L’interpretazione delle sofferenze strutturali negli edifici: l’analisi delle cause delle lesioni nelle murature

Le lesioni murarie e i fenomeni fessurativi sono segnali che incidono sulla sicurezza di un edificio. 

Tuttavia vanno analizzate e interpretate per comprendere le cause che le hanno generate e poter così intervenire nel modo più efficace.

Ad esempio, vi è una differenza tra l’attività di analisi delle lesioni sulle murature che derivano da fenomeni quali cedimenti fondali, movimenti franosi o errori di progettazione, e lo studio delle fessurazioni che invece sono generate da eventi sismici.

Come spiegato dall’Ing. Massimo Mariani, tra i massimi esperti nel consolidamento e restauro degli edifici, occorre definire due casistiche: le lesioni che “nascono” in periodo di “pace sismica” e quelle provocate dal terremoto.

Nel primo caso bisogna studiare le cause che alterano la struttura, analizzando il quadro fessurativo e il tipo di lesione. Invece, nell’ambito “caotico” del sistema sismico, l’interpretazione del danno è molto più profonda e articolata e comporta lo studio delle “patologie” insite nella struttura e generate con il susseguirsi degli scuotimenti nel tempo.

Le cause del danneggiamento strutturale in fase di “pace sismica”

Ing. Mariani, partiamo dall’analisi dei dissesti nella fase di "pace sismica", quali sono le principali cause che generano lesioni negli edifici?

«Le lesioni nei muri degli edifici possono essere causate da diversi fattori: cedimenti fondali, movimenti franosi, errori di progettazione, variazione delle condizioni del terreno o interventi esterni generati dall’uomo, come la realizzazione di costruzioni adiacenti oppure sconsiderati interventi sulle murature creando aperture o alterazioni strutturali. Le lesioni possono anche essere dovute alla vetustà delle murature oppure a fenomeni di fatica sulle strutture dovuti a vibrazioni generate da agenti limitrofi come il passaggio di veicoli, macchinari .. etc».

Lesioni nei muri: strumenti e tecniche d’indagine 

Come analizzare i diversi tipi di “lesioni” che possono verificarsi in un edificio?

«Facendo sempre riferimento a un contesto di “pace sismica”, oggi disponiamo di diversi strumenti d’indagine utili sia a scoprire le cause che hanno determinato le lesioni sia a comprendere il loro livello di pericolosità, nonché per riuscire a individuare i punti esatti su cui intervenire per rigenerare le murature dando loro una nuova dignità strutturale che possa garantire maggior sicurezza. Oltre all’indagine visiva e quindi l’analisi delle geometrie del quadro fessurativo, si devono indagare i fattori al contorno, per cui occorre fare indagini sui terreni, in situ, significa dinamiche indirette o dirette oppure in laboratorio con il prelievo di campioni indisturbati. E poi c’è tutto l’ámbito delle tecniche d’indagine sulle murature attraverso strumenti che oggi sono sempre più tecnologici e aggiornati. Faccio riferimento alle indagini endoscopiche, alla verifica dello stato tensionale delle murature con i martinetti piatti oppure alle prove fatte attraverso il tensionamento diagonale o quelle penotrometriche sulle malte. Poi abbiamo le prove non distruttive».

Quali sono le prove non distruttive a cui fa riferimento?

«Ad esempio le prove soniche, le prove radar o georadar con le quali si verifica lo stato di aggregazione degli elementi all’interno del pannello murario, poi ci sono le termografie e io aggiungo anche il rilievo con il laser-scanner. Quest’ultimo si rivela un valido strumento in quanto può essere portato alla precisione del millimetro consentendo di definire quali sono le deformazioni rispetto allo stato originario, quindi individuare i fuori piombo o le gibbosità della muratura che è in sofferenza strutturale. Ciò è possibile grazie a un moltiplicatore delle dimensioni orizzontali o verticali, a seconda della deformazione. Il moltiplicatore permette di accentuare nella restituzione con un numero di volte le dimensioni dell'oggetto rilevato e quindi di evidenziare la deformazione dell’edificio, conoscerne la condizione di stabilità e identificare le condizioni di sofferenza strutturale».

Una volta fatte le attività di indagine si può procedere con l’eventuale intervento rigenerativo, dopodiché?

«Per ultimo si passa alla fase di monitoraggio post-intervento per la verifica degli effetti positivi della “cura”. Questo lo si può fare avvalendosi dei fessurimetri, ossia di sensori che vengono inseriti a cavallo delle lesioni e che controllano il comportamento della struttura registrando l’andamento delle deformazioni in determinati intervalli di tempo. Ovviamente il monitoraggio può anche essere di tipo preventivo, in quel caso serve per capire se le deformazioni sono ancora in atto o se sono terminate».

L’interpretazione delle lesioni negli edifici in muratura post-sisma

Nel caso in cui le lesioni di un edifico siano la conseguenza di evento sismico, come bisogna procedere?

«In questo caso sappiamo cosa ha determinato il danno, per cui bisogna "interpretare" il sisma e poi i suoi effetti sulle murature. Innanzitutto partiamo da un dato di fatto: il terremoto è l’espressione del caos che l’uomo cerca di razionalizzare, ma che è imprevedibilità. Durante un terremoto le strutture murarie subiscono alterazioni dissipative di carattere sempre deformativo plastico».

Che cosa intende dire?

«Mi spiego meglio. Generalmente tendiamo a identificare gli edifici come elementi strutturali a sé stanti, in realtà prima dovremmo entrare nell’intimo murario per capire cosa il terremoto ha causato all’interno dell’elemento strutturale. Questo perché ogni singolo scuotimento e impulso sismico causa effetti irreversibili sulle strutture esistenti, effetti che sono estranei ai concetti di elasticità che nelle murature è minima. Ossia le murature sono soggette a deformazioni quasi sempre plastiche e ad alterazioni permanenti. Nella loro composizione, cioè nel loro “intimo murario”, si genera una memoria del danno subíto che è dovuta a fenomeni di fatica, di isteresi, quindi, sisma dopo sisma, nelle murature si attiva un’ereditarietà di ciò che è avvenuto, che  dipende dall’espressione fisica che è stata assunta negli istanti precedenti. Ciò è fondamentale, perché in questo caso, i concetti legati alla duttilità ossia alla risorsa che le strutture mettono in gioco durante lo scuotimento sismico, in realtà vengono meno, in quanto questa diminuisce fino a scemare, impulso dopo impulso e vibrazione dopo vibrazione. A questo punto, il motivo predonominate è da ricondursi al fatto che la muratura perde la sua costituzione originaria e si disgrega. Quindi gli elementi nonostante siano ancora a contatto, non hanno più legami e si verifica il fenomeno della "disgregazione muraria" che si riscontra nel 99% degli episodi di crollo del passato».

Fatta questa premessa che tiene conto della memoria del danno e dell’ereditarietà, su cosa deve basarsi la corretta valutazione delle lesioni in edifici in muratura in seguito a un sisma? 

«La valutazione del quadro fessurativo degli edifici, che il più delle volte è rilevato dal lesionamento degli intonaci, in realtà deve essere accompagnata da un concetto fondamentale di dubbio che i progettisti devono conservare durante il loro operato, perché il quadro fessurativo non rivela totalmente le condizioni reali della struttura, il suo reale stato di salute. Dietro a un intonaco infatti, può esserci qualsiasi condizione di conservazione della materia alterata o meno dal susseguirsi degli eventi sismici ultimi e dei terremoti precedenti. È importante comprendere che a causa della "memoria del danno", un edificio che sembrava non avere subíto danni considerevoli in seguito a un sisma, potrebbe invece raggiungere la disgregazione muraria per via di terremoti differenti anche con energie inferiori a quella dell'ultimo evento e il problema si evidenzia proprio nella valutazione post-sismica dei danni lievi; per questo motivo suggerisco che bisognerebbe sempre fare dei saggi nelle murature per capire quali siano le reali condizioni murarie affiché si possa avere chiarezza del loro stato di conservazione».

Il livello di pericolosità di una lesione

Quando diventa preoccupante una lesione nata in seguito a un evento sismico?

«Il livello di pericolosità del quadro fessurativo è determinato dalle geometrie che sono quelle dell’ampiezza, della lunghezza, della diffusione e della quantità delle lesioni, inoltre deriva dalle alterazioni delle strutture, quindi dalle gibbosità e dai fuori piombo...etc.  Sono tutte condizioni che hanno una loro specificità, tant’è che in base a parametri definiti e alle caratteristiche delle lesioni, si stabilisce la gerarchia del danno. La normativa, le NTC 2018 e le ordinanze commissariali nei vari sismi, stabiliscono i termini per la valutazione del danno. Ma c’è un altro fattore che occorre tenere in considerazione».

Quale ulteriore aspetto bisogna considerare? 

«Le analisi vanno viste anche in base all’espressione del sisma che è di tipo caotico e che muove l’edificio nello spazio in direzione sia orizzontale sia verticale. Finora abbiamo sempre elementarizzato il sisma pensando che fosse un esempio di sollecitazione traslativa orizzontale, invece gli studi condotti da me e dall’Ing. Francesco Pugi, hanno evidenziato un terzo fattore che è lo spostamento verticale. Il sisma quindi è uno shaker; il vettore accelerazione è qualcosa che vortica nello spazio. Le NTC 2018 permettono di valutare questa componente verticale senza limitazioni, anzi i Colleghi dovrebbero attrezzarsi per utilizzare gli spettri di risposta della componente verticale nelle loro modellazioni di calcolo strutturale».

Questo come si riallaccia all’analisi delle lesioni di un edificio e alle soluzioni per porvi rimedio?

«Nell’analisi generale del sisma bisogna ricordare che la parete non ribalta quasi mai ma si disgrega quasi sempre e questo fa capire quanto sia importante comprendere il sisma che causa disgregazione muraria, gli edifici implodono su loro stessi portando a un’uniformità di macerie sia all'interno sia all'esterno del sito. Le città distrutte dal sisma hanno perso la loro connotazione urbanistica, non si riesce a individuare le strade o le piazze. Quindi si deve progettare tenendo conto della negatività della componente sismica verticale e ciò è consentito dalle NTC 2018. Questo concetto deve indurre il progettista a interpretare il danno in maniera totale, non solo parziale nelle singole lesioni, questo perché lo scuotimento è spaziale e porta all’alterazione delle condizioni proprie intime della muratura. Quindi, nell’andare a fare un’indagine occorre capire qual è lo stato della muratura che ha subito l’effetto shaker del sisma, perché potrebbe essere ormai composta solamente da elementi tra loro giustapposti e a contatto per attrito senza avere nessun tipo di legante». 

«Inoltre la componente verticale del sisma va sempre verificata nella progettazione, perché non è vero che sia un elemento da considerare “eventualmente” solo vicino alla sorgente ossia in prossimità dell’epicentro. Infatti l’analisi degli accelerogrammi dei terremoti verificatesi dal 1976 in poi, eseguita dall'Ing. Francesco Pugi e da me, ha dimostrato la contemporaneità delle componenti verticali e orizzontali sia in zone vicine alla sorgente del terremoto, sia lontane. Lo studio ha dimostrato che la componente sismica verticale non perde di dignità con l’allontanarsi dalla sorgente per cui rimane un fattore importante da valutare nell’ámbito dello scuotimento sismico. L’ultima nostra ricerca poi ha riguardato "le azioni sismiche impulsive" e le crisi locali, da queste causate, nelle strutture in muratura».

Le azioni sismiche impulsive e le crisi locali nelle strutture in muratura

Cosa s’intende per azioni sismiche impulsive e crisi locali?

«Si tratta degli effetti del cosiddetto Jerk, che è la derivata prima dell'accelerazione e la terza dello spostamento rispetto al tempo, effetti che finora sono stati ignorati dall’ingegneria Sismica ma sono stati molto considerati da quella meccanica e idraulica. Per Jerk s’intendono scuotimenti suscitati a ogni variazione di accelerazione, tali “colpi” si manifestano maggiormente nelle congiunzioni tra gli elementi strutturali, in particolare nei nodi delle strutture sia quelli orizzontali sia verticali, provocando l’alterazione della costituzione della muratura».

Come bisogna intervenire per sanare queste alterazioni strutturali? Quali tecniche adottare?

«L’obiettivo è cercare il più possibile di "rigenerare" le murature. Non bisogna affezionarsi a monotematismi tecnologici utili sempre e dovunque, ma volta per volta bisogna scegliere i rimedi adatti alla specifica necessità palesata dalla struttura. Nell’ambito del danno grave, occorre "rigenerare" le murature quindi riconfinarle all’interno di interventi che ne accrescano la resistenza. Solo a quel punto è possibile intervenire affiché ogni sua parete diventi un pannello da poter modellare nel calcolo secondo la meccanica classica. Dico sempre che una struttura non crolla mai e che non si muore mai sotto sisma a causa del momento flettente, degli sforzi normali, di taglio, torcenti e delle loro combinazioni».