Verso una classificazione e caratterizzazione meccanica delle murature storiche della Regione Marche

Il ruolo delle Regioni nell’attuale normativa di riferimento

Le costruzioni storiche in muratura del nostro paese presentano una grande varietà di materiali e tecniche costruttive. Ciò è spesso fonte d’incertezza non trascurabile per valutarne la sicurezza e la conservazione.

Attualmente, la valutazione della sicurezza delle costruzioni esistenti in muratura è regolamentata dalle Norme Tecniche per le Costruzioni del 2018 e successiva Circolare n.7/2019, che forniscono indicazioni per la caratterizzazione meccanica delle murature da parte dei professionisti attraverso verifiche in situ e indagini sperimentali.

In particolare, ai fini di una corretta analisi, per la misura diretta delle caratteristiche meccaniche delle murature storiche, la Circolare sottolinea la necessità di effettuare campagne sperimentali mediante l’esecuzione di prove in-situ di compressione e di taglio su porzioni di muratura (§C8.5.3.1), ma spesso la possibilità di eseguire questo tipo di indagini viene meno a causa di impedimenti di natura esecutiva ed economica, soprattutto quando si ha a che fare con costruzioni sottoposte a tutela. Per far fronte a tali problematiche, la Tabella C8.5.I individua 8 tipologie murarie più ricorrenti nel territorio nazionale, classificate in base a tipologia, dimensione e lavorazione degli elementi ed al tipo di legante. Per ciascuna di esse, vengono forniti possibili valori di riferimento minimi e massimi dei principali parametri di resistenza e deformabilità (non vincolanti, e modificabili rispetto allo stato di fatto ed a eventuali interventi di miglioramento con coefficienti specificati nella Tabella C8.5.II), rimarcando, però, la possibilità da parte delle Regioni di “definire zone omogenee a cui riferirsi a tal fine […] tenendo conto delle specificità costruttive del proprio territorio” Circ. 7/2019 ^[7]) e aprendo, di fatto, la strada ad una classificazione locale.

Ad oggi però, ad esclusione della Regione Toscana (la quale dispone già di un portale per consultare e condividere i risultati di prove sperimentali. Per la consultazione CLICCA QUI), tale appello non ha ancora trovato riscontro da parte degli enti preposti.

A tal proposito, quindi, il Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Architettura dell'Università Politecnica delle Marche e l'Ordine degli Ingegneri della Provincia di Ancona hanno dato vita a una collaborazione mirata ad una prima catalogazione e caratterizzazione meccanica delle tipologie murarie esistenti nelle Marche, che ha fruttato la redazione di una prima versione, parziale e non esaustiva, di un abaco regionale a cui professionisti ed addetti ai lavori possono far riferimento in affiancamento alle indicazioni delle attuali NTC18 e Circolare 2019.

In particolare, per la prima volta vengono proposti intervalli di parametri meccanici riferiti a casi studio regionali (incluse alcune tipologie non contemplate dalla Circolare), e viene fornito accesso ad un ampio database di prove sperimentali tra quelle citate dalla Circolare n.7/2019 (come martinetti piatti doppi e compressione diagonale, fornite da laboratori autorizzati ai sensi dell’art. 59 del DRP N.380/2001) che sostanzialmente rappresentano, ad oggi, le uniche prove utilizzate in ambito professionale.

Raccolta e sistematizzazione dei dati

Questo primo database proposto per la regione Marche annovera oltre 400 prove sperimentali in situ, di cui la maggior parte consistente in indagini con martinetti piatti doppi, oltre a prove a compressione diagonale, shove test e martinetti piatti verticali, che permettono quindi di stilare un primo quadro sui parametri di resistenza e deformabilità, nonché di effettuare confronti con le prescrizioni delle versioni attuali e precedenti delle NTC e delle Circolari, obiettivo principale di questo contributo.

Indispensabile è stato il supporto di laboratori di prova autorizzati ai sensi dell’art. 59 del DRP 59 N.380/2001, professionisti ed enti locali (SABAP Marche, laboratorio DICEA PMS UNIVPM) i quali hanno messo a disposizione materiali e dati in loro possesso resi in maniera anonima.

In particolare, la raccolta dei dati sperimentali è stata effettuata mediante la compilazione di un questionario orientato alla classificazione e caratterizzazione delle murature investigate, e strutturato in più parti in modo tale da raccogliere informazioni relative a:

• Dati generali della prova, ossia tipologia, riferimento normativo, grandezze misurate, e localizzazione della prova;
  
• Descrizione del pannello murario oggetto di prova, ossia dettagli sulla tipologia di muratura testata (con possibilità di scelta tra le 8 tipologie previste dalla Tabella C8.5.I della Circolare n.7/2019, o differente se non classificabile), sul suo stato di fatto ed eventuali interventi di consolidamento rilevati (secondo quanto previsto dalla Tabella C8.5.II della Circolare n.7/2019);
• Parametri meccanici misurati, organizzati sulla scorta delle indicazioni della Circolare n.7/2019 nella Tabella C.8.5.I, ovvero distinguendo due tipologie di resistenza a taglio (τ₀ e f_v0 [MPa]), oltre che i parametri di resistenza a compressione f [MPa], modulo elastico E [MPa], e modulo di taglio G [MPa];
• Documentazione fotografica.

Con lo scopo di facilitare l’identificazione delle tipologie e ridurre al minimo possibili problemi di riconducibilità legati alla soggettività del giudizio, nonché di operare un confronto con quanto previsto dalla Circolare n.7/2019, è stato dunque richiesto ai laboratori di identificare le murature campionate (e di indicare eventuali interventi di consolidamento e/o migliorie dello stato di fatto) secondo la classificazione ivi prevista. Viceversa, se non riconducibili a nessuna delle tipologie elencate, di specificarne una diversa e di fornire una breve descrizione della stessa.

I dati sperimentali, organizzati per tipologia e per parametro meccanico, sono stati dapprima valutati attraverso analisi statistiche per verificare la normalità del campione e la distribuzione in quartili.

Nella versione estesa del lavoro (“Murature storiche nella regione Marche: specificità costruttive e caratterizzazione meccanica sperimentale” - Quagliarini, Pace, Romano, 2023, Edicom Edizioni ^[1]), il materiale fotografico a supporto è stato utilizzato per associare a ciascuna tipologia muraria una o più texture tipo, considerando anche peculiarità ed evidenze ricorrenti a scala urbana/macro-urbana (es. pose in opera o materiali particolarmente frequenti in determinati comuni o aree). Sono state inoltre redatte mappe per verificare distribuzione e ricorrenza delle prove eseguite e delle varie tipologie sul territorio regionale (Figura 2).

I dati sperimentali raccolti e sistematizzati secondo i criteri illustrati consentono di confrontare la situazione regionale con quella proposta nella normativa nazionale (sia attuale, che nelle sue versioni precedenti) sulla scorta dei valori minimi e massimi degli intervalli di riferimento individuati.

Resistenza a compressione e modulo elastico

La Tabella 1, organizzata sulla falsariga della C8.5.I della Circolare n.7/2019 (e precedenti), include sia tipologie già contemplate in normativa, sia tipologie di nuova proposta (indicate in corsivo) riscontrate nelle Marche, ma rinvenibili ragionevolmente anche al di fuori del contesto regionale.

Tabella 1 - Confronto tra gli intervalli di resistenza a compressione f e modulo elastico E tra le murature storiche della Regione Marche (MM) e le indicazioni fornite, rispettivamente, dalla Circolare n.7/2019 (C.19), dalla Circolare n.617/2009 (C.09), dall’OPCM n.3431/2005 (O.05), e dalla Circolare n.21745/1981 (C.81).

Le murature maggiormente rappresentate all’interno del database di riferimento sono quelle in mattoni pieni con oltre 270 misurazioni, mattoni semipieni con 50 prove, ma anche la tipologia mista in pietra e mattoni con 20 prove, mentre le stime sulle tipologie in pietra attualmente possono contare su un numero di misurazioni compreso tra 5 e 10 prove, anche in virtù della difficoltà di effettuare test con martinetti piatti su tipologie irregolari. Tutte le misurazioni utilizzate per il calcolo degli intervalli sono disponibili all’interno del libro (al quale si rimanda per maggiori informazioni) per consentire anche confronti puntuali.

In generale, le resistenze a compressione delle murature in pietra di qualità più scadente (disordinata, sbozzata, e spaccata) ottenute dal campione marchigiano risultano essere piuttosto in linea con i valori indicati dalla Circolare, sia nella sua ultima versione (per quanto riguarda i valori massimi), sia nelle sue versioni precedenti (valori minimi). Nel caso della muratura irregolare in pietra tenera, l’intervallo indicato nella versione del 2009 è quello più vicino ai valori rilevati nell’indagine, mentre per la muratura in blocchi lapidei squadrati e quella in mattoni semipieni la versione più aderente è quella del 2005.

Per quanto riguarda invece il modulo elastico i dati attualmente a disposizione sono di più difficile interpretazione a causa dell’ampiezza degli intervalli sperimentali individuati. Ad ogni modo, prendendo come riferimento i valori medi dei parametri, il rapporto E/f delle murature regionali risulta in linea con le prescrizioni dell’Eurocodice (E/f=1000) ad eccezione delle murature in pietra tener a, i cui valori sono comunque aderenti con risultati di studi di letteratura specifici sulle murature in tufo (E/f = 500-800 ^[2–6]).

Resistenza a taglio e modulo di taglio

In Tabella 2, organizzata alla stregua della precedente, sono riportati i valori sperimentali di resistenza a taglio per fessurazione diagonale τ₀ (ove presenti). Tali valori sono stati ottenuti attraverso prove a compressione diagonale regolamentate dalle ASTM E519, raccomandate al capitolo C8.5.3.1 dalla stessa Circolare come “prove esaustive” (apice “d”), oppure, in mancanza delle precedenti, attraverso prove con martinetti piatti verticali, di più recente proposta e per le quali non esiste attualmente uno standard di riferimento (apice “v”). Un risultato degno di particolare interesse riguarda la tipologia in mattoni semipieni con malta cementizia, in cui si verifica che i dati regionali (seppur trattandosi di un campione di sole due misurazioni) sono in linea con gli intervalli proposti nelle versioni 2005 e 2009 della Circolare.

Tabella 2 - Confronto tra gli intervalli di resistenza a taglio τ₀ e modulo di taglio G tra le murature storiche della Regione Marche (MM) e le indicazioni fornite, rispettivamente, dalla Circolare n.7/2019 (C.19), dalla Circolare n.617/2009 (C.09), dall’OPCM n.3431/2005 (O.05), e dalla Circolare n.21745/1981 (C.81). (d) misurazioni da prove a compressione diagonale; (v) misurazioni di prove con martinetti piatti verticali; (u) unico valore registrato.

La Tabella 3 riporta infine un rapido confronto degli intervalli di resistenza a taglio per crisi dei giunti di malta f_v0 relativamente all’unica tipologia per la quale sono state rinvenute prove del tipo shove test. L’intervallo sperimentale regionale risulta più ampio di quello nazionale attuale (mentre nelle versioni precedenti questo parametro non era incluso), ma comunque con valori massimi paragonabili.

In generale, comunque, va sottolineato come gli intervalli relativi alla resistenza a taglio ed al modulo di taglio risentano del limitato numero di prove attualmente a disposizione, per cui sviluppi futuri dovranno essere sicuramente indirizzati all’ampliamento del campione per corroborare gli attuali risultati.

Tabella 3 - Confronto tra gli intervalli di resistenza a taglio f_v0 e modulo di taglio G tra le murature storiche della Regione Marche (MM) e le indicazioni fornite dalla Circolare n.7/2019 (C.19).

Consolidamento e valorizzazione delle “tabelle marchigiane”

Da quanto riportato, l’Ordine degli Ingegneri della provincia di Ancona e il Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Architettura dell’Università Politecnica delle Marche hanno aperto la strada per fornire una prima risposta alla Circolare n.7/2019 alle NTC18, in merito all’importanza di tener conto delle specificità costruttive del proprio territorio.

I risultati raccolti consentono attualmente di delineare un quadro piuttosto particolareggiato delle tipologie murarie presenti nell’ambito della Regione Marche, e di caratterizzarle meccanicamente grazie ad una massiccia opera di raccolta dati organizzata in intervalli di riferimento per facilitarne la consultazione, ma resi disponibili nella versione estesa anche puntualmente così da garantire maggior rigore e accessibilità ai fruitori.

Tali dati necessitano però di essere estesi e integrati considerando anche le tipologie murarie ad oggi non contemplate in questo primo contributo. È il caso, ad esempio, delle murature in terra cruda, di cui vengono fornite prime valutazioni sulla base di studi di letteratura scientifica e normative di altri Paesi (Australia, New Mexico (USA), Spagna, Zimbabwe).

Va sottolineata altresì l’importanza centrale della condivisione di documentazione fotografica, necessaria per facilitare la definizione ed il riconoscimento di quelle tipologie murarie (come, ad esempio, quelle in pietra) la cui descrizione da parte della normativa non risulta del tutto esaustiva. Per agevolare il compito dei professionisti, infatti, lo studio proposto fornisce anche un vademecum delle possibili lavorazioni degli elementi in pietra, supportato da numerosi esempi di casi studio reali presenti nelle Marche, e dunque verosimilmente del tutto paragonabili a quelli che si possono incontrare nella pratica professionale.

In conclusione, appare chiaro come l’indagine abbraccia una “logica circolare” secondo la quale i dati raccolti sono forniti dagli stessi soggetti ai quali questo lavoro si propone maggiormente, ovvero gli addetti ai lavori tutti: istituzioni, professionisti e laboratori. Si tratta dunque di un lavoro che, oltre all’indubbia utilità nell’immediato, pone le basi anche per importanti sviluppi futuri attraverso nuove collaborazioni volte a sensibilizzare sempre di più la condivisione di conoscenze e dati indispensabili per irrobustire l’attuale database e lavorare quanto prima ad uno strumento informatizzato in continuo aggiornamento.

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