Metodo dell’Indice di Qualità Muraria (IQM): dall'origine post sisma alla sua evoluzione e diffusione

Negli ultimi anni, molti ricercatori, in varie aree del mondo, hanno utilizzato il metodo dell’Indice di Qualità Muraria (IQM) in una vasta gamma di applicazioni, dimostrando come questo metodo sia ormai pienamente riconosciuto come affidabile, ed utile, per la valutazione delle qualità meccaniche delle murature, in particolare per le costruzioni storiche.

Nel presente lavoro si ripercorrono le tappe più significative, dalla ideazione alle verifiche sul campo, dalle modifiche avvenute nel tempo alle evoluzioni delle sue applicazioni. Si riporta infine la sequenza “storica” delle pubblicazioni sul metodo, scritte dagli Autori nel corso degli anni.

Sommario tematico

• Il contesto post-sisma umbro-marchigiano 1997/98 e la lacuna normativa che ha motivato la nascita del metodo
• La prima formulazione (2002): la scheda IQ con 5 parametri della regola dell'arte e l'indice 0–10
• Gli sviluppi 2004–2009: differenziazione in 3 indici (azioni verticali, fuori piano, nel piano) e 7 parametri; correlazioni con fm, τ₀, E
• L'allineamento normativo a NTC 2018 e Circolare 2019; la soglia IQMFP < 4 per la disgregazione
• La diffusione internazionale: dal Bullettin of Earthquake Engineering (2015) alle applicazioni in Portogallo, Brasile, Sri Lanka, USA, Bolivia, Cile, Turchia
• Le prospettive future: AI per il riconoscimento automatico delle murature, HBIM, sistemi informativi territoriali, ontologie semantiche

Metodo IQM: origine post-sismica e limiti della normativa pre-NTC

Il contesto del sisma umbro-marchigiano e le carenze formative

All’epoca dell’evento sismico umbro-marchigiano del 1997/98, gli Autori del presente articolo, allora impegnati in varie tematiche della ricostruzione post sismica, si resero conto delle problematiche formative e culturali che riguardavano la conoscenza delle caratteristiche meccaniche delle murature esistenti.

I corsi universitari di quel tempo, sia di ingegneria che di architettura, quasi mai formavano le competenze necessarie per comprendere le differenze di qualità meccanica tra le diverse tipologie murarie e, d’altra parte (e forse proprio per queste carenze formative), la normativa allora vigente (DM 96) era ben lontana (per usare un eufemismo) dall’indicare un percorso valido.

In quegli anni, un ristretto gruppo di ricercatori, aventi come riferimento il Prof. Antonino Giuffrè, aveva iniziato a recuperare dal passato (cioè dai trattati storici) le corrette consapevolezze e conoscenze, ma molti anni ancora sarebbero passati prima che tali conoscenze approdassero a norme tecniche nazionali (cosa che infatti avvenne solo con le NTC 2008 e relativa circolare, del 2009).

Ci si rese quindi conto della opportunità di predisporre uno strumento operativo che aiutasse quanti, pur non avendo competenze sul comportamento meccanico delle murature esistenti, si trovavano di fronte all’esigenza di effettuare valutazioni sulla sicurezza di una costruzione in muratura, o progetti di intervento su di essa.

Era questa, ad esempio, la situazione di molti tecnici impegnati nell’analisi e nel recupero di edifici situati in zone sismiche come quelle umbre: dovevano studiare la risposta strutturale di edifici nei quali i parametri meccanici delle murature erano spesso incerti, se non del tutto sconosciuti, a fronte delle difficoltà operative e logistiche (oltre che dell’elevato costo) delle prove in situ.

L’obiettivo che gli Autori si prefiggevano era quello di sviluppare una procedura capace di stimare – quanto meno dal punto di vista qualitativo – le qualità meccaniche di una muratura, attraverso una semplice analisi visiva dei suoi elementi costitutivi. L’idea di base – dimostratasi poi una felice intuizione - fu quella di legare strettamente tale valutazione all’esame del rispetto o meno della cosiddetta “regola dell’arte” muraria, regola ben nota, grazie alla trattatistica dei secoli passati. Parallelamente, da ingegneri strutturisti, si puntava anche a ottenere risultati quantitativi, ovvero stime delle caratteristiche meccaniche in funzione della qualità della muratura stessa; a questo però ci si arriverà solo successivamente.

Dalla regola dell’arte alla prima scheda IQ (2002-2003)

La prima formulazione “ufficiale” della metodologia risale al 2002 e fu sviluppata nell’ambito di attività di ricerca avviate con la Regione Umbria [1].

Per tale scopo era stata messa a punto una scheda (Fig. 1), inserita in un allegato di una legge regionale del 2003 [3], attraverso cui si perveniva ad un indice numerico, denominato, all’epoca, IQ - Indice di Qualità, variabile fra 0 e 10, dipendente dalla tipologia muraria esaminata e dal rispetto o meno delle “regole dell’arte” per una serie di parametri riguardanti la muratura in esame.

Parametri iniziali dell’IQ: primi indicatori di qualità muraria

I parametri considerati erano allora cinque:

• OR - orizzontalità dei filari;
• SG - sfalsamento dei giunti verticali;
• FD - forma e dimensione degli elementi;
• PD - elementi ortogonali al piano della muratura,
• MA - qualità della malta.

Come si nota, non vi era alcuna distinzione per tipo di azione (verticale, ribaltante o tagliante) e i parametri della regola dell’arte da considerare erano cinque (successivamente, FD – forma e dimensione degli elementi verrà diviso in due e verrà aggiunto il settimo parametro R.EL. - resistenza adeguata degli elementi).

Evoluzione dell’IQM: parametri, azioni strutturali e correlazioni meccaniche

Gli anni successivi (2004-2009) videro alcuni importanti sviluppi del metodo, grazie sia alle esperienze condotte sul campo, sia per le ricerche condotte nell’ambito di un progetto ReLUIS (progetto esecutivo 2005-2008). Si ricordano qui, in particolare, le collaborazioni con le Unità di Ricerca ReLUIS del Politecnico di Milano (Prof.sse Luigia Binda e Giuliana Cardani) e dello IUAV di Venezia (Proff. Francesco Doglioni e Giulio Mirabella Roberti).

L’indice di qualità – chiamato, da lì in avanti, IQM, o Indice di Qualità Muraria - fu allora differenziato a seconda della direzione dell’azione sollecitante (azioni verticali, azioni orizzontali fuori piano ed azioni orizzontali nel piano).

Introduzione dei tre indici IQM per azioni verticali e orizzontali

Gli indici IQM erano quindi diventati tre.

Estensione dei parametri: da 5 a 7 indicatori della qualità muraria

I parametri della regola dell’arte divennero sette: il parametro FD - forma e dimensione degli elementi – venne diviso in due, F.EL e D.EL, e venne aggiunto R.EL. - resistenza adeguata degli elementi, che serviva a tenere conto di situazioni nelle quali gli elementi erano intrinsecamente deboli (mattoni di fango o elementi fortemente forati o degradati).

Inoltre, fu aggiunta al metodo una capacità particolarmente significativa: l’IQM, oltre a fornire indicazioni qualitative sul comportamento meccanico che era possibile attendersi per la tipologia muraria in esame, poteva ora fornire anche delle indicazioni quantitative (stima dei valori attendibili) [4-11].

Correlazione IQM-parametri meccanici secondo NTC 2008

Questo era stato reso possibile grazie all’uscita, nel 2009, della circolare esplicativa delle NTC 2008, che riportava, per varie tipologie murarie, un valido e condiviso riferimento per i valori (min-max) presumibili per i principali parametri meccanici: resistenza a compressione, a taglio, moduli elastici.

Vennero così ricavate alcune leggi di correlazione fra gli indici IQM e i parametri meccanici delle murature, ed in particolare: E (valore medio del modulo elastico normale), fm (resistenza media a compressione) e τ₀ (resistenza media a taglio).

Validazione sperimentale e diffusione internazionale del metodo IQM

Ciò risultava particolarmente utile quando ci si trovava di fronte ad una tipologia muraria diversa da quelle presenti nella tabella della circolare 2009: tramite queste correlazioni, semplicemente “osservando” la muratura e valutando i suoi indici IQM, si potevano ottenere dei valori (attendibili) dei parametri meccanici, valori che risultavano coerenti sia con i quelli riportati nella tab. C8A.2.1 della circolare esplicativa del 2009, sia con i risultati di varie prove sperimentali su pannelli murari (svolte dall’Università di Perugia, dall’Università di Firenze - Prof. Andrea Vignoli - e di Trieste Prof. Natalino Gattesco).

Ai fini della diffusione del metodo in ambito globale, il passo fondamentale venne fatto, grazie ai contributi di Marco Corradi e Giulio Castori dell’Università di Perugia, con un articolo sul Bullettin of Earthquake Engineering del 2015 [12]. Tale articolo ha portato l’IQM all’attenzione del mondo scientifico internazionale e ad un suo ampio utilizzo.

Aggiornamenti recenti: murature regolari, NTC 2018 e rischio di disgregazione

Nel metodo di calcolo degli indici IQM venne poi introdotta una diversificazione tra murature regolari e irregolari [14-17].

Tale modifica derivava da alcune evidenze sperimentali e da osservazioni di danni sismici (in particolare del sisma dell’Emilia del 2012) dalle quali era emerso che, nel caso delle murature in mattoni pieni (o in blocchi di dimensioni e caratteristiche paragonabili a quelle dei mattoni) la resistenza tangenziale media e quella a compressione media del pannello murario erano fortemente influenzate dalla qualità della malta.

Questa circostanza, peraltro, era emersa anche in precedenza, dai risultati di una serie di analisi numeriche mediante modelli ad elementi finiti [12].

L’emanazione delle NTC 2018 e della relativa circolare 2019 hanno poi reso necessario un “allineamento” del metodo alla normativa, per tenere conto dei nuovi coefficienti introdotti dalla circolare stessa [18].

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

Infine, nel 2020 il metodo è stato utilizzato per ottenere un’indicazione che si ritiene di particolare importanza: la maggiore o minore propensione di una tipologia muraria a subire il (disastroso) fenomeno della disgregazione muraria. Questo caso, purtroppo, è frequente per murature di qualità molto scadente, quando non si formano, durante gli eventi sismici, i meccanismi classici (che possono regredire), ma avvengono in modo repentino dei crolli “a candela” della massa muraria su sé stessa.

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Effetti sismici e disgregazione muraria: una verifica fondamentale richiesta dalla normativa

Dalle analisi effettuate, il valore “soglia” di IQM_FP < 4 corrisponde a tipologie murarie per le quali si è più frequentemente osservato, nei sismi passati, il fenomeno della disgregazione [19]. Il che, ovviamente, non indica “certezza” di disgregazione, dipendendo, oltre che dalle incertezze, che comunque permangono, anche e soprattutto dalle caratteristiche del sisma che quella muratura si trova ad affrontare.

Quel valore “soglia” si limita a suggerire attenzione verso una possibile problematica.

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[1] Si vuole qui ricordare l’Ing. Utilio Nasini, recentemente scomparso, che, come Dirigente dell’Ufficio Vigilanza sulle costruzioni della Provincia di Perugia, dette importanti contributi tecnici alla redazione dell’allegato tecnico alla L.R. succitata, e, in generale, un forte e sostanziale impulso a tutte le attività di prevenzione sismica nella Regione Umbria, dagli anni ’80 sino ai primi anni 2000.

FAQ Tecniche: Metodo IQM murature: evoluzione e correlazioni NTC 

In che modo l’IQM consente la stima quantitativa dei parametri meccanici senza prove dirette?
L’IQM si basa su correlazioni empirico-sperimentali sviluppate a partire dai range normativi introdotti dalla Circolare 2009 alle NTC 2008. L’indice, derivato dalla valutazione della regola dell’arte, viene messo in relazione con i parametri meccanici (fm, τ₀, E), permettendo di stimare valori coerenti con quelli ottenuti da prove su pannelli murari e con le tabelle normative.

Qual è il significato strutturale della distinzione tra IQM per azioni verticali, nel piano e fuori piano?
La distinzione riflette la diversa risposta meccanica della muratura in funzione dello stato tensionale. Le carenze costruttive incidono in modo differente su resistenza a compressione, taglio nel piano e comportamento fuori piano (ribaltamento), rendendo necessario un approccio multi-indice per una valutazione più aderente al comportamento reale della parete muraria.

Come incide la qualità della malta nella valutazione IQM, soprattutto per murature regolari?
Evidenze sperimentali e osservazioni post-sisma (Emilia 2012) hanno dimostrato che, nelle murature in laterizio regolare, la malta influenza significativamente la resistenza a compressione e taglio. Questo ha portato a differenziare il metodo tra murature regolari e irregolari, introducendo un peso maggiore del parametro legato alla qualità della malta nella determinazione dell’indice.

Qual è il significato tecnico della soglia IQMFP < 4 rispetto ai meccanismi di collasso?
Un valore IQM fuori piano inferiore a 4 è stato associato, su base osservazionale, a una maggiore probabilità di fenomeni di disgregazione muraria durante eventi sismici, caratterizzati da collassi “a candela”. Tuttavia, si tratta di una soglia indicativa e non deterministica, influenzata anche dalle caratteristiche dell’azione sismica e dalle condizioni al contorno.

In quali condizioni l’IQM risulta particolarmente efficace rispetto alle indagini sperimentali tradizionali?
L’IQM è particolarmente efficace in contesti dove le prove in situ sono limitate o non eseguibili (beni vincolati, siti archeologici, edifici complessi). In questi casi consente di ottenere una stima coerente dei parametri meccanici, riducendo tempi e costi, pur mantenendo un buon livello di affidabilità grazie alla calibrazione su dati sperimentali.