della formazione di cerniere plastiche a flessione che interessino i telai in calcestruzzo armato. Si nota che l’inadeguatezza della risposta in relazione alla domanda prestazionale è relativa per la massima parte al contemporaneo mancato soddisfacimento delle richieste di duttilità, e di resistenza.

SLV SLD SLO Dmax/Du Dmax/Du Dmax/DuModello

min max min max min max MSS 1.324 0.644 0.922 0.330 0.696 0.262 MCS 1.312 0.665 0.714 0.325 0.539 0.258

Tabella 5. Risultati delle verifiche strutturali condotte attraverso analisi statica nonlineare.

a) b) c)

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

Figura 9. Curva di capacità (154 steps) per il caso peggiore per diversi livelli di conoscenza: punti selezionati per la descrizione dei meccanismi di crisi.

4. CRITERI E PROGETTI DI INTERVENTO

4.1. Interventi di messa in sicurezzaNonostante siano stati eseguiti gli interventi di messa in sicurezza di tutti e tre i casi di studio presentati, il caso più emblematico è quello di Palazzo Carli visto i numerosi crolli che hanno interessato la struttura. Di seguito, brevemente sono riportati alcuni spunti di riflessione. L’intervento di puntellamento strutturale per Palazzo Carli ha riguardato prevalentementela messa in sicurezza dei pilastri del loggiato del cortile 1, nel quale esistevano incipienti meccanismi di collasso. Inoltre, le numerose lesioni presenti nella muratura della facciata principale e l’innesco di un probabile meccanismo di primo modo hanno determinato la necessità di inserire una serie di tiranti in corrispondenza di tutte le murature perimetrali (Figura 10).

a) b)

Figura 10. Progetto di messa in sicurezza di Palazzo Carli: a) facciata principale b) pianta

4.2. Interventi di recuperoLe proposte di intervento per il recupero della CarispAQ sono state elaborate direttamente dalla valutazione dei risultati ottenuti dalle prove sperimentali e dalla modellazione del comportamento strutturale.

Gli interventi di recupero proposti sono stati definiti anche in accordo con le indicazioni emanate dalla protezione civile per la ristrutturazione post sima a L’Aquila. Pertanto, piuttosto che la totale riconfigurazione di un complesso organismo

s(cm)

C

Du=7.55

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1LC1

LC3LC2

a=0.15g a=0.38g a=0.58g

Dmax=9.42

SICUREZZA E CONSERVAZIONE

strutturale, caratterizzato da setti in muratura e consistenti inserti in cemento armato, ipotizzabile per una generale redistribuzione delle masse e delle rigidezze di piano e soprattutto dei carichi agenti sugli elementi strutturali più vulnerabiliquali i maschi murari presenti ai piani inferiori, si è proposto di intervenire con opere di rafforzamento locale.

Al fine di omogeneizzare la sezione muraria e soprattutto di aumentarne la resistenza ultima a compressione, sono stati definiti i criteri per eseguire iniezioni di malte specifiche. Analogamente è stata proposta l’applicazione, sui maschi murari delpiano terra e del piano primo, di rinforzi in materiali compostiti, necessaria per conferire all’elemento maggiore resistenza allesollecitazioni tangenziali agenti nel piano e duttilità.

5. CONCLUSIONI

Il presente lavoro illustra una metodologia integrata per l’acquisizione di idonei livelli di conoscenza al fine di determinare il comportamento sismico di complessi edifici in muratura con inserti di strutture in cemento armato di valore monumentale. Sono stati commentati attraverso tre importanti casi di studio riguardanti palazzi storici del centro della città dell’Aquila, colpitifortemente dal sisma del 6 Aprile 2009, i ruoli dei vari aspetti del problema da quello dell’analisi storico-archivistica e delrilievo del danno a quello delle analisi strutturale operata attraverso idonee procedure numeriche in campo nonlineare. Tale scenario di conoscenza è necessario per procedere a consapevoli progetti di recupero ed adeguamento sismico.

BIBLIOGRAFIA

[1] Ceci A.M., Contento A., Fanale F., Galeota D., Gattulli V., Lepidi M., Potenza F.: Structural performance of the historic and modern buildings of the University of L’Aquila during the seismic events of Aprile 2009, Engineering Structures in press, doi:10.1016/j.engstruct.2009.12.023.

[2] Antonacci E, Contento A., Fanale L., Galeota D., Gattulli V., Lepidi M., Potenza F.: Seismic Analysis of complex masonry buildings; WONDERmasonry 2009 Workshop on Design for Rehabilitation of Masonry Structures, Ischia 2010.

[3] Antonacci E., Ceci A., Contento A., Costantini L., Di Fabio F., Fanale L., Galeota D., Gattulli V., Lepidi M., Mattei A., Potenza F., Quaresima R., “Verifica dell’adeguatezza sismica della Direzione Generale Carispaq: Analisi strutturale”, Comunicazione interna 2009.

[4] Dipartimento Protezione Civile,Struttura Tecnica di Missione Abruzzo, ReLUIS, ALIG, ALGi, Linee Guida Modalità di indagine sulle strutture e sui terreni per i progetti di riparazione/miglioramento/ricostruzione di edifici inagibili, Bozza Marzo 2010.

[5] D.M. 14/01/2008, Norme Tecniche per le Costruzioni, Gazzetta Ufficiale n.29, Febbraio 2008.

[6] Antonacci E., Beolchini G., Di Fabio F., Gattulli V. The dynamic behavior of the Basilica S. Maria of Collemaggio, 2nd Internatıonal Congress on Studıes ın Ancıent Structures, Instabul, Turkey, 2001.

[7] Antonacci E., Beolchini G. C., Di Fabio F., Gattulli V., Retrofitting effects on the dynamic behaviour of S. Maria di Collemaggio, Tenth International Conference on Computational Methods and Experimental Measurements, Alicante, Spain, June 4-6, 2001.

[8] Magliulo G., Maddaloni G., Cosenza E., Comparison between non-linear dynamic analysis performer according to EC8 and elastic and non-linear static analyses, Engineering Structures, Vol.29, p.p.2893-2900 (2007).

[9] Mwafy A.M., Elnashai A.S., Static pushover versus dnamic collapse analysis of RC buildings. Engineering Structures,Vol.23, p.p.407-424 (2001).