Strategie di rapido intervento per la riduzione della vulnerabilità sismica di strutture a torre in muratura

Nell’articolo vengono presentati due esempi di intervento di rapida esecuzione e a limitata invasività per la riduzione della vulnerabilità sismica di strutture storiche a torre in muratura. Il primo caso studio riguarda un campanile in pietra, il secondo una ciminiera in mattoni pieni.

Dei due casi studio vengono descritte le caratteristiche dei manufatti, le indagini conoscitive eseguite e le strategie di analisi adottate, gli interventi di rinforzo proposti, i dettagli esecutivi e le modalità di realizzazione. Alla luce dei tipici quadri di danno post-sisma osservati nelle torri campanarie, la logica progettuale ha mirato ad incrementare sia la resistenza a pressoflessione della struttura che a taglio, applicando una pre-sollecitazione della muratura, sia in senso orizzontale che verticale, attraverso un sistema attivo di tiranti metallici. L’obiettivo degli interventi è quello di adeguare le condizioni di sicurezza delle strutture, per non minacciare la fruibilità degli spazi nelle immediate prossimità e degli interni, operando però anche nell’ottica di contenimento del danno per la conservazione del bene architettonico e nel rispetto del criterio di reversibilità e di minima invasività.

Interventi rapidi e pochi invasivi di riduzione della vulnerabilità sismica di due strutture a torre in muratura: i casi studio di un campanile e di una ciminiera 

Nella pratica progettuale, gli interventi strutturali sul costruito storico in muratura finalizzati al miglioramento o all’adeguamento sismico non possono prescindere dal rispetto del criterio della minima invasività (DPCM 09/02/2011). Interventi quali la messa in opera di misure atte a garantire il ripristino dell’integrità muraria, la realizzazione di legature per agevolare la risposta globale della struttura e l’introduzione di elementi in grado di incrementarne la resistenza devono pertanto essere valutati con attenzione in modo da integrarsi e collaborare con gli elementi preesistenti senza trasformare in modo permanente la struttura originaria.

Nell’articolo vengono presentati due esempi di intervento di rapida esecuzione e a limitata invasività su strutture in muratura a torre per la riduzione della vulnerabilità sismica (Bartoli et al., 2017; Borghini et al., 2017. Curti et al., 2008, D'Ambrisi et al., 2011; Gallia et al., 2017; De Stefani et al., 2011. Di Tommaso e Casacci, 2013; Lourenço, 2006; Valente e Milani, 2016). Il primo caso studio riguarda un campanile in pietra, il secondo una ciminiera in mattoni pieni. Dei due casi studio vengono descritte le caratteristiche dei manufatti, le indagini conoscitive eseguite e le strategie di analisi adottate, gli interventi di rinforzo proposti, i dettagli esecutivi e le modalità di realizzazione. Sono infine evidenziate le prestazioni raggiunte che consentono di raggiungere l’adeguamento sismico delle costruzioni in argomento.

Il campanile: la descrizione della struttura

Il primo caso studio riguarda un campanile a struttura isolata (Figura 1), di altezza complessiva pari a 28.6 m dal piano campagna, risalente al XVI secolo. In particolare, la parte fuori terra è composta dal fusto principale, a pianta quadrata (altezza 14.4 m), dalla cella campanaria (altezza 4 m), da un tamburo sommitale (altezza 3.7 m) con una cuspide “a cipolla” in rame (altezza 6.5 m); la parte interrata si costituisce quale prosecuzione del fusto principale e raggiunge la quota di -2.2 m rispetto al piano campagna.

La sezione del fusto principale e quella della cella campanaria sono quadrate (3.7 x 3.7 m²), mentre il tamburo presenta una sezione ottagonale (lato 1.1 m circa). Il fusto principale è in muratura in pietra, con spessore pressoché costante lungo l’altezza, pari a circa 70 cm. All’interno del fusto sono collocati 4 orizzontamenti lignei costituiti da travi unidirezionali e tavolato, su cui è impostato un sistema di rampe di scale, sempre in legno, che consentono l’accesso alla cella campanaria. Lungo il fusto sono già presenti alcuni tiranti metallici orizzontali con capo-chiave a paletto, atti a favorire la legatura tra pareti ortogonali.

Figura 1. Il campanile: (a) vista e (b) sezione verticale.

Il fusto termina con una volta a botte in mattoni pieni, provvista di catene intradossali, su cui è impostata la cella campanaria; un castello in profilati metallici fissato sopra la volta sostiene 3 campane affiancate. La cella si costituisce di quattro pilastri d’angolo, in pietra e mattoni, aventi sezione ad “L” di spessore 68 cm e lato esterno di 87 cm, alla base. Il filo esterno dei pilastri rimane costante su tutta l’altezza, mentre è presente una riduzione di sezione graduale a partire da un’altezza di circa 1 m dalla base (lo spessore si riduce a circa 37 cm). I pilastri sono collegati tra loro, in sommità mediante archi in muratura di mattoni pieni; sono inoltre presenti, nella mezzeria dei quattro lati, delle colonnine sottili (21 x 21 cm2) in blocchi squadrati di pietra, così da formare aperture a bifora (Figura 1).

Un cordolo in pietre squadrate e mattoni pieni chiude la cella campanaria e costituisce la base d’imposta per il tamburo in mattoni pieni. La muratura del tamburo presenta uno spessore di 28 cm lungo i lati, mentre sono presenti delle paraste in corrispondenza degli otto spigoli (spessore 43- 46 cm circa). Nella mezzeria di ciascun lato, a partire da una quota di 2.6 m dalla base, è presente un oculo d’apertura, di diametro pari a circa 40 cm. Al di sopra degli oculi, lo spessore della muratura assume uno spessore costante di 43 cm, come nelle paraste (si veda foto in Tabella 1).

Al di sopra del tamburo si erge il corpo della cuspide “a cipolla”: esso è costituito da una struttura reticolare lignea su cui sono impostate delle tavole, sempre in legno, atte costituire il sostegno della sagoma esterna dell’elemento, realizzata con lamine di rame, e della croce sommitale.

Le indagini conoscitive

E’ stato eseguito il completo rilievo geometrico assieme ad uno scavo all’interno a ridosso della muratura fino a raggiungere la quota di imposta della fondazione. Sono inoltre state eseguite anche estese indagini visive per comprendere la stratigrafia delle murature, servendosi di nicchie e scassi preesistenti nelle murature (es. alloggiamento travi di solaio).

Il sopralluogo ha evidenziato un diffuso stato di ammaloramento delle componenti lignee della scala e la presenza di significative fessure e sconnessioni nella muratura del tamburo.

Per la caratterizzazione meccanica delle tre differenti tipologie murarie individuate (Tabella 1) si è scelto di adottare il metodo dell’ “Indice di Qualità Muraria” – IQM (Borri et al., 2015), che permette una stima dei parametri meccanici della muratura.

LEGGI L'APPROFONDIMENTO 

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

Tabella 1. Caratteristiche delle murature, valutate secondo il metodo dell’IQM (resistenza a compressione f_m, resistenza a taglio τ₀, modulo di Young E, modulo di taglio G e peso specifico w).

Il fusto principale è composto da muratura in pietre di arenaria a spacco (M01), con buona tessitura, pezzature irregolari, sbozzate, di dimensioni medie pari a 15-20 cm, disposte a corsi irregolari. Le pareti confluenti negli spigoli risultano ben legate mediante pietre d’angolo squadrate di grandi dimensioni, collocate sul lato esterno, in corrispondenza degli spigoli del fusto, con disposizione “a pettine”.

La cella campanaria è in muratura mista (M02), costituita da corsi regolari di pietre di arenaria squadrate, con pezzature regolari, e mattoni pieni. Il tamburo è invece in muratura in mattoni pieni disposti a corsi regolari (M03). È stato in generale riscontrato l’utilizzo di malta di calce aerea di prestazioni modeste.

Per la caratterizzazione del terreno, sono state eseguite una prova HSVR e un’analisi MASW. La successione stratigrafica è composta da terreno vegetale argilloso per i primi 3 metri e da una serie di strati polimetrici di sedimenti sciolti, prevalentemente sabbiosi e ghiaiosi, intervallati da livelli argillosi. Il livello freatico è compreso tra -4 m e -10 m. Dai parametri geologici è stata dedotta una costante di sottofondo ks,v = 19016 kN/m³ in direzione verticale e ks,h = 6907 kN/m³ in direzione orizzontale e un valore di capacità portante qu = 3.45 MPa.

Il fattore di confidenza è stato valutato considerando il rilievo geometrico completo, l’esteso rilievo materico e degli elementi costruttivi, le limitate indagini sui parametri meccanici dei materiali e la disponibilità di dati geologici da limitate indagini sul terreno e sulle fondazioni ed è risultato FC = 1.2 (LC2).

La descrizione degli interventi

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Articolo tratto dagli atti del XVIII Convegno ANIDIS - Ascoli Piceno 2019