Analisi di edifici monumentali ecclesiastici sotto azioni sismiche: problemi aperti

A cura di ANIDIS www.anidis.it
 

Ipotesi base nell’ingegneria sismica è la predominanza dei primi modi di vibrare sul comportamento globale della struttura. Pertanto nelle norme tecniche vengono fornite regole progettuali valide essenzialmente per edifici intelaiati, che non sono d’immediata applicazione all’edilizia monumentale e in particolare alle chiese, caratterizzate da una risposta strutturale autonoma dei macroelementi e da un’accentuata dispersione modale. Infatti, l’analisi dinamica applicata a tali edifici, mostra che non esistono modi prevalenti e che per raggiungere frazioni di masse partecipanti pari al 60%-80% è necessario considerare non meno di cento modi di vibrazione della struttura.

Nel presente lavoro, dopo avere esaminato i limiti di applicabilità delle norme alla problematica dell’analisi e recupero degli edifici ecclesiastici, vengono proposte alcune considerazioni in merito al comportamento dinamico di siffatte tipologie. L’esame di 14 chiese dimostra come il tagliante sismico risulti pari al 20%-30% del peso, cui corrispondono accelerazioni inerziali di gran lunga inferiori sia a quelle registrate ad esempio durante il terremoto dell’Aquila, sia a quelle previste negli spettri normativi. Ciò conferma come non sia possibile estendere i metodi usati per l’edilizia ordinaria all’analisi sismica degli edifici ecclesiastici. Procedure alternative sono proposte e descritte in dettaglio nella presente memoria.

 
INTRODUZIONE
Nell’ambito dell’ingegneria sismica, i testi di dinamica strutturale affermano che gli indici di partecipazione modale (ossia coefficiente di partecipazione e massa partecipante) sono indipendenti dall’azione, ossia dalle caratteristiche dell’input che determina la risposta dinamica. Ciò si traduce sostanzialmente nella prevalenza dei primi modi di vibrare sulla risposta complessiva del sistema, per qualsiasi accelerazione impressa alla base, indipendentemente dal suo contenuto in frequenza. Tuttavia è chiaro che se l’accelerazione alla base di un edificio ha una frequenza prossima a una delle frequenze proprie della struttura, il contributo del corrispondente modo di vibrare non è trascurabile se confrontato con quello del primo modo. Tale problematica è stata evidenziata anche da altri autori (Hosseini & Abbassi, 2008) i quali hanno proposto delle espressioni dei fattori di partecipazione modale che tengano conto anche delle caratteristiche dell’input.
L’ingegneria sismica, trascurando questo aspetto, si basa invece sulla predominanza dei primi modi di vibrare della struttura. Le attuali normative sismiche consentono, per edifici regolari in pianta e in altezza, di condurre analisi semplificate basate su una distribuzione delle forze sismiche analoga a quella corrispondente al primo modo di vibrare (Analisi Statica Lineare). Per edifici irregolari, la norma prescrive invece Analisi Dinamiche Modali che tengano conto di un numero di modi tale da raggiungere una massa partecipante complessiva pari all?85% della massa totale dell’edificio. Tale approccio, per edifici intelaiati ordinari in cemento armato, in acciaio e anche per i ponti, porta a risultati corretti in termini di stima dell’azione sismica, ma per edifici monumentali in muratura, non è di immediata applicazione. L’analisi dinamica applicata a questo tipo di edifici, mostra che non esistono modi prevalenti e per raggiungere una massa partecipante pari al 70% - 80% della massa totale è necessario considerare non meno di cento modi di vibrazione della struttura.
Nella presente memoria sono preliminarmente richiamati alcuni concetti principali di analisi dinamica, al fine di approfondire la definizione matematica di massa partecipante e, nel seguito, vengono analizzate 14 chiese evidenziando il significato che tale fattore assume nell’analisi dinamica di edifici monumentali.
 
Memoria tratta dagli Atti del XVI Convegno ANIDIS 2015 "L'Ingegneria sismica in Italia" 

Keywords: Analisi modale, Massa partecipante, Analisi sismica, Chiese, Muratura, Terremoto dell’Aquila