Riduzione del rischio sismico delle volte a botte in muratura mediante CRM: risultati sperimentali e valutazione della fragilità

La sicurezza sismica delle strutture storiche rappresenta una delle sfide più complesse per l’ingegneria civile, soprattutto quando si tratta di elementi come le volte in muratura, caratterizzati da un comportamento fortemente non lineare. Il contributo di Fabio Di Trapani, presentato ad ANIDIS 2025, affronta il tema attraverso un approccio integrato che combina sperimentazione, modellazione numerica e analisi di fragilità. Lo studio si concentra in particolare sull’efficacia dei sistemi CRM nel migliorare la risposta sismica delle volte a botte. I risultati offrono spunti rilevanti sia per la comprensione dei meccanismi di collasso sia per la definizione di strategie di intervento più efficaci. Ne emerge un quadro articolato, in cui il ruolo dei vincoli, dei materiali e delle tecniche di rinforzo risulta determinante.

L’intervento di Fabio Di Trapani presentato in occasione di ANIDIS 2025 offre uno spaccato estremamente interessante sul comportamento sismico delle volte a botte in muratura e sulle potenzialità dei sistemi CRM (Composite Reinforced Mortar) come strategia di rinforzo. Il lavoro si distingue per un approccio integrato che combina sperimentazione, modellazione numerica e analisi di fragilità, affrontando alcune criticità ancora aperte nella valutazione della sicurezza di strutture storiche.

Sperimentazione su modelli in scala e interpretazione del comportamento

Il cuore della ricerca è rappresentato da una campagna sperimentale condotta su modelli di volta in scala, sottoposti a carichi applicati a un quarto della luce con l’obiettivo di simulare gli effetti dell’azione sismica orizzontale. Questo schema ha consentito di osservare la formazione delle cerniere e il progressivo sviluppo del meccanismo di collasso, coerente con la teoria classica degli archi murari, che prevede la formazione della quarta cerniera come condizione limite.

Tuttavia, i risultati sperimentali hanno mostrato un comportamento meno fragile del previsto, con una sorta di “ramo resistente” non coerente con la natura essenzialmente compressiva di questi sistemi. L’analisi mediante tecniche di Digital Image Correlation (DIC) ha permesso di individuare la causa di questa anomalia: una deformabilità non prevista nei vincoli di appoggio, che ha introdotto una componente aggiuntiva nella risposta globale.

La successiva correzione del modello numerico, implementata introducendo un comportamento elastoplastico nei vincoli, ha consentito di riprodurre fedelmente la risposta osservata. Questo passaggio evidenzia un aspetto cruciale: la necessità di modellare accuratamente le condizioni al contorno nei test sperimentali, pena l’interpretazione distorta dei risultati.

XX Convegno ANIDIS: focus su sicurezza sismica e vulnerabilità del costruito
Ad Assisi si è svolto il XX Convegno ANIDIS, principale appuntamento per la comunità dell’ingegneria sismica. Al centro del dibattito: vulnerabilità del costruito, tecniche di rinforzo, monitoraggio strutturale, nuovi materiali, strategie multi-hazard e politiche di riduzione del rischio. INGENIO segue l’evento con video e interviste ai protagonisti.
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Dalla modellazione avanzata ai modelli semplificati per analisi di fragilità

Una volta calibrato il modello numerico attraverso piattaforme come STKO, la ricerca si è orientata verso la definizione di strumenti più snelli per l’analisi probabilistica. I modelli bidimensionali dettagliati, infatti, risultano troppo onerosi per studi di fragilità su larga scala.

In questo contesto, è stato adottato un approccio a fibre basato su formulazioni derivate dall’ingegneria aerospaziale, in cui la matrice di flessibilità consente di accoppiare sforzo normale e momento flettente. Questo è particolarmente rilevante per le volte murarie, il cui comportamento è fortemente influenzato dalla variazione dello sforzo assiale.

Il modello semplificato sviluppato mantiene una buona capacità predittiva, pur riducendo significativamente il costo computazionale. L’uso di elementi “a sezione discreta” consente inoltre di introdurre in modo efficace eventuali rinforzi, come i layer di CRM, senza ricorrere a discretizzazioni eccessivamente raffinate.

La presente relazione è stata presentata ad ANIDIS 2025 (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: Filippo Campisi, Fabio Di Trapani, Marielisa Di Leto, Calogero Cucchiara, Antonio Pio Sberna e Lidia La Mendola.

Effetti del rinforzo CRM e valutazione della fragilità sismica

L’applicazione del sistema CRM, costituito da uno strato di malta armata con rete in GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer), è stata analizzata sia in condizioni ideali sia considerando scenari di aderenza imperfetta. Le simulazioni, condotte su un caso studio reale relativo a un edificio dell’Università di Palermo ad Agrigento, hanno evidenziato risultati di grande interesse.

Il rinforzo comporta un significativo incremento della resistenza e della duttilità della volta, con un miglioramento della capacità di dissipazione dell’energia. Anche in presenza di un trasferimento non ottimale degli sforzi tra muratura e rinforzo, i benefici restano evidenti, a conferma della robustezza della tecnica.

L’analisi di fragilità, sviluppata attraverso simulazioni dinamiche con accelerogrammi compatibili con spettro di normativa, mostra che il CRM può aumentare fino a sei volte l’accelerazione spettrale associata al collasso. Tuttavia, emergono anche aspetti più sottili: il ruolo del riempimento, ad esempio, varia sensibilmente a seconda che la volta sia rinforzata o meno. Se nel caso non rinforzato il riempimento contribuisce alla stabilità, in presenza di CRM può diventare penalizzante a causa dell’incremento di massa.

Questa osservazione porta a una possibile indicazione progettuale: negli interventi di rinforzo potrebbe essere opportuno valutare la rimozione controllata dei riempimenti, laddove compatibile con le esigenze di conservazione.

Verso nuove strategie di intervento su strutture storiche

Il lavoro presentato da Di Trapani rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione del comportamento sismico delle volte in muratura e nell’ottimizzazione delle tecniche di rinforzo. L’integrazione tra sperimentazione e modellazione consente di superare approcci semplificati e di affrontare con maggiore consapevolezza la complessità di queste strutture.

Le prospettive future riguardano la validazione sperimentale dei modelli proposti su scala reale e l’estensione delle analisi probabilistiche a un numero più ampio di casi studio. In un contesto come quello italiano, caratterizzato da un vasto patrimonio edilizio storico, strumenti di questo tipo possono avere un impatto concreto nella definizione di strategie di mitigazione del rischio sismico più efficaci e sostenibili.