La muratura alla prova del sisma: cosa sta cambiando davvero tra modelli, verifiche e linee guida

La sicurezza sismica delle costruzioni in muratura rappresenta una delle principali sfide per l’ingegneria strutturale applicata al patrimonio edilizio esistente, caratterizzato da elevata eterogeneità tipologica e costruttiva. Nonostante i progressi normativi e modellistici degli ultimi anni, permangono incertezze significative nella valutazione della capacità e nella rappresentazione dei meccanismi di collasso, soprattutto per edifici in aggregato, strutture miste e componenti non strutturali. Il WP10 del progetto coordinato da Guido Magenes si inserisce in questo contesto con l’obiettivo di rafforzare le basi scientifiche dei modelli di analisi e di trasferire risultati concreti alla pratica progettuale. Le attività svolte mirano a rendere più affidabili le verifiche di sicurezza e più consapevole l’uso degli strumenti di calcolo, contribuendo anche al processo di aggiornamento degli Eurocodici.

La ricerca sulla muratura strutturale tra modellazione, verifica e ricadute operative

Il Work Package 10 del progetto di ricerca ReLUIS coordinato da Guido Magenes è dedicato alle costruzioni in muratura e coinvolge sedici unità di ricerca, impegnate su un programma articolato che affronta in modo sistematico alcuni dei nodi più critici della valutazione e del progetto sismico dell’edilizia in muratura. Il lavoro si sviluppa lungo quattro linee principali: la modellazione della muratura strutturale, l’analisi dei sistemi complessi come gli edifici in aggregato o le strutture miste, lo studio delle murature non strutturali e la valutazione degli effetti della componente verticale del moto sismico.

Il filo conduttore dell’intero WP è la necessità di ridurre il divario tra avanzamento scientifico e pratica professionale. Le attività sono state infatti concepite a partire da alcune criticità ben note a chi opera sul patrimonio edilizio esistente: l’affidabilità dei modelli di capacità per la muratura, la difficoltà di interpretare correttamente il comportamento degli aggregati edilizi, la sottovalutazione del ruolo delle tamponature nei meccanismi di danno e l’incertezza sugli effetti della componente verticale del sisma in specifiche condizioni di vulnerabilità. In questo senso, il WP10 non si limita a produrre risultati scientifici, ma ambisce a costruire basi più solide per l’aggiornamento normativo e per l’uso consapevole degli strumenti di calcolo nella pratica progettuale.

Dalla modellazione dei meccanismi locali alla risposta sismica globale

Una parte rilevante delle attività si concentra sul miglioramento dei modelli di capacità per la muratura strutturale, con un’attenzione particolare sia ai meccanismi locali sia alla risposta globale degli edifici. Sul fronte dei meccanismi locali, il lavoro di validazione delle procedure normative attraverso confronti con analisi dinamiche non lineari e con modelli numerici di maggior dettaglio ha permesso di mettere in evidenza limiti e potenzialità degli approcci correntemente adottati. L’impiego di modelli a macroelementi, di formulazioni FEM avanzate e di approcci di analisi limite tridimensionali ha consentito di esplorare modalità di collasso più complesse rispetto ai meccanismi elementari che sono usualmente assunti nelle verifiche di progetto. Questo livello di approfondimento ha un impatto diretto sulla capacità di interpretare correttamente situazioni reali, in cui la geometria irregolare e l’interazione tra porzioni di edificio rendono inadeguate le schematizzazioni troppo semplificate.

Sul piano della risposta sismica globale, una linea di ricerca centrale riguarda la definizione delle capacità deformative delle murature, sia non rinforzate sia rinforzate con tecniche di consolidamento. L’elaborazione sistematica di dati sperimentali esistenti, affiancata da nuove prove cicliche di laboratorio, ha portato alla costruzione di un primo database di riferimento per le murature rinforzate, che potrà essere utilizzato per impostare verifiche in spostamento più coerenti con il comportamento reale delle strutture. Questo tipo di informazione è particolarmente rilevante anche in prospettiva normativa, perché contribuisce a fondare su basi sperimentali la scelta dei fattori di struttura e dei parametri di progetto, riducendo il ricorso a valori cautelativi non sempre giustificati. Parallelamente, lo sviluppo di modelli al continuo a basso costo computazionale apre scenari interessanti per l’impiego di analisi statiche non lineari su modelli estesi, superando alcune delle limitazioni pratiche legate ai tempi di calcolo e alla sensibilità alla discretizzazione.

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Edifici in aggregato e strutture miste: il nodo dei sistemi complessi

Uno dei temi che emergono con maggiore forza dalle attività del WP10, e che trova riscontro diretto nelle esigenze espresse dai professionisti, riguarda l’analisi degli edifici in aggregato e, più in generale, dei sistemi complessi. La modellazione delle interazioni tra unità edilizie adiacenti, spesso caratterizzate da differenti rigidezze e livelli di resistenza anche a seguito di interventi di consolidamento parziali, rappresenta ancora oggi uno dei punti più critici nella valutazione della sicurezza sismica dei centri storici. Le ricerche condotte su casi studio reali, affrontati con modellazioni di dettaglio e con approcci semplificati, hanno messo in evidenza quanto la risposta globale dell’aggregato possa discostarsi in modo significativo da quella delle singole unità considerate isolatamente.

In modo analogo, lo studio degli edifici a struttura mista in muratura e cemento armato ha permesso di chiarire il ruolo di ampliamenti, sopraelevazioni e interazioni tra telai in calcestruzzo e murature portanti o di tamponamento. L’analisi comparata di diverse tipologie, selezionate in funzione dell’epoca di costruzione e delle trasformazioni subite nel tempo, fornisce indicazioni preziose su come schematizzare in modo realistico queste strutture nei modelli di calcolo. L’obiettivo dichiarato è arrivare a criteri di modellazione che tengano conto dell’interazione tra unità adiacenti e tra tecnologie costruttive diverse, mantenendo al tempo stesso un livello di semplicità compatibile con l’uso professionale degli strumenti di analisi.

Tamponature e partizioni: elementi secondari o protagonisti del danno?

Il terzo filone di attività del WP10 riguarda le murature non strutturali, in particolare tamponature e partizioni, spesso considerate elementi secondari ma che, nei terremoti recenti, hanno mostrato di rivestire un ruolo non secondario sia nel danno complessivamente rilevato e nell’eventuale rischio per gli occupanti, sia nell’interazione, favorevole o sfavorevole, con la struttura primaria. Le nuove prove sperimentali condotte su diverse tipologie di tamponature, rappresentative sia dell’edilizia esistente sia di quella di più recente costruzione, hanno permesso di aggiornare i database disponibili e di affinare i modelli di capacità nel piano e fuori piano.

Particolarmente significativo è lo sviluppo di modelli dinamici semplificati in grado di cogliere l’interazione tra comportamento nel piano e fuori piano delle tamponature, un aspetto spesso trascurato ma cruciale per una valutazione realistica della domanda sismica. Gli studi sull’interazione locale tra tamponature e telai in cemento armato, così come l’analisi delle tamponature duttili di nuova concezione, hanno portato alla formulazione di relazioni sufficientemente pratiche da poter essere recepite in linee guida operative o, in prospettiva, in documenti normativi. A questo filone si collega anche l’analisi degli effetti del collasso fuori piano in termini di volume di detriti prodotti, un’informazione di grande utilità per la valutazione degli scenari post-evento e per la gestione dell’emergenza.

La componente verticale del sisma e le prospettive applicative

L’ultimo ambito di ricerca affronta un tema spesso marginalizzato nella pratica progettuale, quello dell’effetto della componente verticale del moto sismico sulla risposta delle strutture in muratura. Le analisi dinamiche non lineari condotte su un ampio numero di terne di accelerogrammi, selezionate in funzione delle condizioni di sito, hanno confermato che l’influenza della componente verticale sulla domanda di spostamento nel piano non è sistematica per tutte le tipologie di muratura. Tuttavia, per le murature suscettibili di disgregazione, emerge una sensibilità significativa alla componente verticale, che tende a persistere anche dopo interventi di consolidamento per iniezione, qualora il meccanismo di disgregazione non venga completamente eliminato. Questo risultato solleva interrogativi importanti sul modo in cui tali effetti dovrebbero essere considerati nelle verifiche di sicurezza e apre a possibili sviluppi futuri in chiave normativa.

Nel complesso, il WP10 ha già prodotto un numero rilevante di risultati, tra cui linee guida sull’uso dei software di calcolo per la verifica sismica degli edifici in muratura, volumi dedicati alle tamponature, database sperimentali in continuo aggiornamento e numerosi contributi scientifici. Al di là dei singoli output, il valore più rilevante di questo lavoro sta nella costruzione di un ponte tra ricerca e pratica, offrendo ai professionisti strumenti concettuali e operativi più robusti per affrontare la complessità reale del costruito in muratura. In un contesto in cui la sicurezza sismica del patrimonio esistente resta una priorità nazionale, questo tipo di ricerca applicata rappresenta un tassello fondamentale per rendere più affidabili le valutazioni, più consapevoli le scelte progettuali e, in prospettiva, più efficaci gli strumenti normativi.

IN SINTESI
-Il WP10 coordinato da Guido Magenes rafforza le basi scientifiche per la modellazione e la verifica sismica degli edifici in muratura, con ricadute dirette sulla pratica professionale.
-I modelli per meccanismi locali e risposta globale vengono validati e migliorati tramite confronti con analisi dinamiche non lineari e dati sperimentali aggiornati.
-L’analisi sismica degli edifici in aggregato e delle strutture miste muratura–calcestruzzo armato si conferma come una delle attività maggiormente complesse, in cui i professionisti necessitano di indicazioni metodologiche e pratiche dal mondo della ricerca.
-Le tamponature svolgono un ruolo importante nella risposta sismica e nella definizione del danno, e nuovi modelli e indicazioni progettuali a supporto dei professionisti sono in corso di pubblicazione.
-Gli effetti della componente verticale del sisma risultano non trascurabili per murature suscettibili di disgregazione, con potenziali implicazioni future per criteri normativi e progettuali."

DI SEGUITO LA VIDEOREGISTRAZIONE DELL'INTERVENTO DI GUIDO MAGENES.

Il testo è stato elaborato mediante la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA.