Resistenza a taglio delle murature: quanto conta l’ingranamento dei blocchi

La resistenza a taglio delle strutture murarie esistenti è il risultato di un equilibrio complesso tra materiali, geometria e stato tensionale. Ridurre tale comportamento ai soli parametri meccanici introdotti nelle formulazioni normative rischia di fornire una rappresentazione incompleta della reale capacità resistente delle pareti. L’ingranamento geometrico tra i conci costituisce uno dei principali meccanismi attraverso i quali la muratura trasferisce le azioni tangenziali. Esso influenza la propagazione delle lesioni, la distribuzione delle tensioni, la rigidezza iniziale, la capacità dissipativa e la modalità di collasso della parete.

Il ruolo dell'ingranamento nella resistenza a taglio della muratura esistente

Perché la sola caratterizzazione meccanica non basta

A differenza delle moderne strutture in calcestruzzo armato o acciaio, caratterizzate da materiali omogenei e proprietà meccaniche ben definite, gli edifici esistenti in muratura presentano una notevole variabilità costruttiva, dovuta alle tecniche edilizie dell’epoca, alla disponibilità dei materiali locali, alla qualità della manodopera e alle trasformazioni subite nel corso del tempo.

Il peso della tessitura muraria nella valutazione sismica

In questo contesto, la determinazione della resistenza a taglio delle pareti murarie assume un ruolo centrale nella valutazione della vulnerabilità sismica. Parte dei dissesti osservati durante gli eventi sismici interessa infatti pannelli murari soggetti ad azioni nel proprio piano, nei quali la capacità di resistere alle tensioni tangenziali determina l’evoluzione del quadro fessurativo e l’innesco di meccanismi di collasso.

La resistenza a taglio viene spesso ricondotta esclusivamente ai parametri meccanici della muratura, quali la resistenza iniziale a taglio τ₀, il coefficiente di attrito e il livello di compressione agente sulla parete. Questa impostazione, pur coerente con le formulazioni normative, rischia tuttavia di trascurare un aspetto fondamentale: la qualità della tessitura muraria, le originarie modalità di apparecchiamento e la mutua disposizione dei blocchi.

Tra i fattori che maggiormente influenzano la risposta strutturale assume particolare importanza il cosiddetto ingranamento dei blocchi, ovvero la capacità degli elementi lapidei o laterizi di sviluppare un efficace interblocco reciproco lungo i piani di possibile scorrimento. Tale fenomeno non costituisce semplicemente una caratteristica geometrica della muratura, ma rappresenta uno dei principali meccanismi attraverso cui vengono trasferite le azioni tangenziali.

Una muratura caratterizzata da un elevato grado di ammorsamento tra i corsi è infatti in grado di mobilitare meccanismi resistenti aggiuntivi rispetto al semplice attrito lungo i giunti di malta, incrementando la capacità resistente, la rigidezza iniziale e la duttilità della parete. Al contrario, tessiture irregolari, caratterizzate da vuoti interni ed elementi scarsamente concatenati, favoriscono la localizzazione delle deformazioni e l’innesco di scorrimenti prematuri.

Comprendere il ruolo dell’ingranamento significa superare una visione puramente parametrica della resistenza a taglio, interpretando la muratura come un sistema meccanico complesso nel quale geometria, tessitura, caratteristiche dei materiali e stato tensionale interagiscono reciprocamente.

Comportamento meccanico della muratura: compressione, taglio e tessitura

La muratura è un materiale composito costituito dall’assemblaggio di elementi resistenti – pietre naturali, laterizi pieni o blocchi – collegati mediante malta. A differenza dei materiali omogenei, il suo comportamento non può essere descritto esclusivamente attraverso le proprietà meccaniche dei singoli componenti, ma deriva dall’interazione tra gli elementi costitutivi e dalla configurazione geometrica della tessitura. Nelle murature storiche tale eterogeneità risulta particolarmente accentuata.

Le dimensioni dei conci possono variare sensibilmente anche all’interno della stessa parete; la qualità della malta è spesso disomogenea, mentre la presenza di vuoti interni, diatoni insufficienti, ricorsi non continui e successive modifiche costruttive contribuisce a rendere il comportamento strutturale fortemente anisotropo.

Risposta a compressione vs risposta a taglio

Dal punto di vista meccanico la muratura manifesta una risposta profondamente diversa a seconda della direzione delle sollecitazioni applicate. Sotto compressione, il comportamento è governato principalmente dalla qualità degli elementi resistenti e dalla capacità della malta di distribuire uniformemente le tensioni.

In presenza di carichi verticali moderati la parete mantiene un comportamento sostanzialmente elastico; all’aumentare delle tensioni iniziano a svilupparsi fenomeni di schiacciamento localizzato della malta, concentrazione delle compressioni sui punti di contatto tra gli elementi e successiva fessurazione dei blocchi.

Ben diverso è il comportamento nei confronti delle azioni tangenziali. La muratura possiede infatti una limitata capacità intrinseca di resistere alle tensioni di trazione; pertanto, quando l’azione sismica induce deformazioni nel piano della parete, la risposta strutturale dipende principalmente dalla possibilità di trasferire gli sforzi mediante compressione, attrito e interblocco geometrico. Questa caratteristica rende il comportamento a taglio fortemente dipendente dalla tessitura muraria.

Tessitura in mattoni e giunti sfalsati: l'effetto sulla distribuzione delle tensioni

La tessitura rappresenta quindi una vera e propria variabile strutturale, spesso più influente della sola resistenza della malta. Murature caratterizzate da corsi ben ammorsati, giunti sfalsati e presenza di efficaci elementi passanti, come ad esempio la classica tessitura in mattoni, risultano generalmente in grado di redistribuire le tensioni su porzioni più ampie della parete, limitando la concentrazione degli sforzi e ritardando la formazione delle lesioni.

Lo sfalsamento sistematico dei giunti verticali impedisce infatti la formazione di superfici continue di debolezza e costringe gli sforzi a distribuirsi lungo percorsi articolati. Ogni blocco contribuisce contemporaneamente al trasferimento delle compressioni verticali e delle azioni tangenziali, collaborando con gli elementi adiacenti attraverso un efficace meccanismo di interblocco.

La superficie di rottura raramente coincide con un unico giunto di malta, ma attraversa alternativamente giunti ed elementi murari, producendo quadri fessurativi diffusi e progressivi (fig. 1).

Murature in conci lapidei squadrati e murature a sacco: differenze di ingranamento

Analoghe considerazioni possono essere estese alle costruzioni realizzate con conci lapidei ben squadrati, purché sia rispettato un adeguato ammorsamento tra i corsi. L’elevata precisione geometrica dei blocchi favorisce infatti una distribuzione relativamente uniforme delle tensioni di compressione e consente di sviluppare efficaci superfici di contatto. In queste murature il contributo dell’ingranamento risulta particolarmente evidente quando i conci presentano lunghezze variabili tali da evitare l’allineamento dei giunti verticali. La presenza di ricorsi continui, listature di mattoni (fig. 2) e di elementi passanti migliora ulteriormente il comportamento tridimensionale della parete.

Viceversa, nelle murature a sacco o con apparecchiature irregolari la discontinuità dei percorsi resistenti favorisce la formazione di superfici preferenziali di scorrimento, riducendo sensibilmente la capacità resistente.

In questi casi la geometria irregolare dei conci determina una distribuzione non uniforme dei punti di contatto, con conseguenti concentrazioni locali delle tensioni. L’efficacia dell’ingranamento dipende fortemente dalla qualità della posa in opera. Nelle murature a sacco, in particolare, l’assenza di efficaci elementi trasversali (diatoni), determina un comportamento indipendente tra i paramenti.

In tali condizioni il grado di ingranamento osservabile sul solo paramento esterno può risultare fuorviante, poiché il comportamento globale dipende principalmente dalla qualità della connessione trasversale (fig. 3). È proprio questo uno dei motivi per cui le indagini endoscopiche assumono particolare importanza nella valutazione della sicurezza degli edifici storici.

È importante sottolineare come il comportamento della muratura non sia governato da un unico parametro meccanico, bensì dalla contemporanea attivazione di differenti fenomeni fisici. Compressione, attrito, interblocco tra gli elementi, confinamento reciproco dei conci e distribuzione tridimensionale delle tensioni concorrono simultaneamente alla risposta della parete.

Questa natura fortemente non lineare spiega perché la semplice caratterizzazione meccanica dei materiali costituenti non sia sufficiente per descrivere il comportamento reale delle costruzioni esistenti e perché le campagne sperimentali evidenzino dispersioni anche molto elevate nei valori di resistenza.

PER APPROFONDIRE LEGGI ANCHE
Resistenza a taglio delle pareti in muratura: dai meccanismi di crisi alle verifiche secondo NTC
La resistenza a taglio delle pareti in muratura è decisiva nelle verifiche sismiche degli edifici esistenti: l’articolo analizza meccanismi di crisi, modelli di calcolo, riferimenti NTC e Circolare 7/2019, fino alle prove in situ utili a definire parametri meccanici affidabili.

Resistenza a taglio nelle murature esistenti: adesione, attrito e interblocco

La capacità della muratura di opporsi allo scorrimento dipende dall’attivazione simultanea di diversi contributi resistenti. Un primo contributo è rappresentato dall’adesione tra malta ed elementi murari, che fornisce una resistenza iniziale anche in assenza di significative compressioni verticali. Tale contributo è generalmente associato al parametro τ₀ e descrive la capacità della muratura di sopportare limitati livelli di taglio prima che si sviluppino fenomeni di distacco lungo i giunti.

Con l’aumentare delle deformazioni interviene progressivamente il contributo dell’attrito. La presenza delle compressioni verticali incrementa infatti le pressioni di contatto tra i blocchi, rendendo necessario superare forze di attrito sempre maggiori affinché possa verificarsi lo scorrimento reciproco degli elementi. Tuttavia, l’attrito da solo non è sufficiente a spiegare il comportamento osservato sperimentalmente. Numerose prove hanno dimostrato che murature aventi identico stato tensionale e analoghe caratteristiche dei materiali possono sviluppare resistenze significativamente differenti, grazie all’ingranamento che ostacola lo scorrimento diretto dei conci.

Quando i giunti risultano sfalsati e gli elementi presentano un efficace ammorsamento, lo scorrimento lungo una superficie di taglio richiede infatti anche il superamento di vincoli geometrici che obbligano alcuni blocchi a ruotare, traslare o comprimersi reciprocamente. L’energia necessaria per attivare tali meccanismi risulta sensibilmente superiore rispetto al semplice attrito tra superfici piane.

L'ingranamento tra i blocchi: definizione tecnica e differenza dall'ammorsamento

Nel linguaggio corrente il termine ingranamento viene spesso utilizzato come sinonimo di ammorsamento o di buona tessitura muraria. Dal punto di vista meccanico, tuttavia, il concetto è più articolato e descrive il grado con cui gli elementi costitutivi della muratura riescono a impedire lo scorrimento reciproco attraverso un’interazione geometrica tridimensionale.

L’ingranamento può essere definito come la capacità dei conci o dei laterizi di sviluppare un efficace interblocco lungo i possibili piani di scorrimento, obbligando gli elementi a compiere movimenti complessi di rotazione, sollevamento e compressione reciproca anziché un semplice scorrimento traslazionale. L’ingranamento presuppone infatti che, in presenza di azioni di taglio, i blocchi non possono muoversi liberamente lungo il giunto di malta, ma risultano vincolati dalla presenza degli elementi appartenenti ai corsi adiacenti. Lo scorrimento richiede quindi una continua ridefinizione dei punti di contatto tra i conci, con conseguente mobilitazione di ulteriori meccanismi resistenti.

È importante osservare come il concetto di ingranamento non debba essere confuso con la semplice qualità della malta. Una malta molto resistente non è infatti in grado di compensare completamente una tessitura caratterizzata da giunti verticali continui o da un insufficiente ammorsamento tra gli elementi. Analogamente, numerose murature storiche costruite con malte relativamente deboli mostrano ancora oggi un comportamento strutturale soddisfacente proprio grazie all’elevata qualità dell’apparecchiatura muraria (fig. 4).

Dal punto di vista energetico, l’ingranamento determina un incremento del lavoro necessario affinché possa svilupparsi uno scorrimento relativo tra due porzioni della parete. Ciò comporta un aumento sia della resistenza ultima sia della capacità di dissipare energia durante le deformazioni cicliche indotte dal sisma. In questo senso l’interblocco geometrico rappresenta una vera e propria risorsa strutturale, che deve essere opportunamente considerata già durante la fase di conoscenza ed indagine.

...CONTINUA LA LETTURA DELL'ARTICOLO INTEGRALE NEL PDF.

Questi i contenuti che troverai all'interno

• L’influenza dell’ingranamento sulla formazione delle lesioni
  
• L’influenza dell’ingranamento sui parametri meccanici
  
• Effetti sulla resistenza iniziale τ₀
  
• Effetti sul coefficiente di attrito
  
• Effetti sulla rigidezza
  
• Le indicazioni contenute nelle NTC 2018 e nella Circolare 2019
  
• Implicazioni per la modellazione strutturale

FAQ Tecniche - Ingranamento dei blocchi nella muratura ed effetti sulla resistenza a taglio

1. Che cosa si intende per ingranamento dei blocchi?

L’ingranamento è il fenomeno di interblocco meccanico tra i conci o i laterizi che impedisce il loro libero scorrimento lungo i giunti di malta. Grazie a questo meccanismo, le azioni di taglio vengono trasferite non solo per attrito e adesione, ma anche attraverso la collaborazione geometrica tra gli elementi della muratura.

2. Perché l’ingranamento influenza la resistenza a taglio?

Un efficace interblocco costringe i blocchi a sviluppare rotazioni, schiacciamenti locali e compressioni reciproche prima che possa verificarsi lo scorrimento. Ciò aumenta l’energia necessaria per la formazione della superficie di rottura, incrementando resistenza, rigidezza e capacità dissipativa della parete.

3. Come può essere valutato durante il rilievo di un edificio storico?

Il grado di interblocco può essere stimato osservando la regolarità della tessitura, lo sfalsamento dei giunti, la presenza di ricorsi, l’ammorsamento agli angoli, i diatoni e la connessione tra i paramenti. Tali osservazioni possono essere integrate con saggi locali, indagini endoscopiche e prove sperimentali sui materiali.

4. Le NTC 2018 introducono un parametro specifico per l’ingranamento?

No. Le NTC 2018 non definiscono un parametro dedicato all’ingranamento verticale. Tuttavia, la normativa e la Circolare applicativa riconoscono l’importanza della qualità della tessitura e distinguono le verifiche delle murature regolari da quelle delle murature irregolari, recependo indirettamente l’influenza dell’interblocco sul comportamento a taglio.