Rinforzare le murature con l’acciaio: nuove soluzioni per ridurre la vulnerabilità sismica

Le costruzioni in muratura costituiscono una parte rilevante del patrimonio edilizio esistente e presentano una vulnerabilità intrinseca nei confronti delle azioni sismiche, soprattutto per la scarsa duttilità del materiale. I tradizionali sistemi di rinforzo mostrano limiti legati a instabilità locali e a comportamenti fuori piano. La ricerca sviluppata presso l’Università Niccolò Cusano in collaborazione con l’Università di Napoli Federico II indaga soluzioni di rinforzo metallico basate su griglie e piastre in acciaio. L’obiettivo è migliorare resistenza, rigidezza e capacità dissipativa delle pareti in muratura. Un’attenzione specifica è dedicata al controllo del buckling e degli spostamenti fuori piano.

Inquadramento del problema: vulnerabilità sismica delle murature

Le strutture in muratura presentano una nota vulnerabilità nei confronti delle azioni sismiche, in particolare quando sono sollecitate da forze orizzontali. I meccanismi di collasso più ricorrenti includono lo scorrimento, il ribaltamento e la fessurazione per crisi di taglio, tutti fenomeni fortemente influenzati dalla bassa duttilità intrinseca del materiale murario. In questo contesto, i sistemi di rinforzo a base metallica rappresentano una delle strategie più promettenti per incrementare la capacità resistente e dissipativa delle pareti, migliorando il comportamento globale della struttura sotto azioni cicliche.

La ricerca in corso presso l’Università degli Studi Niccolò Cusano, in collaborazione con l’Università di Napoli Federico II, si inserisce in questo filone e mira a indagare l’efficacia di griglie regolari e piastre in acciaio applicate alle pareti in muratura come sistemi di rinforzo sismico. L’obiettivo principale è comprendere il comportamento meccanico di tali sistemi, con particolare attenzione ai fenomeni di instabilità locale e agli spostamenti fuori piano che possono compromettere le prestazioni complessive dell’intervento.

La relazione trattata in questo articolo è stata presentata al XX Convegno ANIDIS (Assisi, 7-11 settembre 2025) e gli autori sono: Hadi Monsef Ahmadi, Maria Zucconi, Antonio Formisano e Barbara Ferracuti.

Evidenze sperimentali e modelli di rinforzo metallico

Numerose ricerche sperimentali mostrano come l’applicazione di elementi in acciaio alle pareti in muratura possa produrre miglioramenti significativi in termini di resistenza a taglio e capacità di dissipazione energetica. Studi condotti su pareti rinforzate con sottili strisce in acciaio applicate su entrambe le facce hanno evidenziato incrementi fino a 5,5 volte della resistenza a taglio e fino a sette volte della capacità dissipativa rispetto alle configurazioni non rinforzate. Al contrario, l’applicazione su un solo lato si è dimostrata meno efficace nel migliorare rigidezza iniziale e resistenza, oltre a introdurre modalità di collasso differenti e più critiche dal punto di vista degli spostamenti fuori piano.

Un ulteriore contributo è rappresentato dai sistemi “a scheletro” sviluppati per telai in calcestruzzo armato tamponati con muratura, che consentono incrementi di resistenza a taglio dell’ordine del 40% e un significativo ritardo nel raggiungimento del picco di forza, con miglioramenti complessivi delle prestazioni sismiche fino a circa il 66%. Tali risultati confermano il potenziale dei rinforzi metallici, ma evidenziano al contempo la necessità di controllare i meccanismi di instabilità locale, in particolare il buckling degli elementi sottili e i conseguenti spostamenti fuori piano.

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.
LEGGI L'APPROFONDIMENTO

Analisi numeriche e controllo delle instabilità fuori piano

Per approfondire questi aspetti, la ricerca si è concentrata su analisi numeriche agli elementi finiti, partendo da studi di instabilità lineare (linear buckling) su piastre singole perforate e proseguendo con analisi pushover su elementi rinforzanti in acciaio. Un parametro chiave emerso è la lunghezza del collegamento tra le parti piene della piastra, che influenza in modo diretto la risposta fuori piano. All’aumentare del rapporto di apertura della piastra, l’efficacia di collegamenti corti risulta limitata, rendendo necessario un ripensamento della geometria del rinforzo per evitare fenomeni di instabilità prematura.

L’incremento della rigidezza, sebbene intuitivamente efficace, pone questioni di ottimizzazione e di dettaglio costruttivo, in particolare per quanto riguarda le modalità di connessione tra i rinforzi e la muratura. Per questo motivo è stata esplorata una soluzione alternativa basata sull’impiego di piastre forate abbinate a dispositivi dissipativi localizzati. Le analisi pushover su piastre in acciaio di dimensioni unitarie e spessore ridotto mostrano che l’inserimento mirato di elementi dissipativi consente di ridurre gli spostamenti fuori piano e di migliorare significativamente rigidezza iniziale e resistenza massima rispetto alle configurazioni con sola griglia perforata.

Confronto tra modelli sperimentali e numerici e prospettive di sviluppo

Il confronto tra modelli numerici macro e risultati sperimentali condotti su pannelli murari rinforzati evidenzia una buona corrispondenza in termini di curve di backbone e risposta ciclica, confermando l’affidabilità dell’approccio modellistico adottato. Un aspetto particolarmente rilevante riguarda l’efficacia relativa delle diverse strategie di rinforzo: l’aumento dello spessore delle reti metalliche produce incrementi limitati delle prestazioni globali, mentre l’introduzione di sottili piastre dissipative consente miglioramenti sensibilmente maggiori, con fattori di incremento della prestazione sismica superiori al doppio rispetto alla configurazione non dissipativa.

Questi risultati rappresentano il punto di partenza per ulteriori sviluppi della ricerca, che si orienteranno verso analisi non lineari più avanzate e verso una validazione sperimentale estesa delle soluzioni proposte. L’obiettivo finale è definire criteri progettuali semplici ed efficaci per il controllo delle instabilità locali e per l’ottimizzazione dei sistemi di rinforzo metallico applicati alle murature esistenti, contribuendo in modo concreto al miglioramento della sicurezza sismica del patrimonio edilizio.

IN SINTESI
-Le murature mostrano meccanismi di collasso tipici sotto azioni sismiche: scorrimento, ribaltamento e fessurazione.
-I rinforzi in acciaio aumentano significativamente resistenza a taglio e capacità dissipativa, soprattutto se applicati su entrambi i lati.
-Le instabilità fuori piano e il buckling degli elementi sottili rappresentano una criticità progettuale centrale.
-Le analisi numeriche (buckling lineare e pushover) consentono di studiare l’influenza della geometria delle piastre e delle aperture.
-L’introduzione di elementi dissipativi su piastre in acciaio risulta più efficace del semplice aumento di spessore delle reti metalliche.
-I modelli numerici mostrano una buona coerenza con i risultati sperimentali, confermando il potenziale delle soluzioni proposte.

DI SEGUITO LA REGISTRAZIONE INTEGRALE DI HADI AHMADI.

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