Stima delle caratteristiche meccaniche delle murature con il metodo IQM alla luce della Circolare n. 7/2019

L’articolo illustra l’aggiornamento, alla luce delle modifiche introdotte dalle NTC 2018 con la relativa Circolare esplicativa (Cons. Sup. LL.PP., 2019) della procedura per la determinazione dell’Indice di Qualità Muraria IQM.

Tale metodo di valutazione è nato nel 2000 in Umbria e si è perfezionato nel corso degli anni successivi grazie anche alle ricerche condotte in ambito ReLUIS. Esso consiste nell’attribuire un giudizio di rispetto (completo o parziale, o mancato rispetto) per alcuni parametri tipici della regola dell’arte muraria. Sulla base dei giudizi espressi si perviene ad un indice numerico, variabile tra zero e dieci, correlato con la qualità muraria e correlabile con i parametri meccanici più significativi per le murature. 

Nell’articolo, dopo aver ricordato l’importanza ed il ruolo della qualità muraria nel comportamento strutturale delle costruzioni in muratura esistenti (in particolare ai fini di una adeguata risposta sismica) ed aver brevemente riassunto il metodo per la determinazione dell’IQM, vengono mostrate le modifiche che sono state necessarie per allinearlo alle nuove e più dettagliate indicazioni normative introdotte dalla Circolare n. 7/2019.

L'importanza della qualità muraria nella risposta strutturale di un edificio esistente soggetto a sisma

I sismi che hanno colpito l’Italia centrale nel 2016 hanno ancora una volta confermato l’importanza, dal punto di vista della risposta strutturale di un edificio, della qualità meccanica dei suoi elementi murari verticali, o “qualità muraria” tout court, intesa come l’insieme di quelle caratteristiche tipologiche-costruttive (materiali impiegati, tessitura, organizzazione della sezione, ecc.) che ne influenzano in modo determinante il comportamento strutturale.

Si è visto infatti come, nelle zone vicino agli epicentri, la maggior parte delle costruzioni costituite da murature caotiche ed irregolari abbiano subìto crolli totali o parziali per disgregazione, e come, al contrario, edifici realizzati con muratura tessuta a regola d’arte e ben costruiti abbiano risposto positivamente, in generale, alle ripetute sollecitazioni indotte da quella sequenza sismica. Molte delle costruzioni vicine all’epicentro del 24 agosto 2016 (magnitudo 6.1 R), in massima parte di scarsa o scarsissima qualità muraria e costruttiva, sono infatti crollate, mentre quelle più direttamente interessate dai sismi del 26 ottobre 2016 (magnitudo 5.3 R e 5.9 R) e del 30 ottobre 2016 (magnitudo 6.5 R), con epicentri vicino a Norcia, hanno fornito risposte diversificate proprio in funzione delle differenze in termini di qualità muraria: le costruzioni ordinarie  del centro storico di Norcia, consolidate negli anni ’80 e successivi, o ricostruite con muratura in blocchi laterizi, hanno subìto solo danni limitati, più o meno significativi, mentre nel resto di quel territorio le costruzioni in pietrame irregolare non consolidate hanno avuto numerosi crolli.
Da ricordare poi il disastroso comportamento delle chiese in tutta la Valnerina (ma non solo), crollate o gravemente danneggiate tutte costituite da murature in pietrame caotico e non rispettoso di alcuna regola dell’arte, sulle quali, in genere, mai si era intervenuti in modo significativo dal punto di vista strutturale, a causa dei vincoli di “tutela”.

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Le situazioni sono varie e la realtà è certamente complessa e difficilmente inquadrabile in schemi precostituiti; perciò, in generale, non si può dire che l’unica causa dei crolli sia stata la cattiva qualità muraria. In molti casi, a queste carenze si sono associate mancanze nei collegamenti, presenza di elementi spingenti e di altri elementi di vulnerabilità. Tuttavia, l’osservazione effettuata nei luoghi colpiti dai sismi passati in occasione della compilazione delle schede di rilievo del danno per gli edifici ordinari ha mostrato che sui grandi numeri, considerando cioè, per l’analisi del danno, un campione numericamente significativo di edifici, il fattore “qualità muraria” risulta molto significativo (fig. 1).

Appare quindi confermata l’opportunità di considerare questo aspetto al primo posto, quando si è chiamati ad esprimere valutazioni di sicurezza o a progettare interventi di consolidamento per un edificio in muratura.

Figura 1. Edifici del centro storico di Norcia a seguito degli eventi sismici del 2016: influenza della tipologia di muratura sull’agibilità degli edifici (a) e sulla percentuale cumulata di edifici con indice di danno inferiore al valore riportato sull’asse delle ascisse (b). Le tessiture murarie sono distinte in regolari, irregolari e miste. Per l’agibilità si hanno i seguenti esiti: A = agibile; B / C = temporaneamente/parzialmente inagibile; E = inagibile. I livelli di danno vanno da 0 = assenza di danno a 5 = crollo (figura tratta da (Borri ed altri, 2017b)). 

La gerarchia delle resistenze per gli edifici esistenti in muratura

Le caratteristiche della muratura tradizionale e i fenomeni che portano alla disgregazione

Si ricordano qui, brevemente, alcune delle particolarità più significative, dal punto di vista della risposta sismica, delle costruzioni murarie.
Come noto, la muratura tradizionale, categoria nella quale ricade gran parte delle murature esistenti, non è un materiale nel senso moderno del termine, cioè il risultato di un processo industriale, controllato e codificato. Si tratta, invece, di un prodotto artigianale, che può presentarsi con varianti e declinazioni dipendenti dal luogo, dall’epoca di realizzazione, dall’importanza dell’edificio, dalla porzione dell’edificio in esame, dall’abilità delle maestranze impegnate per la sua realizzazione, ecc.
L’assemblaggio, più o meno ordinato e razionale, di elementi distinti, con l’interposizione di un legante, la malta, che quasi mai ha avuto una funzione vera e propria di legante, ma serviva solo a regolarizzare le superfici di appoggio tra gli elementi, ha dato luogo ad un materiale con caratteristiche molto particolari, tra cui la non resistenza a trazione, la non linearità nei suoi comportamenti, la disomogeneità e l’anisotropia.

Ma per poter condurre analisi strutturali in termini meccanici bisogna poter escludere la possibilità (spesso, purtroppo, assai concreta) che la costruzione non riesca a fornire alcun tipo di risposta strutturale, perché qualsiasi comportamento meccanico viene anticipato dal fenomeno della disgregazione muraria.
Tale evento si presenta spesso, durante i sismi, nelle costruzioni con muratura di scadente qualità (ad esempio: malta povera, elementi di forma irregolare e dimensioni medio-piccole, paramenti scollegati tra loro); sotto l’effetto di azioni dinamiche e cicliche rilevanti la muratura è incapace di “tenere insieme” gli elementi che la costituiscono e si disgrega.

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Sismabonus 2017: un approfondimento con riflessioni, contributi grafici ed esempi a cura di Borri, Barluzzi e De Maria

Perché avvenga la disgregazione muraria possono essere più che sufficienti le componenti orizzontali di tali accelerazioni, ma se poi, oltre alle componenti orizzontali, ci sono anche rilevanti componenti verticali del sisma (come accade quando ci si trova in prossimità degli epicentri) è evidente che la precarietà di quelle situazioni murarie, già problematiche, si aggrava ulteriormente.

Questo fenomeno viene considerato in un modo marginale dalle norme tecniche: nella Circolare 2019 la parola “disgregazione” è presente, con questa accezione, solo una sola volta (nel par. C8.7.1.2.1 - Analisi dei meccanismi locali di corpo rigido). Questo perché si dà per scontato ciò che, nella realtà del nostro patrimonio edilizio, non lo è affatto, ovvero che un edificio esistente possieda sempre la capacità di fornire una qualche risposta di tipo meccanico alle azioni sismiche.

Purtroppo così non è, e la maggior parte delle vittime dei passati terremoti è dovuta proprio a crolli avvenuti per fenomeni di tipo disgregativo.

Questo tipo di comportamento non lo si scopre certo adesso; lo hanno messo in evidenza vari ricercatori; solo per citarne alcuni: Antonino Giuffrè (Giuffrè, 1991 e Giuffrè, 1993), Baggio e Carocci in (Bernardini, 2000), Domenico Liberatore (che introduce anche le gerarchie dei meccanismi) (Liberatore, 2004), Antonio Borri e Alessandro De Maria (Borri e De Maria, 2004).

Mancano modelli di analisi e di previsione del fenomeno di disgregazione

Il problema principale consiste nella mancanza, allo stato attuale, di modelli di analisi e di previsione di questo fenomeno, che non può essere affrontato con gli usuali metodi dell’analisi strutturale. Il metodo IQM, come si vedrà in seguito, propone un criterio per valutare la maggiore o minore predisposizione a disgregarsi di una muratura in caso di sisma, ma si tratta comunque di un approccio di tipo euristico che necessita ancora di opportuni approfondimenti.

In tutti questi casi, quelli cioè in cui una insufficiente qualità meccanica della muratura non consente di avere una risposta di tipo strutturale, il comportamento delle costruzioni può essere chiamato “di tipo disgregativo”.

Se invece la muratura, grazie alla coesione e all’ingranamento derivante dalla tessitura e dalla tipologia costruttiva, ha qualità meccaniche sufficienti per rispondere - senza disgregarsi - all’azione sismica che la sollecita, allora possono instaurarsi meccanismi resistenti e/o movimenti reciproci di porzioni murarie che si mantengono integre.

In particolare, possono formarsi delle catene cinematiche fra elementi che, in genere, si sconnettono in corrispondenza di punti deboli della muratura (finestre, lesioni preesistenti, riseghe di pareti, innesti di solai, etc…). Tali porzioni murarie hanno la possibilità di ruotare o scorrere reciprocamente, ed il moto si attiva quando è superato quel determinato valore dell’azione sismica che trasforma la struttura in un cinematismo. Si parla, in questi casi, di un comportamento per meccanismi “di tipo locale” (fig.2).

Figura 2. Comportamento di tipo disgregativo di una muratura di pessima qualità in un edificio vicino ad Accumuli (RI) dopo il sisma del 24 agosto 2016 e comportamento di tipo locale, con innesco di un cinematismo di ribaltamento della facciata di un edificio a Tempera (AQ) dopo il sisma del 6 aprile 2009.

Se la qualità muraria è come prima descritta, cioè tale da poter confidare su un comportamento meccanico sufficiente, e se, in aggiunta a quanto sopra, i collegamenti sono efficaci e diffusi nell’intero edificio, allora (e solo allora) si può parlare di comportamento per meccanismi “di  tipo complessivo”, o “di tipo globale”, della struttura.

Esso consiste nella capacità delle pareti murarie di opporsi all’azione sismica mediante un meccanismo d’insieme, dove ciascun elemento fornisce un proprio contributo. Ad esempio, se nel sistema di pareti si ha la rottura di un maschio murario o di una fascia di piano, il carico sismico portato dall’elemento collassato viene ridistribuito sugli altri maschi e sulle fasce costituenti il sistema resistente. In tal modo non si ha più un comportamento di tipo locale, ma si ha una risposta globale, caratterizzata, a sua volta, dal grado di rigidezza e della capacità di ripartizione degli impalcati.

In sintesi, e con riferimento specifico al comportamento sismico di un edificio in muratura, si possono presentare i casi di seguito descritti.

Gli step di una strategia di progettazione degli interventi su edifici in muratura

Da quanto appena detto discende, in linea generale, una strategia di analisi e progettazione degli interventi per gli edifici esistenti in muratura, che può essere denominata (in analogia con quanto fatto per gli edifici in c.a.) “gerarchia delle resistenze” per le costruzioni murarie.

Essa è sintetizzata nella tabella 1 ed è costituita da una serie di controlli (e di azioni conseguenti) ciascuno dei quali risponde ad una determinata problematica. Controlli ed interventi da attuare sono gerarchizzati in funzione della loro importanza, così da poter conseguire, alla fine, un soddisfacente comportamento della costruzione.

Tabella 1. “Gerarchia delle resistenze” e sue implicazioni per gli edifici esistenti in muratura.

In altri termini: ogni passo è propedeutico al passo successivo e realizzare un intervento senza aver prima garantito il soddisfacimento del requisito precedente può vanificare l’effetto dell’intervento stesso. In base a questa gerarchia, la prima cosa da fare per la valutazione e la modellazione di un edificio murario è l’osservazione della qualità muraria. Se questa è insufficiente, allora è del tutto inutile e velleitario analizzare con modelli numerici l’edificio, in quanto la risposta più probabile alle azioni sismiche sarà quella della disgregazione muraria e non quella dei meccanismi locali, né, tanto meno, quella di un comportamento globale. 

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Articolo tratto dagli Atti del XVIII Convegno ANIDIS - Ascoli Piceno, 2019