Edifici in muratura: quadro normativo e danneggiamento

Lo scorso 5 giugno, ATE ha organizzato il seminario “Edifici in muratura: realtà di danneggiamento e normativa tecnica” per discutere delle evidenze emerse sia in area sisma sia nell’attività professionale quotidiana, ma anche nell’applicazione della normativa NTC2018 e nella frequente discrepanza fra stato dell’edificio ed esito delle verifiche analitiche.

Il seminario, coordinato dall’ing. Silvia Alfano di ATE, ha visto il contributo del prof. Claudio Chesi del Politecnico di Milano, dell’ing. Enrico Devoto di BMS Progetti, e degli scriventi ing. Marco Cagelli di AR.IN. Studio e ing. Maurizio Colombo di MC Ingegneria.

Inquadramento del tema e tematiche aperte

Ha introdotto i lavori il prof. Claudio Chesi che ha ricordato come il tema sia studiato da tempo e coinvolga molti tecnici e tuttavia restano ancora molti problemi aperti. Questo proprio per le tre principali ragioni della complessità:

• la varietà tipologica, per la moltitudine di soluzioni adottate nel corso della storia, della loro variazione territoriale e della loro diversa qualità costruttiva collegata alle conoscenze della manodopera;
• il comportamento meccanico con le ipotesi assunte per l’analisi degli elementi in muratura, in particolare come solo in condizione limite si possa assumere la non resistenza a trazione la cui conseguenza è la necessità di uno stato di compressione affinché la muratura possa sviluppare una resistenza a flessione, la limitazione dei carichi a compressione per garantire la possibilità di resistenza a flessione fuori e nel piano. Inoltre, ha illustrato la criticità connessa alla differenza di modulo elastico e modulo di Poisson fra malta e blocchi che porta quindi ad avere uno stato di sforzo caratterizzato da trazione trasversale nei blocchi e compressione in tutte le direzioni nella malta.
• i valori delle proprietà meccaniche, partendo dai dati citati dal manuale del Colombo con valori di Valori (di progetto) della resistenza a compressione (per muri con spessore >45 cm):

• muratura di mattoni:

1. malta comune 5,0 kg/cm²;
2. malta di cemento 7,5 kg/cm²

• muratura di pietra:

1. malta comune 4,0 kg/cm²;
2. malta di cemento 5,0 kg/cm²

Tali valori risultano diversi da quelli assunti attualmente nella tabella C8.5.1 a valle delle assunzioni dei coefficienti di sicurezza e dai fattori di confidenza e a cui gli studi sull’Indice della Qualità Muraria possono aiutare ad individuare al meglio i valori da adottare all’interno del range 26-43 daN/cm² previsto dalla tabella citata. Ragione per cui sono incorso ancora oggi moltissime ricerche e studi con prove di laboratorio.

Analisi di quattro edifici in area sisma

All’interno di questo panorama si è inserita la tesi di laurea svolta dall’ing. Enrico Devoto, riguardante l’analisi di quattro casi di studio all’interno di un database di oltre 80.000 schede Aedes redatte durante lo sciame sismico del centro Italia. L’idea di questa analisi derivava dalle evidenze emerse durante le attività svolte in area dall’ing. Maurizio Colombo e dall’ing. Marco Cagelli a supporto dell’ufficio valutazione dei danni del DiComac insediato poco dopo il primo evento sismico:

• l’entità dei costi di ricostruzione (oltre 40 miliardi di euro stanziati sino al 2047);
• il tempo in cui le popolazioni restano in uno stato di emergenza;
• la scarsa attività di prevenzione eseguita nel corso degli anni;
• la presenza di molti manufatti in muratura che non hanno subito danni, anche al centro del cratere.

In particolare, si è osservato che fra le 80.165, 61.141 hanno interessato edifici in muratura con la distribuzione di agibilità ben rappresentata nella seguente immagine.

È interessante quindi notare come gli edifici realizzati alla regola dell’arte (con termine improprio, ma che serve a definire la buona qualità di concezione ed esecuzione, dimostrano notevoli risorse di resistenza. Si sono adottati i seguenti criteri di selezione:

• struttura portante in muratura a tessitura regolare;
• nessun danneggiamento riportato in occasione della scossa del 24/08/2016 (esito di agibilità A);
• area circostante mostrante crolli e danneggiamenti;
• sviluppo su >2 livelli e configurazione planimetrica regolare;
• disponibilità della documentazione inerente.

Con tali ipotesi si è proceduto alla seguente procedura:

• totale schede AeDES: 80.165;
• edifici a seguito dell’applicazione dei ‘filitri’ di analisi: 1.101;
• edifici localizzati su Google Earth: 271;
• edifici in aree caratterizzate da evidenti crolli e danneggiamento: 21;
• edifici scelti a seguito dell’analisi della documentazione reperita 4;

Si è successivamente verificato che il confronto fra gli spettri registrati e gli spettri di normativa indica che l’accelerazione spettrale eccede i valori prescritti in più di una stazione. In tabella è confrontata la PGA registrata con la PGA prescritta dalle normative nei comuni coinvolti. La PGA registrata eccede le prescrizioni normative in un raggio di 18 km dall’epicentro (Accumoli, RI).

Lo studio è stato svolto con due software

• Mastersap: analisi dinamica modale e modellazione con elementi bidimensionali;
• 3Muri: analisi statica non lineare e modellazione a macroelementi (frame by macroelements)

E con il confronto fra la curva di capacità e lo spettro ADRS registrato in occasione dell’evento del 24/08/2016.
Ricordando che nessuno dei quattro edifici analizzati ha evidenziato danneggiamenti tali da renderli anche solo parzialmente inagibili, le analisi hanno avuto i seguenti esiti:

• Analisi modale:

1. Le verifiche a taglio mostrano un marcato miglioramento con l’incremento del livello di confidenza;
2. Le verifiche a flessione non mostrano marcati miglioramenti con l’incremento del livello di confidenza.

• Analisi statica non lineare:

1. Diminuzione analisi non verificate;
2. Aumento dell’indice di vulnerabilità α𝑆𝐿𝑉;
3. Incremento della curva di capacità sia in resistenza che in duttilità.

L’esito di tale analisi è che gli edifici avrebbero dovuto mostrare, secondo le verifiche analitiche svolte, un danneggiamento tale da renderli non agibili nella loro completezza.

 Conoscenza del patrimonio edilizio e pubblica incolumità

Proprio da questa evidenza parte la riflessione dell’ing. Marco Cagelli in merito alle responsabilità del singolo professionista in tema di pubblica incolumità, da valutarsi con strumenti apparentemente sempre più raffinati ma che lasciano per le murature un’aleatorietà di ipotesi progettuali tali da non escludere l’evento catastrofico (come descritto nel testo di James Reason “Human error: model and management” e sottolineato anche da Levy, Salvadori in “Perché gli edifici cadono” in cui ammoniscono “Dobbiamo concludere che nel campo delle strutture, come in qualsiasi altra attività umana, il solo miglioramento tecnologico non può garantire una diminuzione dei crolli, anzi potrebbe anche contribuire ad aumentarli”

L’azione del professionista coinvolge un costruito in muratura rappresentato dai dati ISTAT:

• edifici residenziali totali 12.187.698;
• edifici disabitati 2.546.101;
• edifici in muratura portante 6.975.977;
• in mediocre o pessimo stato 1.361.956

la cui vastità impone scelte di prevenzione per evitare il susseguirsi di eventi come quelli riportati nella seguente tabella

La necessaria rapidità di esecuzione impone un primo screening con metodi di analisi visiva rapida come per esempio il CIS di Milano che illustra bene lo stato del patrimonio edilizio della città:

• 5.156 (43,94%) degli immobili analizzati è stata oggetto di interventi prescrittivi per risolvere criticità in tema di pubblica incolumità;
• attualmente, anche a causa dell’emergenza Covid, restano aperti 2.543 interventi per il ripristino delle condizioni di sicurezza;
• per 69 edifici sono stati emessi CIS negativi;
• 21 edifici hanno necessitato un’analisi di secondo livello (ndr valutazione di sicurezza ai sensi delle NTC2018).

Se dovessimo estendere tale analisi al patrimonio italiano potremmo avere più di 5.300.000 edifici su cui intervenire!

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