Valutazione della vulnerabilità sismica locale di edifici esistenti in muratura attraverso analisi cinematica dei meccanismi di collasso e curve di fragilità

ABSTRACT
La valutazione della risposta sismica di edifici esistenti in muratura ricopre una tematica di rilievo sempre maggiore nello sviluppo di strategie di prevenzione e riduzione del rischio sismico. Molteplici sono i fattori che influenzano la sicurezza strutturale dei singoli edifici e i loro effetti possono essere apprezzati attraverso l’adozione di differenti metodologie di analisi.
Una di queste è la valutazione cinematica dei meccanismi di collasso: insieme alla verifica globale risulta uno dei metodi indispensabili da adottare per ottenere un giudizio completo sul comportamento di un edificio esistente. Nonostante richieda la conoscenza di limitati parametri (geometrici e meccanici), consente di definire in modo appropriato la vulnerabilità locale.
A partire da queste considerazioni è stato definito un modello di valutazione in grado di stimare, a partire dalle curve di capacità dei singoli cinematismi considerati, la distribuzione di probabilità di danno in funzione dell’azione sismica attesa.
La procedura proposta è stata adottata con la finalità di costruire curve di fragilità, per differenti meccanismi di collasso e classi tipologiche, su un campione di casi reali appartenenti al patrimonio edilizio dell’Università di Padova. L’analisi dei risultati ottenuti potrà consentire, per differenti cinematismi e sulla base di parametri comuni tra classi edilizie, l’estensione del giudizio di vulnerabilità locale ad altri edifici esistenti in muratura.

1 INTRODUZIONE
L’elevata vulnerabilità sismica che caratterizza gran parte dell’edilizia storica ed esistente presente all’interno del territorio italiano evidenzia la necessità, sempre maggiore, di adottare strategie di prevenzione e riduzione del rischio sismico.
Lo sviluppo di analisi semplificate a livello urbano è il punto di partenza per l'individuazione di misure di prevenzione e permette di identificare problemi complessi che possono essere risolti solo attraverso indagini più dettagliate (Binda, et al. 2004).
La finalità del lavoro di analisi proposto è quella di individuare una metodologia speditiva che consenta, a partire da un numero di parametri limitato e di facile individuazione, di formulare un primo rapido giudizio di vulnerabilità e comportamento sismico locale di edifici esistenti in muratura. Queste valutazioni si contestualizzano più in generale nell’ambito di analisi di scenario attuabili su un contesto urbano eterogeneo e caratterizzato da differenti classi edilizie. Importante risulta quindi, al fine di poter estendere i risultati ottenuti, l’individuazione degli elementi caratterizzanti i manufatti dell’intera popolazione di edifici.
Vengono presentate, a descrizione della resistenza sismica locale, le curve di capacità e di fragilità ottenute mediante l’elaborazione di analisi cinematiche di meccanismi locali di collasso su edifici in muratura. Le curve ottenute consentiranno una prima rapida stima della vulnerabilità locale a partire da alcuni parametri geometrici e strutturali di facile determinazione, consentendo di evidenziare in modo prioritario le tipologie che presentano maggiore vulnerabilità e, quindi, rischio sismico.
Le valutazioni hanno interessato un campione significativo di casi studio in muratura appartenenti al patrimonio edilizio dell’Università di Padova: sono stati individuati nel corso di una estesa fase conoscitiva che ha previsto un accurato rilievo geometrico e strutturale degli edifici, ed una analisi sia dal punto di vista storico-critico che evolutiva del costruito.

L’attenzione è stata posta prevalentemente su complessi storici, generalmente più vulnerabili essendo stati costruiti o avendo subito interventi successivi in assenza di normative antisismiche. Sono diversi, infatti, gli aspetti che influenzano il giudizio di vulnerabilità: lo stato di conoscenza al tempo della sua realizzazione che si rispecchia, nella costruzione, con la presenza di possibili difetti di impostazione o di degradi/modificazioni rispetto alla configurazione originaria.

2 VALUTAZIONE DELLA CAPACITÀ SISMICA LOCALE

L’approccio cinematico per la valutazione dei meccanismi di collasso rappresenta uno dei metodi di analisi più importanti nella definizione della capacità sismica locale di edifici esistenti in muratura. La corretta individuazione dei macroelementi e della loro possibile evoluzione come cinematismo, in presenza di eventi sismici, richiede una adeguata conoscenza delle caratteristiche strutturali e costruttive degli edifici. Per consentire di esprimere un idoneo giudizio sulla sicurezza, l’attenzione è stata posta sugli aspetti considerati più vulnerabili: le caratteristiche degli elementi verticali, la tipologia ed incidenza degli orizzontamenti (come la qualità ed efficacia del collegamento con le pareti) e la presenza di ulteriori elementi di contenimento (cordoli, catene e ammorsamenti murari). Questi ultimi risultano fortemente incidenti nella risposta sismica degli edifici, sia a livello globale che locale, rientrando frequentemente in interventi eseguiti nel corso dell'evoluzione e modernizzazione dell’edilizia storica: un esempio frequentemente rilevato è dato dalla sostituzione degli orizzontamenti lignei, leggeri e deformabili, con solai più rigidi e pesanti in laterocemento e l’inserimento di cordoli (armati e non) in breccia, in particolare nel campione di edifici analizzato, a destinazione prevalentemente scolastica. Tale aspetto evidenzia l’importanza della conoscenza, della
formulazione di una idonea stima sulla capacità e risposta sismica. Risultati complessivamente 47 edifici presentano una distribuzione sia in insediamento isolato (43%) che in aggregato (57%); per quanto riguarda l'epoca di costruzione oltre il 65% degli edifici risulta costruito prima del 1919, mentre risultano con percentuali inferiori quelli appartenenti al periodo 1919-45 (26%) e successivi al secondo dopoguerra (5%).
Gli edifici si differenziano per uno sviluppo su 1 (7%), 2 (17%), 3 (46%) e 4 (30%) piani, uno spessore medio delle pareti di 2 (in media 19%), 3 (61%) e 4 (21%) teste, una prevalenza (70%) di orizzontamenti pesanti (laterocemento/soletta in c.a.) nei piani intermedi e leggeri (legno) in copertura.

Figura 1: caratteristiche del campione di edifici rilevati per numero di piani e spessore delle murature.

(...continua nel pdf)

Articolo tratto dagli Atti del XVI Convegno ANIDIS