EDIFICI STORICI IN ZONA SISMICA: PER UNA PROGRAMMAZIONE DEGLI INTERVENTI,

TRA ECONOMIA E SICUREZZA

Federica Ottonia, Eva Coisson

a, Andrea Brignoli

b

a Dip. di Ingegneria Civile, dell’Ambiente, del Territorio e Architettura (DICATeA), Parma

b Libero Professionista, Piazza Cavour 16, Traversetolo (PR)

ABSTRACT

In un Paese come l’Italia, in cui un grandissimo numero di edifici storici in muratura (tutelati e non) si trova distribuito su un territorio dal rischio sismico medio o elevato, è indispensabile definire una strategia d’intervento e prevenzione per evitare conseguenze catastrofiche di inevitabili eventi sismici. Intervenire su tutti gli edifici in modo da renderli “adeguati” agli standard di sicurezza richiesti per gli edifici nuovi non è però una strada economicamente percorribile, considerando anche l’ormai cronica mancanza di fondi da parte degli enti dedicati alla tutela del patrimonio architettonico. La soluzione può essere rappresentata da un metodo speditivo di valutazione del rischio sismico per una determinata popolazione di edifici (riferibili ad un dato territorio, un dato proprietario o ad una determinata tipologia) che permetta di stabilire un ordine di priorità in termini di interventi. In questo modo i fondi, anziché essere distribuiti a pioggia, oppure essere concentrati su pochi singoli edifici, potranno essere mirati agli interventi più urgenti, alzando così in maniera omogenea il livello di sicurezza complessivo della popolazione in esame.

The severe seismic events which struck Italy in the latest years have confirmed the notable vulnerability of masonry buildings to seismic actions, definitely showing the importance of a territorial control. In this paper, the results of a simplified seismic analysis of 30 masonry buildings with artistic-historical value are presented. Starting from a critical analysis of the real crack pattern of each building, a speditive methodology is here proposed, which matches the results of the kinematic analysis carried out on the buildings, (able to describe the most dangerous mechanisms for historical masonry buildings: local collapse mechanisms ) with the results of the SIVARS approach (which conversely supplies a safety index connected only to the in-plane mechanisms). The results obtained with this combined procedure are able to focus the most dangerous mechanisms in the analysed building population, giving an intervention priority list by mechanisms rather than by buildings. This allows to optimize the budget in order to raise the minimum safety factor of the whole buildings population, not focusing on the single buildings.

PAROLE CHIAVE: Valutazione del rischio sismico, scenari sismici, programmazione interventi, conservazione integrata, analisi speditiva, livelli di verifica sismica.

1. INTRODUZIONE

Il problema della tutela del patrimonio culturale nei confronti del rischio simico si traduce sempre in un difficile equilibrio tra conservazione e sicurezza, in particolare quando un vastissimo e pregevole patrimonio architettonico si trovi distribuito su un territorio dal rischio sismico medio o elevato, come quello italiano. Se a questo si aggiunge la ormai cronica mancanza di fondi che affligge gli enti dediti alla tutela dei beni storici e artistici, la questione diventa ancora più complicata, dovendo includere nel già critico binomio una terza variabile: l’economia.

La valutazione del comportamento sismico di un singolo edificio è un problema molto complesso, specialmente quando si ha a che fare con edifici storici, costruiti in fasi differenti, con materiali disomogenei e successivamente modificati e danneggiati. L’analisi strutturale, lineare o non lineare, statica o dinamica, deve pertanto essere sempre guidata da un preliminare percorso di conoscenza, che indaghi la storia, i materiali e i dettagli tecnologici. Su questa base, ad oggi la ricerca e la pratica professionale hanno raggiunto discreti risultati nella previsione delle vulnerabilità locali e globali del singolo edificio. Ciononostante è evidente come questo approccio richieda troppo tempo e denaro per essere applicato su larga scala. Solo per dare un esempio, la Regione Emilia Romagna ha speso quasi 5 milioni di euro per la valutazione della vulnerabilità sismica di 675 edifici considerati strategici ai sensi dell’OPCM 3274: scuole, ospedali, caserme, municipi, ecc. Nonostante il grande sforzo economico, il numero di edifici esaminati è solo una piccola minoranza, rispetto al complesso delle strutture esistenti ed è inoltre chiaro che una verifica altrettanto dettagliata estesa a ciascuna di queste strutture non sarebbe economicamente sostenibile. Da qui discende la necessità di definire una metodologia di analisi e valutazione del rischio sismico a livello territoriale (LV1) che sulla base di realistici indici di rischio sismico di singoli edifici, permetta di stilare una lista di priorità, altrettanto realistica, traducibile in una programmazione, anche economica, degli interventi necessari alla conservazione del patrimonio culturale. 1.1. Il problema del controllo a larga scala: modelli esistenti

Considerata la rilevanza del problema, nel tempo sono stati proposti diversi modelli a larga scala per quantificare il danno in caso di terremoto (analisi di rischio) o per programmare la gestione delle emergenze connesse ad un eventuale sisma (analisi di scenario) (Giovinazzi & Lagomarsino, 2001). Normalmente si possono identificare le tipologie di analisi in un “primo livello”, che introduce una relazione tra tipologie edilizie e classi di vulnerabilità attraverso un approccio probabilistico, e un “secondo livello” che prende in considerazione anche alcune informazioni sui singoli edifici, attraverso un approccio semeiotico (Corsanego & Petrini,1994). Entrambi gli approcci hanno lo scopo principale di ottenere statistiche sulla distribuzione del danno atteso in una determinata area, una volta determinato il corrispondente livello di sismicità. I risultati ottenibili attraverso queste procedure, però, sono poco utili allo scopo di definire un programma di lavori per prevenire o limitare i danni attesi. D’altra parte, le analisi complete condotte in Emilia Romagna sugli edifici strategici hanno dimostrato che quasi tutte le strutture esistenti in muratura non soddisfano i livelli di sicurezza sismica richiesti dalla normativa per gli edifici di nuova costruzione: risultato facilmente prevedibile, dato che la maggior parte degli edifici analizzati era stato costruito prima dell’entrata in vigore di questa legge e che, inoltre, molte zone non erano nemmeno considerate sismiche fino a pochi anni fa. Lo sforzo economico necessario per rinforzare tutti questi edifici e renderli adeguati a sostenere le azioni sismiche previste dalle nuove norme non è sostenibile, tanto più in una fase di crisi economica come quella attuale. E’ pertanto necessario definire delle liste di priorità che permettano di investire nella maniera più efficiente le poche risorse disponibili. L’analisi in tal senso non può limitarsi ad un approccio tipologico, ma dovrà sicuramente essere estesa ad un livello di maggior dettaglio, con rilievi diretti sull’edificio, in tutte le sue specificità storiche, materiali, tecniche e tipologiche, pur sempre mantenendosi ad un livello sufficientemente speditivo. Un recente protocollo per la certificazione sismica degli edifici è stato proposto da Borri & De Maria, 2011, per valutare e confrontare le performance sismiche di un edificio. Si rileva comunque l’aumentata difficoltà di questa operazione, quando gli edifici in questione - molto spesso in muratura, diversi per epoca di realizzazione, organizzazione strutturale e stato di conservazione - congiungano all’esigenza di essere messi in sicurezza, la necessità, non certo secondaria, di conservare le proprie caratteristiche peculiari e quell’insieme di elementi che ne fanno un unicum: quando, insomma, al miglioramento sismico e al consolidamento si unisca il restauro, che nel senso della conservazione dovrebbero, più o meno forzatamente, coincidere.

1.2. Il programma di monitoraggio dei beni architettonici secondo la recente Direttiva

È in questo difficile scenario che s’inserisce la recente Direttiva “per la valutazione e riduzione del

rischio sismico del patrimonio culturale” (Direttiva, 2011) che propone un programma di

monitoraggio dello stato di conservazione degli edifici, con riferimento al livello di valutazione più

speditivo previsto dalle NTC 2008 (LV1), finalizzato alla formulazione di un giudizio finale sulla

sicurezza che permetta una pianificazione, anche economica, degli interventi.

Anche se questa normativa è cogente solo per il patrimonio culturale tutelato, l’approccio suggerito

è comunque corretto e auspicabile per tutti gli edifici esistenti in muratura costruiti con tecniche

tradizionali, sui quali è fondamentale, per poter svolgere le valutazioni di rischio sismico in maniera

affidabile, compiere un percorso di conoscenza approfondito e completo.

La stessa direttiva fornisce indicazioni sui diversi possibili modelli per l’analisi del comportamento

strutturale e sui criteri da seguire nella scelta degli interventi di consolidamento, in relazione ai

diversi livelli previsti per la valutazione della vulnerabilità sismica: LV3, più dettagliato a scala

dell’intero edificio; LV2, che consiste nella valutazione di vulnerabilità sismica di singole parti

dell’edificio (macro-elementi), da eseguirsi quando gli interventi di consolidamento previsti siano di

estensione limitata ed infine il livello LV1, previsto per le valutazioni di vulnerabilità su larga scala,

basato su analisi qualitative e modelli meccanici semplificati.

Quest’ultimo livello di valutazione è quello applicato e discusso in questo lavoro.

2. LE ANALISI A LIVELLO LV1

Il livello di valutazione LV1 cerca di trovare un equilibrio tra le esigenze di una valutazione su larga scala - che necessariamente passa attraverso il concetto di “tipologia edilizia” - e le specificità che ogni edificio possiede, soprattutto quando si tratta di costruzioni storiche. La Direttiva divide in questo senso gli edifici storici in quattro tipologie principali, in funzione delle caratteristiche ricorrenti che ne possono influenzare il comportamento: ville e palazzi, chiese e teatri, torri e campanili e ponti (o strutture ad arco). Per ognuna delle quattro tipologie strutturali individuate, la normativa propone quindi un modello meccanico semplificato, che permetta una certa omogeneità nella valutazione della loro vulnerabilità. 2.1. Le diverse tipologie edilizie

Per la categoria “Ville e Palazzi”, tra le più diffuse, il metodo si basa su un algoritmo che considera la resistenza a taglio dei maschi murari nelle due direzioni. La resistenza è poi collegata alla corrispondente accelerazione al suolo di picco cui corrisponde il raggiungimento dello stato limite ultimo di salvaguardia della vita, nell’ipotesi che questo si verifichi per rottura delle pareti nel proprio piano, nell’ambito di un comportamento complessivo del manufatto. Come ormai noto, non sempre questo tipo di comportamento può essere ipotizzato, specie in edifici tradizionali, senza cordoli e solai rigidi. La stessa Direttiva specifica infatti che, nel caso in cui l’edificio risultasse particolarmente vulnerabile nei riguardi di qualche meccanismo locale significativo, si dovrà valutare l’accelerazione orizzontale che porta allo SLV quel macro-elemento e confrontarla con quella ottenuta dal modello globale semplificato. La speditività del metodo insomma, comporta inevitabilmente semplificazioni, a volte forzate, che non sempre garantiscono una realistica quantificazione della capacità effettiva della struttura: in particolare, per le ville e i palazzi storici, il comportamento in caso di sisma infatti non è sempre interpretabile attraverso meccanismi globali (o di secondo modo) ma piuttosto riconoscendo locali collassi e possibili ribaltamenti fuori dal piano di muri non efficacemente collegati (Giuffrè, 1991). Non a caso questi ultimi sono definiti meccanismi “di primo modo” e il recente evento sismico - avvenuto in Emilia gli scorsi Maggio e Giugno 2012 – ne ha evidenziato chiaramente la prevalenza, sottolineando la necessità di adottare metodi di valutazione, certamente speditivi, ma che tengano conto della realistica risposta dell’edificio in base alle proprie singolarità locali.

Figura 1. I meccanismi di collasso di primo modo (fuori dal piano) e di secondo modo (nel piano) in una semplice

struttura in muratura (grafica M. Carobbi).

Il modello semplificato proposto per la tipologia chiese (o grandi aule, che include anche molti teatri) è basato invece sull’idea che, a causa della mancanza di connessioni, per queste strutture non si possa assumere un comportamento globale. Piuttosto, la loro vulnerabilità sismica è dominata dalla presenza di macro-elementi che possono essere interessati da meccanismi di collasso locale e per questo motivo la Direttiva propone un modello statistico che calcola un indice di vulnerabilità basato semplicemente sul numero di elementi di vulnerabilità e dei relativi presidi antisismici presenti. Pochi fattori specifici invece influenzano il comportamento sismico degli edifici della tipologia torri (la snellezza della struttura, il grado di ammorsamento delle pareti, l’eventuale presenza di strutture adiacenti più basse, la presenza nella parte sommitale di elementi architettonici snelli o comunque vulnerabili) e una volta che questi siano stati indagati in dettaglio, la chiarezza dello schema strutturale globale ne rende agevole la modellazione come una trave incastrata nel terreno. La Direttiva propone quindi per questa tipologia, alcune semplici formule per la verifica a presso-flessione. Per quanto riguarda l’ultimo gruppo di strutture (i ponti o le strutture ad arco) la Direttiva presenta il quadro di danno atteso ma, data la grande variabilità nel comportamento sismico tra le diverse tipologie esistenti, non propone alcun modello meccanico semplificato per questa categoria che quindi deve essere sempre verificata secondo una specifica analisi. 2.2. Il modello semplificato LV1 per ville e palazzi: il SIVARS e alcune questioni.

Il programma di monitoraggio dello stato di conservazione dei beni architettonici tutelati, introdotto dalla Direttiva (nel suo allegato A) prevede la compilazione di uno specifico sistema informativo – il SIVARS, accessibile via web - che permette una valutazione organica e uniforme degli edifici a livello territoriale. Senz’altro utile database per raccogliere e catalogare tutte le informazioni strutturali dell’edificio esaminato, il SIVARS è in realtà anche un software che ne calcola l’indice di sicurezza secondo i modelli semplificati previsti dalla Direttiva stessa. Ad oggi, il SIVARS è operativo per le categorie “torri e campanili” e “ville e palazzi”, che comunque rappresentano la maggior parte del patrimonio architettonico diffuso nel nostro Paese.

Se la parte di database, testata durante la nostra ricerca, è risultata – nonostante le ovvie difficoltà nel tentare di generalizzare edifici peculiari come quelli storici – molto efficiente e puntuale con l’inserimento dei singoli elementi strutturali del singolo edificio e dei relativi danni, non altrettanto si può dire delle prestazioni del programma nel processo di definizione quantitativa dell’indice di vulnerabilità. Il principale problema del programma sta nel fatto che questo è basato su un’ipotesi sostanzialmente poco realistica, cioè che l’edificio arrivi a rottura per azioni nel piano, nell’ambito di un comportamento globale, quando invece è noto dall’esperienza come la mancanza di connessioni tra elementi strutturali nell’edilizia tradizionale - anche per quelle tipologie caratterizzate dalla presenza di muri di spina - rappresenti sempre un problema cruciale, rendendo la struttura particolarmente sensibile a meccanismi di collasso locale. Per questa ragione, nella maggior parte dei casi esaminati, l’indice di sicurezza ottenuto dall’applicazione del programma SIVARS non è quindi realmente rappresentativo del comportamento sismico dell’edificio. Il programma poi non svolge verifiche statiche, trascurando così possibili debolezze insite nella struttura, che invece - se presenti - sono ben più preoccupanti per la sicurezza dell’edificio rispetto ad un’ipotizzabile reazione inadeguata ad un eventuale evento sismico. A questi due limiti, si aggiungono alcuni problemi specifici del programma quando si trovi a gestire evidenti irregolarità planimetriche ed altimetriche, molto comuni negli edifici storici (presenza di porzioni con differenti altezze, zone seminterrate distribuite in maniera non omogenea, livelli dei solai a differenti altezze, come i mezzanini. I risultati del SIVARS (anche quando siano stati integrati da valutazioni sui meccanismi locali) non sono di fatto utilizzabili in maniera agevole per la definizione di una lista di priorità di intervento: i fattori di sicurezza ottenibili sono compresi in un range molto limitato e se a questo si aggiungono le grandi incertezze insite nel modello semplificato adottato per calcolarli si comprende come una lista di priorità che classifica gli edifici sulla base di piccole differenze numeriche sia poco affidabile, e quindi poco utile ai fini di una programmazione, anche economica delle risorse in gioco.

3. LA METODOLOGIA PROPOSTA

Le metodologie esistenti per la valutazione su larga scala della vulnerabilità sismica sono troppo poco specifiche per essere utilizzate allo scopo di definire delle priorità di intervento: alcune partono addirittura dai dati del censimento ISTAT, ma evidentemente questo approccio è troppo generico e senza sufficiente contatto con la realtà per lo scopo che ci si propone. Una lista di priorità dovrebbe innanzitutto concentrarsi sugli elementi più pericolosi e questi non possono essere identificati senza una analisi specifica sul singolo edificio. Nel 1993, Franco Braga scrisse: “si comprende come il primo passo da compiere per valutare il livello di sicurezza del monumento […] sia quello di studiarne la storia individuando, attraverso questa, i comportamenti caratteristici” e la stessa Direttiva sottolinea la grande importanza che riveste la conoscenza, quando si abbia a che fare con edifici esistenti: il primo passo per capire e valutare le condizioni di stabilità di un edificio consiste nel conoscerlo, nel toccarlo, nel frequentarne gli ambienti e nell’indagarne le cause di dissesto. Anche il metodo SIVARS richiede un rilievo diretto dell’edificio, dei suoi materiali e dei fenomeni di dissesto, ma queste informazioni, come è stato possibile sperimentare nel corso di questa ricerca, non vengono poi tenute in alcun conto nei calcoli, che non considerano i possibili – e più probabili - meccanismi locali, che in realtà sono i primi a svilupparsi e i più pericolosi. Già negli anni ’80, Giuffré (Giuffrè, 1991) aveva definito i meccanismi fuori dal piano come “meccanismi di primo modo” e anche recenti studi (Binda et al., 2007) hanno mostrato come i modelli cinematici riescano meglio dei modelli globali ad adattarsi alle reali condizioni costruttive dell’edificio e, di conseguenza, a descriverne in maniera più affidabile la reale situazione di danno. Per questa ragione, nel definire una metodologia di indagine che tenesse conto di questi aspetti, si è ritenuto indispensabile, prima ancora di considerare l’edificio come un complesso unitario, comprendere le porzioni che lo compongono e calcolare i singoli meccanismi locali con i relativi livelli di rischio. La chiave di lettura per ottenere una lista di priorità realmente utilizzabile per una programmazione, anche economica, della sicurezza è infatti spostare la classificazione sismica dall’edificio

all’intervento, identificando le singole vulnerabilità della struttura piuttosto che pretendere di rappresentare con un singolo indice di sicurezza il suo complesso comportamento, non sempre globale. In questo modo, la definizione degli interventi e la conseguente ripartizione economica, può essere definita in maniera più efficiente, mirando alla limitazione delle principali vulnerabilità. Per ottenere questo tipo di risultato, pur mantenendo l’impostazione prevista dalla normativa, l’approccio qui proposto prevede di effettuare comunque una analisi globale con i metodi semplificati proposti dalla Direttiva (SIVARS), seguita da analisi locali - effettuate con semplici modelli cinematici lineari - dei possibili meccanismi individuati. In questo modo, ogni edificio risulta caratterizzato da diversi indici di vulnerabilità, non necessariamente complessivi ma relativi ai singoli meccanismi individuati. L’obiettivo finale è classificare i meccanismi (sia locali che, quando siano realistici, globali), piuttosto che gli edifici, permettendo così di calibrare al meglio le sempre limitate risorse economiche. Nelle classificazioni su larga scala (Borri & De Maria, 2011) l’esperienza personale e il giudizio esperto del tecnico giocano un ruolo importante, ma al tempo stesso è importante stabilire dei criteri il più possibile oggettivi dato che, da questi calcoli e considerazioni, deriveranno anche le assegnazioni dei finanziamenti, determinanti per la conservazione del patrimonio architettonico. Nel presente lavoro, si presentano gli esiti di un’analisi di vulnerabilità sismica condotta su una

popolazione di 30 edifici storico-artistici in muratura, tutti appartenenti alla categoria “ville e

palazzi”, con l’obiettivo di stilare una lista di priorità per gli interventi, strettamente connessa ai

maggiori rischi individuati in fase di rilievo. La valutazione sismica passa attraverso la stima di un indice di sicurezza sismico, definito come il rapporto tra la capacità della struttura e la domanda sismica, secondo quanto previsto dalla normativa. In generale, se questo rapporto è superiore a 1, la verifica sismica è soddisfatta, altrimenti devono essere valutati possibili interventi per il miglioramento. E’ necessario sottolineare comunque che questo parametro per gli edifici tutelati non è cogente ma, come riportato in Direttiva, “un importante parametro quantitativo in una valutazione globale qualitativa”. Del resto, già dal 1986 per gli edifici tutelati è richiesto solo il miglioramento e non necessariamente l’adeguamento alla domanda sismica prevista dalla normativa per gli edifici di nuova costruzione.

4. LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO A LIVELLO TERRITORIALE: UN’ESPERIENZA

La metodologia proposta parte da un recupero dell’empirismo, dell’esperienza e del contatto diretto con l’edificio, con particolare riferimento all’analisi critica del quadro fessurativo. Il programma SIVARS, predisposto dal Ministero per l’applicazione della Direttiva per i beni tutelati, viene qui adottato per le analisi globali, opportunamente integrato però con le analisi cinematiche lineari per descrivere i possibili meccanismi locali individuati come più probabili attraverso il preliminare percorso di conoscenza, seppur speditivo. Come esposto in precedenza, gli indici sono stati calcolati applicando la metodologia descritta, comprendente sia una analisi globale (con SIVARS) sia le verifiche locali (con approccio cinematico), i cui risultati sono stati poi opportunamente combinati. A seguito dell’analisi, è stato possibile fornire alcune indicazioni sugli interventi da effettuare per raggiungere un maggior livello di sicurezza sismico per la popolazione di edifici considerata, valutando l’incremento di sicurezza come un ulteriore possibile parametro nella definizione di un piano di interventi per la gestione e la salvaguardia del patrimonio culturale. 4.1. I risultati ottenuti dalle analisi globali (SIVARS)

L’analisi globale è stata condotta secondo il modello semplificato proposto dalla Direttiva, applicato con il programma SIVARS, dopo avere effettuato un rilievo diretto sugli edifici analizzati. Per definire il comportamento globale di un edificio è necessario stimare la resistenza a taglio della muratura. I meccanismi resistenti di una struttura in muratura si sviluppano in risposta a sollecitazioni di pressoflessione o di taglio nei muri paralleli alla direzione dell’azione sismica. Un comportamento globale complessivo dell’edificio può però essere ipotizzato solo quando le connessioni tra le pareti e tra pareti e orizzontamenti siano efficaci, ma questo non è scontato negli edifici storici: anzi, è una condizione molto difficile da verificare al livello LV1 in quanto la

speditività dell’analisi non permette di svolgere indagini approfondite sui dettagli costruttivi o sulle caratteristiche dei materiali. Come detto, il programma necessita di alcune approssimazioni abbastanza drastiche (comunque accettabili, considerato il livello di verifica), che però non riescono a descrivere in maniera affidabile strutture così differenti tra loro, che proprio nelle loro peculiarità manifestano il proprio valore culturale, dando ragione della necessità di conservarle. Dei 30 edifici analizzati, solo pochi infatti potevano essere effettivamente considerati coerenti con la tipologia “ville e palazzi”, così come concepita dalla Direttiva, con adeguati ammorsamenti e connessioni e senza elementi spingenti. Già il rilievo del quadro fessurativo aveva evidenziato per la maggior parte di questi edifici come, specialmente nel caso di organismi complessi (con differenti livelli dei solai ed elementi spingenti) il comportamento globale non potesse essere descritto in maniera adeguata. Inoltre, alcune “irregolarità” (come la modellazione dei piani seminterrati, spesso presenti solo sotto alcune zone, o le differenti altezze all’interno del singolo edificio) ha spesso comportato la necessità di separare una singola struttura in diverse unità, valutate come corpi dinamicamente indipendenti. Questo fatto, sommato alla non completa affidabilità del risultato finale ottenuto per le analisi globali con il SIVARS, ha influenzato la metodologia di analisi, evidenziando come non sia né automatico né realistico considerare l’indice di sicurezza sismico così ottenuto come rappresentativo dell’intero edificio. Considerate tutte queste incertezze nei risultati, l’analisi condotta sui 30 edifici ha evidenziato risultati abbastanza omogenei, con valori degli indici di sicurezza compresi tra 0,4 e o,8. Inoltre, si sottolinea come in quasi il 30% dei casi lo stesso programma SIVARS riporti nel proprio output la scarsa attendibilità del valore calcolato, ammettendo sostanzialmente la propria incapacità di prendere nella dovuta considerazione la presenza di lesioni e deformazioni e tutte le altre informazioni sui danni inseriti dall’utente durante l’analisi. In questi casi, è lo stesso SIVARS a consigliare di svolgere delle verifiche sui meccanismi locali, che spesso rappresentano gli eventi più rischiosi e al tempo stesso probabili in caso di terremoto. La limitata affidabilità di questi risultati, unita alla forbice molto piccola dei risultati ottenuti per i 30 edifici analizzati, mostra chiaramente la scarsa utilità di un elenco così ottenuto per definire una lista di priorità, nonostante sia in effetti questo il solo percorso previsto dalla normativa. 4.2. I risultati ottenuti con le analisi locali (cinematismi)

Come già esposto, nella maggior parte dei casi gli edifici storici non mostrano un chiaro comportamento d’insieme ma tendono a reagire ai terremoti come tante parti indipendenti tra loro (macro-elementi). Osservando il quadro fessurativo è stato possibile definire i meccanismi locali già attivati o di più probabile attivazione e concentrare su di essi le analisi locali. La normativa attuale (sia la Direttiva per il patrimonio culturale che le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni) prevede metodi semplificati per il calcolo dell’accelerazione di attivazione dei meccanismi fuori dal piano, tramite analisi cinematiche lineari o non lineari. In questo lavoro i meccanismi locali individuati come più probabili nei singoli edifici esaminati, sono stati calcolati per mezzo di analisi lineari, trovando quindi più indici di sicurezza per ogni edificio, in relazione ai diversi meccanismi di collasso individuati. Alcuni approfondimenti di indagine sono anche stati svolti con analisi non lineari, considerando gli spostamenti limite, trovando, come prevedibile, differenze anche considerevoli. Ciononostante, considerato l’approccio a scala territoriale della valutazione del rischio (LV1) e le sommarie approssimazioni adottate per il modello globale (SIVARS), gli indici finali assunti per la definizione della lista di priorità sono stati solo quelli dedotti da analisi lineari. Va sottolineato che questo tipo di approccio si basa su una fondamentale fase preliminare di rilievo e conoscenza della reale consistenza di geometrie, carichi e dissesti, prendendo così in considerazione tutte le peculiarità più importanti dell’edificio esaminato. Questa fase di analisi, estesa sui 30 edifici esaminati, ha evidenziato come i meccanismi locali più diffusi siano i ribaltamenti delle pareti, in particolare quando queste siano soggette forze statiche orizzontali per la presenza di volte o elementi spingenti in copertura. A parte i ribaltamenti complessivi di singole pareti, anche meccanismi di flessione verticale sono spesso presenti, ad esempio, quando ci siano catene solo ad alcuni piani, altro elemento non considerato dal programma SIVARS.

Come prevedibile, considerati i significativi quadri fessurativi rilevati e lo stato di danno in cui versavano molti degli edifici analizzati, gli indici di sicurezza sismica calcolati con le analisi lineari per i meccanismi locali sono stati in generale inferiori rispetto a quelli ottenuti con le analisi globali (intorno a 0,1 – 0,3) confermando così la maggiore pericolosità (e probabilità di innesco) di questi rispetto a quelli di secondo modo. Inoltre, questa analisi ha fornito numerosi valori per ogni edificio, prendendo in considerazione i differenti comportamenti delle diverse parti dello stesso complesso storico e così permettendo di identificare le zone nelle quali si riscontra effettivamente una possibile mancanza di sicurezza, e i conseguenti interventi necessari.

4.3. La lista di priorità sul singolo edificio

Al termine dell’analisi, i risultati ottenuti con i due modelli (globale e locale) sono stati confrontati e i valori medi ottenuti sui 30 edifici sono riportati in tabella 1.

Tabella 1. I differenti valori medi per gli indici di sicurezza sismica (Is) ottenuti con i due modelli.

MODELLO

IPOTESI SUL COMPORTAMENTO Is

(VALORI MEDI)

LOCALE (CINEMATICO) MECCANISMI LOCALI

Meccanismi fuori dal piano /perdita di equilibrio 0.1 – 0.3

GLOBALE (SIVARS) COMPORTAMENTO GLOBALE

meccanismi nel piano / rottura per taglio 0.4 - 0.8

Risulta evidente anche dall’analisi dei risultati ciò che era già noto dall’empirismo: per gli edifici in muratura storici o comunque costruiti con tecniche tradizionali il rischio maggiore risiede nella possibile attivazione di meccanismi locali durante gli eventi sismici. Questa tabella mostra anche tutti i limiti di una classificazione del rischio sismico a livello territoriale basata esclusivamente sui meccanismi globali, come è previsto dall’attuale normativa per la categoria “ville e palazzi”: questo tipo di analisi non prende in considerazione gli elementi più pericolosi dei singoli edifici, di fatto sovrastimandone, in molti casi, la capacità sismica. Questo fatto è ancora più evidente se si analizzano in dettaglio i risultati ottenuti durante la ricerca. In Tab. 2 sono riportati i valori degli indici di sicurezza sismica ottenuti con i due modelli per un singolo edificio (denominato edificio n.3). Inoltre, per ogni meccanismo locale individuato, viene proposto un possibile intervento, che elimini il meccanismo considerato e quindi incrementi l’indice di sicurezza fino al livello del meccanismo successivo. Tabella 2. Lista di priorità per un singolo edifcio (n.3) per la valutazione sismica e i relativi interventi

Osservando i valori di Is per l’edificio n.3, si vede come l’indice ottenuto con il SIVARS per il meccanismo globale (0,52) risulti sensibilmente maggiore di quelli ottenuti per i meccanismi locali (minimo 0,28): limitandosi alla prima analisi globale sull’edificio si rischierebbe insomma di attribuirgli una capacità sismica in realtà sovrastimata, sottovalutandone il reale rischio. Inoltre, i primi due indici, relativi a specifici meccanismi locali, hanno permesso di individuare in maniera più mirata il danno e di conseguenza di proporre specifici interventi per la loro risoluzione.

RANK Is METODO DI

ANALISI

MECCANISMO INTERVENTO PROPOSTO

1

0.28 LOCALE

Rotazione del muro esterno con

spinta della volta

Inserimento di catene a livello dei

solai

2

0.45 LOCALE

Rotazione dello spigolo con

spinta del cantonale del tetto

Connessione degli elementi di

copertura per eliminare la spinta

3

0.52 GLOBALE Rottura a taglio

Rinforzo globale per aumentare la

resistenza a taglio

Nonostante anche gli indici per i meccanismi locali siano stati calcolati con metodi approssimati, che quindi non richiedono tempi lunghi o costi elevati, si sono rivelati comunque una base affidabile per organizzare liste di priorità per gli interventi anche sul singolo edificio, allo scopo di incrementarne la sicurezza evitando i rischi maggiori.

Figura 2. Grafico “economico” degli interventi in ordine di priorità su uno stesso edificio. In ordinata è riportata la

stima economica degli interventi di consolidamento e in ascissa i valori delle accelerazioni al suolo che attivano un dato

meccanismo locale.

Applicando questo metodo per il singolo edificio è possibile inoltre graficare, in relazione ad una stima economica del singolo intervento proposto per la riduzione della vulnerabilità sismica dell’edificio in oggetto, l’andamento dell’efficienza degli interventi stessi. Proprio in funzione dell’efficienza e delle criticità insite nelle singole operazioni, si possono determinare strategie e pianificazioni che tengano conto delle priorità d’intervento in funzione delle vulnerabilità riscontrate e della disponibilità economica. Porre in relazione le soluzioni progettuali, con i relativi costi, degli interventi locali con quelli riconducibili ad interventi globali più estesi – come nel caso specifico all’irrigidimento delle coperture e di alcuni solai nonché al riallineamento delle aperture per la formazione di una adeguato dimensionamento dei maschi murati - diventa un’informazione tecnica ed economica estremamente importante. Il risultato ottenuto è stato quello di “graficare” un quadro, indicativo ma affidabile seppure a livello

LV1, dal quale Progettista e Committenza possano sinergicamente tracciare un percorso nella

costante consapevolezza di quale sia l’entità del rischio che viene affrontato in relazione alla

disponibilità economica. In generale si evidenzia come la pendenza del grafico sia inferiore gli

interventi di tipo locale risolvano determinate vulnerabilità con costi relativamente bassi, mentre la

risoluzione di meccanismi globali necessiti di costi nettamente superiori . 4.4. La lista di priorità “per interventi” anziché “per edifici”

Passando poi ad esaminare una popolazione più ampia di edifici, che è lo scopo del presente lavoro, risulta ancor più evidente che la lista di priorità ottenuta con il metodo SIVARS previsto dalla

normativa vigente è sostanzialmente diverso da quello che possiamo ottenere con una più attenta analisi dell’effettivo comportamento sismico dell’edificio e dei macro-elementi che lo compongono. Per chiarire gli effetti dei diversi approcci e le immediate conseguenze sulla classificazione degli edifici, si riporta a titolo di esempio l’analisi svolta sui primi 3 edifici del gruppo. In Tab. 3 è riportata la lista di priorità ottenuta applicando il solo programma SIVARS.

Tabella 3. Classifica per 3 degli edifici analizzati, secondo i risultati del SIVARS.

EDIFICI Is (SIVARS) PRIORITA’

n.1

0.43 1

n.2

0.52

2

n.3

0.52

2

Si nota subito come il limitato range in cui sono compresi gli indici (da 0,43 a 0,52, con due risultati identici) unito alle già citate approssimazioni utilizzate nel calcolarli, confermi quanto già esposto sulla difficoltà di utilizzo di questo metodo nello stilare una affidabile lista di priorità a livello territoriale. Al contrario, in Tab. 4 è riportata la lista completa, comprensiva sia dei risultati dei modelli globali SIVARS, sia dei risultati delle analisi sui meccanismi locali.

Tabella 4. Classifica per 3 edifici rappresentativi, ottenuta con la metodologia proposta, in termini di meccanismi e conseguenti interventi anziché per edifici.

RANK

EDIFICIO

Is

METODO DI

ANALISI

MECCANISMO

INTERVENTO PROPOSTO

1

n. 1

0.1 LOCALE Flessione verticale della parete

Inserimento di catene a livello dei

solai

2

n. 2

0.18 LOCALE Flessione verticale della parete

Inserimento di catene a livello dei

solai

3

n. 3

0.28 LOCALE Rotazione della parete esterna

Inserimento di catene a livello dei

solai

4

n. 1

0.43 GLOBALE Rottura a taglio

Rinforzo globale a taglio

5

n. 2

0.45 LOCALE Rotazione della parete esterna

Inserimento catene a livello dei

solai

6

n. 3

0.45 LOCALE Rotazione dello spigolo

Connessione elementi lignei di

copertura

7

n. 2

0.52 GLOBALE Rottura a taglio

Rinforzo globale a taglio

8

n. 3

0.52 GLOBALE Rottura a taglio

Rinforzo globale a taglio

Il range degli indici Is è molto più ampio, rendendo così più significativa e utile questa classifica, rispetto a quella ottenuta con i soli meccanismi globali. Inoltre, per ogni edificio risulta immediatamente chiaro quali siano i maggiori rischi (in termini di meccanismi di più probabile attivazione) e quindi dove vadano concentrate le risorse per una più efficiente strategia di intervento. L’utilità di questo tipo di approccio nella definizione delle priorità e per la ripartizione di eventuali fondi risulta quindi evidente.

CONCLUSIONI

Questo lavoro presenta un nuovo metodo per l’analisi semplificata del rischio sismico a livello territoriale (LV1), finalizzata alla definizione di liste di priorità per gli interventi. La metodologia proposta parte da un recupero dell’empirismo, dell’esperienza e del contatto diretto con l’edificio, con particolare riferimento all’analisi critica del quadro fessurativo. Il programma SIVARS, predisposto dal Ministero per l’applicazione della Direttiva per i beni tutelati, viene adottato per le analisi globali, ma viene opportunamente integrato con le analisi cinematiche lineari per descrivere i possibili meccanismi locali (individuati attraverso il preliminare percorso di conoscenza), che spesso si rivelano i più rischiosi e frequenti negli edifici storici in muratura. Il metodo, applicato a 30 edifici in muratura di valore storico-artistico tutti appartenenti alla tipologia “palazzi, ville ed altre strutture con pareti di spina e orizzontamenti intermedi”, ha permesso di ottenere risultati molto più utili per classificare la popolazione di edifici analizzata, rispetto alla valutazione con il solo SIVARS prevista dalla normativa. Tale metodologia infatti, permette innanzitutto di ottenere una lista molto più articolata, con un più ampio range di indici di sicurezza sismica (Is), e di individuare chiaramente i meccanismi più pericolosi all’interno dell’intero gruppo analizzato, definendo così una lista di priorità articolata “per interventi” anziché “per edifici”. A seguito dell’analisi poi, è stato possibile fornire alcune indicazioni sugli interventi da effettuare

per raggiungere un maggior livello di sicurezza sismico per la popolazione di edifici considerata,

valutando l’incremento di sicurezza come un ulteriore possibile parametro nella definizione di un

piano di interventi per la gestione e la salvaguardia del patrimonio culturale. Di più, a queste

indicazioni sono state affiancate delle indicazioni sommarie di costi relativi ai singoli interventi. La

rappresentazione in termini grafici di queste indicazioni permette di visualizzare chiaramente il

rapporto costi/benefici dei diversi interventi e diventa un fondamentale strumento di

programmazione strategica che mira ad ottimizzare le poche risorse disponibili, operando in

maniera selettiva sui meccanismi più pericolosi ed alzando così in maniera omogenea il livello di

sicurezza di un’intera popolazione di edifici.

Com’era prevedibile infatti, dato l’elevato numero di monumenti presenti nel nostro Paese e la

sottile forbice di valori possibili per indici di sicurezza “insufficienti” (inferiori a 1), applicando la

metodologia proposta dalla Direttiva, ci si trova ad avere un numero elevato di edifici compresi in

un range molto piccolo. Questo risultato di fatto annullerebbe l’auspicata possibilità di individuare

una vera lista di priorità di rischio, essendo evidente come una lista comprendente tutti (o quasi) gli

edifici non sia di grande utilità, data l’impossibilità - ma forse anche l’inopportunità, in termini di

“restauro” - di intervenire sulla totalità del patrimonio culturale. Il fine ultimo della modifica qui

proposta è la restituzione di una “fotografia del rischio” a livello territoriale che non solo stabilisca

su quali edifici sia più urgente operare, ma ne definisca anche i criteri d’intervento migliori in vista

della conservazione e dell’ottimizzazione delle risorse. Insomma, che altrettanto urgentemente

stabilisca auspicabili criteri generali per risolvere quel difficile equilibrio tra sicurezza e

conservazione nel quale sempre si trovano gli edifici storici, che a volte purtroppo – anche per

motivi economici – non ha trovato una vera soluzione. RINGRAZIAMENTI

Gli autori desiderano ringraziare il Prof. Carlo Blasi, coordinatore del programma di verifiche

sismiche i cui risultati sono alla base di questo lavoro.

Sinceri ringraziamenti vanno anche alla Prof. Beatrice Belletti e all’ing. Cecilia Damoni che hanno

condotto le analisi cinematiche per i meccanismi locali sugli edifici analizzati.

BIBLIOGRAFIA

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patrimonio culturale con riferimento alle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 14/01/2008.

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