Murature vulnerabili e rischio sismico: perché è necessario rivedere le Norme Tecniche

In vista della sua Lectio magistralis dal titolo “Studi sul comportamento sismico delle murature vulnerabili: necessità della revisione della normativa vigente”, che si terrà il giorno 7 ottobre a SAIE Bologna, abbiamo rivolto cinque domande a Massimo Mariani per anticipare alcuni dei temi che saranno al centro della sua relazione.

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Murature vulnerabili: disgregazione, memoria del danno e limiti dell’attuale approccio normativo

Lo studio dei danni prodotti dai terremoti ha permesso di comprendere molto sul comportamento reale degli edifici in muratura. Quali evidenze mostrano oggi i limiti dell’attuale approccio normativo?

Massimo Mariani

Una muratura degradata, disomogenea, con malte povere, vuoti, discontinuità, precedenti lesioni e trasformazioni succedutesi nel tempo, non è semplicemente una muratura con caratteristiche meccaniche più basse; è un organismo che modifica progressivamente il proprio comportamento durante lo stesso evento sismico.

L’osservazione dei danni, soprattutto negli eventi sismici più recenti e anche del passato, documentati, ci mostra con grande chiarezza che molte murature storiche vulnerabili non rispondono al sisma secondo quel comportamento ordinato, progressivo e sostanzialmente deterministico che tendiamo a rappresentare nei modelli di calcolo.

Il problema fondamentale attuale è proprio questo: la normativa tende ancora a descrivere la costruzione attraverso parametri che presuppongono una certa continuità del sistema resistente. Ma quando inizia la disgregazione della muratura — specifico: sotto la quale si muore, perché la quasi totalità dei decessi avviene in queste condizioni — cambiano i rapporti tra le parti, si aprono e si richiudono i contatti, si modificano continuamente rigidezza, resistenza e capacità dissipativa. La struttura che avevamo all’inizio del terremoto non è più quella che abbiamo alcuni secondi dopo.

Da questo punto di vista considero particolarmente critica l’assunzione implicita secondo la quale la risposta della costruzione possa essere ricondotta, con affidabilità, a schemi derivati dalla meccanica classica e a grandezze come periodo proprio, spettro di risposta elastico, capacità resistente e domanda sismica definite secondo modelli sostanzialmente stabili.

Per le murature vulnerabili, per di più già alterate, la stabilità del modello è proprio ciò che viene meno.

Esiste poi il problema della memoria del danno. Ogni ciclo modifica il comportamento del ciclo successivo. L’apertura e la richiusura delle fessure nelle murature, la perdita progressiva dei legami, il decadimento della rigidezza e, nei casi più gravi, la perdita della stessa capacità di dissipare energia producono una risposta involutiva, variabile nel tempo.

In questo processo deve essere riconosciuto anche il decadimento della duttilità. Nelle murature vulnerabili la duttilità, quando è presente, è spesso esigua già all’origine e non può essere considerata una riserva indefinita da spendere durante il terremoto. Essa si riduce a ogni ciclo, a ogni impulso e a ogni successivo evento sismico, fino alla sua probabile estinzione. Il sisma successivo non agisce quindi sulla muratura nelle condizioni iniziali, ma su una materia che ha già consumato una parte della propria capacità di deformarsi e di dissipare energia.

A un certo punto non siamo più di fronte soltanto a una struttura deformata: siamo di fronte a una struttura che sta cambiando progressivamente natura, in particolare quando si tratta di costruzioni storiche che conservano memoria degli eventi sismici precedenti.

Per questo sostengo da tempo che, nelle murature più vulnerabili, il fenomeno decisivo non sia soltanto il raggiungimento di una determinata sollecitazione — momento flettente, taglio, sforzo normale o torsione, etc. — ma la perdita progressiva della coesione muraria, fino alla disgregazione.

Ed è proprio questa evidenza, continuamente confermata dall’osservazione post-sisma della distruzione totale di interi centri abitati — nell’ultimo sisma del 201 6, Amatrice, Arquata del Tronto, Pescara del Tronto, Accumoli e Castelluccio di Norcia; e, nel passato, Messina, Avezzano, Sora, le città del Friuli, del Belice e dell’Irpinia — che, a mio avviso, obbliga oggi a una riflessione profonda sull’impostazione normativa.

Valutazione sismica delle murature esistenti: "prima la conoscenza, poi il modello"

Se fosse chiamato a intervenire sulle Norme Tecniche, quali aspetti ritiene prioritari modificare per migliorare la valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sugli edifici esistenti in muratura?

Massimo Mariani

Sarebbe un cambiamento di gerarchia.

Nella valutazione di una costruzione storica in muratura vulnerabile deve venire prima la conoscenza dell’organismo e soltanto dopo il modello numerico.

Oggi rischiamo talvolta di comportarci al contrario: raccogliamo alcuni dati, attribuiamo parametri meccanici, costruiamo un modello e chiediamo al modello di dirci che cosa sia l’edificio. Io credo che dovrebbe essere l’edificio a dirci quale modello possiamo eventualmente utilizzare.

Occorrerebbe quindi attribuire un peso normativo molto maggiore alla conoscenza della tessitura muraria, delle connessioni, delle trasformazioni storiche, delle discontinuità, delle lesioni pregresse, degli interventi succedutisi nel tempo e soprattutto dei meccanismi di danno già manifestatisi.

Un secondo punto riguarda la distinzione tra murature che possono ancora essere rappresentate come un mezzo strutturalmente coerente e murature che hanno invece una forte propensione alla disgregazione.

La meccanica classica può essere applicata al sistema murario soltanto quando la muratura sia stata resa sufficientemente omogenea, continua e resistente, successivamente a un intervento di “rivitalizzazione strutturale”, cioè quando sia realmente in grado di rispondere alle azioni che intendiamo applicarle: momento flettente, sforzo tagliante, sforzo normale, torsione e combinazioni di tali sollecitazioni.

Prima di calcolare l’azione, occorre dunque verificare che esista ancora il corpo resistente al quale quell’azione può essere attribuita.

È inutile applicare una forza, un momento o uno sforzo a un “saint-honoré”; se la muratura è già disgregata, priva di legami efficaci e incapace di trasmettere l’azione, il problema non è più soltanto quanto essa resista, ma se esista ancora un sistema materiale al quale la meccanica classica possa essere riferita.

Non credo sia sufficiente ridurre alcuni valori di resistenza mediante coefficienti correttivi o fattori di confidenza. L’incertezza qualitativa non può essere sempre trasformata in una semplice riduzione quantitativa.

Comunque, le Norme Tecniche e la Circolare applicativa già prevedono un percorso conoscitivo prima del calcolo. Il Capitolo 8 delle NTC 201 8 e, in modo più articolato, i paragrafi C8.5.1 -C8.5.4.1 della Circolare n. 7/201 9 richiedono di ricostruire la storia dell’edificio, eseguire il rilievo geometrico, indagare i dettagli costruttivi, riconoscere la tipologia e la qualità della muratura, valutarne lo stato di conservazione e, quando necessario, determinarne le caratteristiche meccaniche. Questo percorso conduce però successivamente all’utilizzo di coefficienti correttivi e fattori di confidenza.

La normativa introduce anche i livelli di conoscenza LC1 , LC2 e LC3 e i corrispondenti fattori di confidenza FC. Questi fattori traducono l’approfondimento conoscitivo in una riduzione dei parametri meccanici utilizzati nelle verifiche; le tabelle della Circolare consentono inoltre di assumere valori diversi in funzione della tipologia muraria e del livello di conoscenza.

Non si tratta quindi di negare ciò che la normativa già prescrive, ma di chiedersi se la qualità muraria e la sua evoluzione durante il terremoto possano essere rappresentate interamente attraverso un indice, una tipologia tabellare o un fattore di confidenza.

In questo quadro considero positivamente anche il richiamo al fattore IQM, l’Indice di Qualità Muraria elaborato da Antonio Borri e Alessandro De Maria. È un riferimento importante perché introduce nella valutazione un’attenzione concreta alla qualità della tessitura, all’organizzazione degli elementi, alla presenza dei collegamenti e alla capacità effettiva della muratura di comportarsi come un organismo resistente.

Il fattore IQM però non deve essere inteso come un numero da sostituire alla conoscenza dell’edificio, ma come uno strumento che può tradurre e rendere verificabili, all’interno del percorso conoscitivo, alcuni caratteri essenziali della qualità muraria.

La sua positività sta proprio nel fatto che richiama il progettista a valutare la muratura reale prima di attribuirle parametri e prima di affidarle un modello di calcolo. È un ottimo percorso per la conoscenza della muratura.

Tornando quindi al tema, quando la continuità materiale è incerta, è il modello stesso che deve essere messo in discussione.

Un terzo argomento riguarda lo spettro di risposta. Lo spettro è uno strumento straordinariamente utile, ma nasce dalla rappresentazione della risposta di oscillatori aventi caratteristiche ben definite. Trasferire automaticamente questa impostazione a una muratura vulnerabile significa assumere che durante il sisma esista ancora un sistema sufficientemente riconoscibile per massa, rigidezza, periodo e capacità dissipativa.

Ma se la rigidezza cambia rapidamente, se si instaurano cinematismi locali, se si modificano i contatti e se la muratura perde progressivamente coesione, il significato stesso del “periodo proprio” diventa molto più problematico.

Occorrerebbe inoltre approfondire nella normativa il ruolo delle caratteristiche impulsive del moto, della componente verticale e soprattutto delle rapide variazioni dell’accelerazione. Ma di questo parleremo più avanti, nelle prossime mie pubblicazioni sulle altre perplessità nei riguardi della normativa attuale per le strutture vulnerabili in muratura.

Mi riferisco anche al jerk, derivata temporale dell’accelerazione, cioè alla rapidità con la quale questa varia.

Due segnali possono avere valori massimi di accelerazione simili e produrre effetti molto differenti quando una variazione avviene lentamente e l’altra in maniera estremamente brusca. Questo aspetto può essere particolarmente rilevante proprio nei materiali fragili e nei sistemi costituiti da elementi in contatto.

Infine, introdurrei con maggiore decisione il concetto di evoluzione del danno. La verifica non dovrebbe riguardare soltanto la capacità iniziale della costruzione, ma anche il modo in cui quella capacità decade durante una successione di cicli.

Perché l’edificio che riceve il ventesimo impulso, il ventesimo scuotimento, non è necessariamente lo stesso edificio che aveva ricevuto il primo.

Murature esistenti: dal rilievo dei dissesti alla modellazione sismica

Nella valutazione di una costruzione esistente, quanto possiamo affidarci al modello numerico? Quale peso devono avere invece il rilievo, la conoscenza della storia dell’edificio, la lettura dei dissesti e l’osservazione dei cinematismi realmente avvenuti?

Massimo Mariani

Il modello numerico è uno strumento indispensabile, purché rimanga uno strumento.

Il pericolo nasce quando gli attribuiamo una capacità conoscitiva che non possiede.

Un modello calcola con estrema precisione ciò che noi gli abbiamo detto di rappresentare. Ma non può sapere ciò che abbiamo dimenticato, ciò che non abbiamo visto o ciò che abbiamo interpretato male.
Nelle costruzioni storiche questo problema è enorme.

Per questo continuo a ritenere il rilievo un atto strutturale, non semplicemente geometrico.

Occorre leggere l’edificio.

Le lesioni, ad esempio, non sono imperfezioni da riportare su una tavola: sono informazioni. Raccontano il modo in cui la costruzione ha già cercato il proprio equilibrio.

La storia dell’edificio ha quindi un peso fondamentale. Una costruzione non è soltanto ciò che vediamo oggi: è il risultato di una successione di trasformazioni. Ogni trasformazione può aver modificato il percorso delle forze e la qualità dei collegamenti.

Per questo utilizzo spesso il concetto di “memoria”. Esiste una memoria costruttiva dell’edificio ed esiste una memoria meccanica del danno.

Il modello numerico dovrebbe essere costruito alla fine di questo processo conoscitivo, non all’inizio.

E aggiungerei un’altra cosa: bisogna anche sapere quando fermarsi.

Esistono edifici per i quali un modello estremamente sofisticato può dare l’impressione di conoscere molto più di quanto realmente conosciamo.

La buona ingegneria consiste anche nel riconoscere i limiti della rappresentazione fisico-matematica.

A SAIE 2026 una lezione dedicata allo studio del comportamento sismico delle murature vulnerabili

Il 7 ottobre al SAIE presenterà studi, analisi e casi concreti sul comportamento sismico delle murature vulnerabili. Può anticiparci quali saranno i temi principali della sua relazione e quale messaggio vorrebbe lasciare ai progettisti che parteciperanno all’incontro?

Massimo Mariani

Porterò immagini, casi, accelerogrammi e comportamenti osservati, perché credo che il confronto tra ciò che calcoliamo e ciò che realmente avviene sia il modo più serio per verificare l’affidabilità dei nostri strumenti.

Affronterò il problema della disgregazione muraria, che considero centrale per comprendere molti crolli degli edifici storici vulnerabili. Parlerò della perdita progressiva di coesione, della modifica dei contatti, della riduzione della capacità dissipativa e della memoria del danno.

Insisterò anche sul decadimento della duttilità, che nelle murature vulnerabili considero limitata fin dall’origine e destinata a ridursi evento dopo evento, fino alla possibile sua estinzione.

Il principio fondamentale è che solo dopo aver ricostituito omogeneità, continuità e capacità di trasmissione degli sforzi ha senso ricondurre la muratura alle grandezze della meccanica classica.

Un altro tema sarà il limite della rappresentazione mediante oscillatore equivalente e, conseguentemente, la necessità di interrogarsi sull’utilizzo dello spettro elastico quando la costruzione perde rapidamente quelle caratteristiche che permetterebbero di associarle un comportamento oscillatorio relativamente stabile.

A questo proposito, si potrebbe osservare che la riduzione progressiva della rigidezza, della resistenza e della capacità dissipativa sia già compresa nell’analisi non lineare. L’osservazione è corretta, ma soltanto a condizione che il modello costitutivo, i parametri e i meccanismi introdotti nel calcolo siano realmente rappresentativi della muratura esistente.

Non intendo quindi proporre lo spettro del degrado come alternativa all’analisi non lineare né come un nuovo procedimento di calcolo. L’analisi non lineare può già rappresentare, almeno in linea teorica, la riduzione della rigidezza, della resistenza e della capacità dissipativa, l’apertura e la chiusura delle fessure e la successione dei cicli di carico. Tuttavia, essa descrive necessariamente ciò che è stato previsto e inserito nel modello.

Il rischio è che l’analisi non lineare descriva con grande precisione il degrado del modello matematico senza rappresentare adeguatamente il degrado fisico dell’organismo murario. Una muratura vulnerabile, infatti, non perde soltanto rigidezza o resistenza: può perdere progressivamente i legami, modificare i contatti tra gli elementi, alterare i percorsi delle forze, consumare la propria limitata duttilità e avviarsi verso la disgregazione.

Per questo considero lo spettro del degrado soprattutto come una chiave di lettura e di controllo della risposta calcolata. Esso dovrebbe aiutare a verificare se, durante la successione degli impulsi e dei cicli sismici, l’analisi non lineare stia effettivamente descrivendo l’evoluzione della muratura reale oppure soltanto una risposta non lineare predefinita all’interno di un modello ancora sostanzialmente stabile.

In questa prospettiva, lo spettro elastico rappresenta la risposta iniziale di un sistema dotato di proprietà meccaniche riconoscibili; l’analisi non lineare dovrebbe descriverne l’evoluzione; lo spettro del degrado rappresenta invece la progressiva perdita di quelle proprietà, fino alla riduzione della capacità dissipativa e alla possibile disgregazione.
Non si tratta quindi di sostituire l’analisi non lineare, ma di chiedere che essa sia fondata su un modello fisicamente adeguato e capace di recepire il reale decadimento della costruzione durante il terremoto.

Lo spettro del degrado è, in questo senso, un criterio concettuale per controllare l’attendibilità dell’analisi e per ricordare che il degrado della muratura non coincide necessariamente con la sola non linearità della curva forza-spostamento.

Parlerò anche della componente verticale e delle variazioni rapide dell’accelerazione, perché ritengo che alcune caratteristiche del moto sismico siano state troppo a lungo considerate secondarie rispetto alla sola accelerazione orizzontale massima. L’accelerazione verticale modifica istantaneamente le condizioni di contatto tra gli elementi murari. La rapidità con la quale cambia l’accelerazione può produrre effetti ancora differenti.

Affronterò quindi anche il tema del jerk, inteso come derivata temporale dell’accelerazione, e del ruolo che le variazioni rapide del moto possono avere in una muratura costituita da elementi in contatto e già prossimi alla perdita di coesione.

E poi affronterò il tema dell’indeterminismo. Non nel senso di negare la meccanica, naturalmente, ma nel senso di riconoscere che un sistema che si degrada durante l’azione può attraversare condizioni di instabilità estremamente sensibili anche a variazioni apparentemente modeste. Quando un organismo murario entra in una fase avanzata di disgregazione, piccoli cambiamenti possono determinare evoluzioni completamente differenti del collasso.

Il messaggio che vorrei lasciare ai progettisti è quindi molto concreto: utilizziamo il calcolo, ma non consegniamo al calcolo la responsabilità del nostro giudizio.

Dobbiamo tornare a essere osservatori delle costruzioni.

L’ingegnere — e con il suo nome includo architetti, geologi, geometri e imprenditori — deve sapere riconoscere una muratura, comprenderne la qualità, leggerne le lesioni, immaginare i possibili cinematismi, progettare il suo consolidamento e la sua “rivitalizzazione”, al punto che possa divenire un elemento omogeneo e capace di rispondere alle sollecitazioni della meccanica classica. Solo successivamente potrà chiedere al modello numerico di aiutarlo.

“Disegnare bene significa pensare bene”: perché il particolare costruttivo è decisivo negli interventi sull'esistente

Su INGENIO sta portando avanti, a puntate, un vero e proprio libro dedicato ai particolari costruttivi. Perché ha scelto di concentrare l’attenzione proprio sui dettagli? E quanto può essere importante, soprattutto negli interventi sull’esistente, tornare a una cultura progettuale nella quale il particolare costruttivo non sia considerato un elemento secondario rispetto al calcolo?

Massimo Mariani

Perché alla fine una costruzione non è fatta di modelli: è fatta di particolari costruttivi.

Il particolare costruttivo è il punto in cui il pensiero del progettista diventa materia.

Ed è proprio lì che spesso si determina la differenza tra un intervento che sulla carta funziona e un intervento che funzionerà realmente.

Sull’esistente questo tema diventa ancora più importante perché non lavoriamo mai su un materiale astratto.

Ogni nodo ha una propria storia, una propria geometria e spesso anche una propria vulnerabilità.

Il disegno del particolare obbliga il progettista a confrontarsi con la realtà fisica: gli spessori disponibili, le tolleranze, le sequenze di montaggio, la possibilità concreta di eseguire un ancoraggio, l’interazione tra materiali differenti.

Disegnare bene significa pensare bene.

La tradizione dell’Ingegneria e dell’Architettura italiana aveva una cultura straordinaria del particolare costruttivo. Credo che dovremmo recuperarla senza contrapporla agli strumenti numerici contemporanei.

Nel particolare costruttivo, studiato e disegnato volta per volta, si verifica se il progettista ha compreso come le sollecitazioni attraverseranno la materia. Nelle costruzioni esistenti, soprattutto nelle murature vulnerabili, questa comprensione può valere molto più di una sofisticazione numerica aggiuntiva.

I particolari costruttivi che mostro da sempre in ogni mia pubblicazione rappresentano opere realizzate e quindi concretamente realizzabili.

Ho tolto il copyright a tutti gli elaborati pubblicati nel libro in corso di pubblicazione e in tutti i miei articoli su INGENIO.