Proposta di un nuovo strumento multilivello per la valutazione del danno e della vulnerabilità a scala urbana

ABSTRACT. L’applicazione degli strumenti schedografici codificati per la valutazione del danno e della vulnerabilità al rilievo degli effetti del sisma Centro Italia 2016, ne ha evidenziato alcune inefficienze a livello procedurale e interpretativo specie quando di tratta del contributo di interventi strutturali su compagini murarie deboli.

A partire da una revisione degli strumenti esistenti, sulla base delle situazioni riscontrate in sito, è stata proposta una scheda di rilievo denominata MUSE-DV Masonry. La scheda, suddivisa in quattro sezioni, permette di ottenere una precisa qualificazione del sistema resistente dell’edificio, della risposta sismica e della vulnerabilità indipendentemente da una sua classificazione tipologica, desumibile solo alla fine del procedimento di rilievo. La struttura in sezioni ne consente la compilazione per parti singole a seconda delle modalità e delle finalità del sopralluogo. Il tipo e la forma delle domande sono pensati per ottimizzare le operazioni in sito e per essere facilmente traducibili su supporti digitali.

La scheda è stata applicata su 7 centri storici in 3 province interessate dal terremoto del 2016 per un totale di 780 edifici in muratura.

Il risultato empirico più significativo è la scarsa risposta sismica degli edifici in cui gli interventi non siano stati eseguiti in modo completo e con la dovuta accuratezza. Ciò comporta anche che l’attribuzione della classe di comportamento all’edificio in muratura dipenda da fattori che non siano semplicemente la combinazione tra tipi di struttura verticale e orizzontale.

Con questo primo articolo ha inizio la collaborazione tra EUCENTRE e INGENIO per la diffusione di contenuti facenti parte della ben conosciuta rivista "PROGETTAZIONE SISMICA".

Questo l'articolo contenuto nel 1° Quaderno di Progettazione Sismica 

Valutazione del danno e della vulnerabilità a scala urbana: la procedura MUSE-DV masonry per la valutazione empirica del comportamento di edifici consolidati

L’ambito di applicazione spazia dal singolo centro urbano (Tertulliani et al., 2011) al territorio (Galli, Castenetto e Peronace, 2017; Tertulliani e Azzaro, 2016), con finalità sia predittive sia analitiche. Le schede sono soggette ad un costante aggiornamento, utilizzando le risultanze degli eventi sismici man mano che nuovi aspetti del comportamento sismico delle costruzioni esistenti vengono alla luce. Ciascuna di esse quindi, attraverso l’analisi autoptica del danno, ha dato il suo contributo alla costruzione della «memoria esperta del danno», cui fare riferimento nella successiva attività di prevenzione (Doglioni 2000). Inoltre, in rapporto ai risultati empirici, sono stati sviluppati metodi, a loro volta codificati in schede, di valutazione dell’edificio prima che esso subisca il danno mediante l’anamnesi dei fattori costruttivi che lo caratterizzano. Il maggior grado di approfondimento richiesto da quest’ultimo tipo di analisi non è tale da impedirne l’applicabilità alla scala intermedia, rappresentata ad esempio da un centro storico.

Le schede per il rilievo del danno e la valutazione di vulnerabilità

Le schede possono essere distinte per oggetto di rilievo (chiese, edifici civili, edifici monumentali, ecc.), obiettivo di valutazione (danno, agibilità, vulnerabilità), elementi valutati (componenti strutturali, macroelementi, meccanismi locali di collasso), modalità di ottenimento del giudizio (punteggio, albero di esiti, ecc.), scala di valutazione (territoriale, urbana, comparto, singolo edificio).

Comparando tuttavia le fasi di rilievo e il grado di approfondimento, è possibile scandirle in quattro livelli successivi in base alla scala di rilievo e al tipo di valutazione (0 - centro urbano con valutazione speditiva del danno atteso; 1 - edificio con valutazione del danno; 2 - edificio con valutazione della vulnerabilità; 3 - edificio con valutazione della qualità dei materiali).

Indipendentemente dallo strumento, sono richiesti i dati relativi al sopralluogo, composti da identificazione dei compilatori, numero progressivo della scheda, collocazione spaziale e temporale del rilievo. Al livello più generale (livello 0), sono valutati i dati tipologici degli edifici (età, dimensioni in pianta e in alzato, posizione nel tessuto urbano, occupazione e uso, stato manutentivo). A questi si aggiunge la caratterizzazione delle strutture nei materiali e nelle tecniche costruttive e la valutazione del danno per meccanismi locali di collasso o per componenti strutturali (Livello 1). Al Livello 2, i metodi di valutazione individuano un certo numero di parametri ritenuti significativi all’interno di quel metodo, per la qualificazione del comportamento esplicato da un edificio in condizioni ottimali. Il riconoscimento di tali parametri dovrebbe permette di definire il comportamento atteso, espresso sinteticamente da un indice normalizzato, tanto più vicino a 1 quanto più vicino alla situazione ottimale. Il massimo livello contiene una definizione della risposta sismica basata anche sull’identificazione meccanica delle caratteristiche delle componenti strutturali per mezzo di prove in sito e di modelli di calcolo. Per questo motivo il Livello 3 difficilmente viene raggiunto dagli strumenti schedografici in cui prevale la rapidità di applicazione.

Le caratteristiche essenziali delle schede più note e oggetto del presente articolo sono riepilogate in modo sistematico in Tabella 1.

Gli interventi strutturali sugli edifici in muratura e gli effetti sul comportamento sismico

Il Sisma Centro Italia 2016, oltre a confermare situazioni e fenomeni già noti, ha permesso di allargare la base di dati osservazionali (Fragomeli et al., 2017a, 2017b; Longhi, 2017; Sisti et al., 2019; Sorrentino et al., 2019) anche alle situazioni di danno prodotto dalla generazione di interventi di riparazione e/o rinforzo degli edifici in muratura esito della normativa previgente a MIT (2018, 2019). Per il terremoto Umbria-Marche 1997, comportamenti di questo tipo erano già stati rilevati da Capaldini e Vasapollo (1998), Binda et al., (2004) e Borri e De Maria (2004) e di essi Angeletti et al., (2007); avevano cercato di darne una prima interpretazione anche quantitativa.

Questa “passata generazione” di interventi ha origine dalle normative emanate a seguito degli eventi del Friuli-Venezia Giulia (1976) e dell’Irpinia (1980) (LR 1977; MLP 1981a; MLP 1981b; MLP 1986).
Esse non riponevano alcuna fiducia nelle capacità resistenti dell’organismo murario e preferivano piuttosto ricondurlo a condizioni di omogeneità e resistenza proprie dei sistemi intelaiati (“adeguamento”).

Le prime prescrizioni normative (es. LR, 1977) avevano un certo carattere di puntualità nell’edificio, successivamente superato dalla manualistica tecnica (Galloni, 1982; Gavarini, 1983; Cigni, 1984) che tendeva invece alla legatura di tutti gli elementi strutturali (solai, murature, coperture) mediante cuciture in acciaio, rivestimenti in calcestruzzo ed estesi rifacimenti murari con mattoni. La normativa in seguito (MIT, 1996) ha introdotto il concetto di intervento di “miglioramento”, a minore impatto strutturale dell’adeguamento, senza tuttavia imporre specifici requisiti prestazionali. In conseguenza di questo e forse per una “banalizzazione” ai fini della loro presentazione sistematica, nella manualistica del decennio successivo (Gigante, 1998; Scillone e Di Segni, 2000) il fondamentale aspetto del collegamento tra gli elementi si viene progressivamente a perdere e l’intervento sulle murature si separa da quello sui solai. Ciò forse anche in conseguenza di pratiche di cantiere tese ad evitare le lavorazioni più complesse e costose, come quelle che prevedono la realizzazione di perfori e scassi nella muratura, sommate a pratiche progettuali carenti o che non tengono conto dell’aspetto sismico. Questa “semplificazione” dell’intervento si accompagna ai casi di sostituzioni di parti della struttura (in genere solai e coperture) per semplice aggiornamento con materiali meno deperibili (da legno al c.a. o all’acciaio). Chiaramente in questi casi le conseguenze a livello strutturale dell’intervento non sono nemmeno prese in considerazione, poiché avvengono indipendentemente da un dettato normativo (Modena et al., 2012).

Si viene così a delineare un quadro fatto di coperture e solai rigidi o realizzati con elementi, presi singolarmente, rigidi ma, nel loro complesso, flessibili e poco collegati a murature insufficientemente o del tutto non iniettate; cordoli armati col minimo di normativa (8 cm²), incompleti al perimetro, con dettagli carenti; intonaci armati non adeguatamente collegati alle murature o applicati sul solo lato interno per vincoli storico-ambientali; ristilature superficiali; scuci-cuci poco ammorsati (Valluzzi e Sbrogiò 2019; Vettore et al., 2020): un intero “campionario” di interventi che possono definirsi parziali (Figura 1, cfr. § 2.2). Simili pratiche costruttive possono essere considerate a tutti gli effetti vulnerabilità aggiuntive (così definite già da Doglioni 2000) a quelle riconosciute nell’edilizia tradizionale per i fattori ad essa intrinseci (cfr. ad es. Giuffrè, 1993; Gurrieri, 1999; Cifani et al., 2006; Donà 2011; Cangi 2012) e quelli dovuti alle trasformazioni e alle manomissioni dell’organismo edilizio originario, in conseguenza dell’adattamento dell’abitazione al mutare delle esigenze dei proprietari (Caniggia e Maffei 1979). Infine, l’estensione, anche se in tempi relativamente recenti (PCM 2003), all’intero territorio nazionale delle prescrizioni sismiche ha fatto in modo che la categoria degli “edifici in muratura con interventi” costituisca ormai una presenza percen tualmente non più trascurabile nel patrimonio edilizio del Paese.

Emerge pertanto la necessità di indagare il comportamento indotto da interventi di presunto consolidamento, cui si affianca, come si vedrà nel prosieguo, un problema anzitutto metodologico, legato alla mancanza di uno strumento completo a supporto di tale valutazione. 

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Parole chiave: Rilievo mediante schede, sisma Centro Italia 2016, interventi strutturali, danno sismico, vulnerabilità sismica.

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MUSE-DV masonry: a new multilevel procedure for the empirical assessment of seismic damage and vulnerability of strengthened masonry buildings

In the surveys following the 2016 Central Italy seismic swarm, the use of the codified survey forms for the evaluation of seismic damage and vulnerability highlighted their inefficiencies in recognizing the effects of structural interventions on existing masonry buildings.

On the base of observation and the existing tools, a new methodology, called MUSE-DV Masonry, has been proposed. The form is subdivided in four sections whose compilation allows the description of a building’s structural components, the evaluation of its seismic behaviour and vulnerability. The multilevel approach allows a partial or a total compilation of the form, depending on the aim of the survey. The questions are structured in order to optimize the inspections and to be easily translated into digital formats.

The first application and validation of the form has been carried out on seven historic centres in the epicentral area of the 2016 Central Italy earthquake, analysing 780 buildings. Empirical observation proved the poor performance of masonry buildings with structural interventions, whose execution is either inadequate or does not conform to a holistic approach. As a result, a building’s seismic vulnerability class may not be determined by the simple combination of vertical or horizontal structures, but other factors, such as interventions, may play a part into it.