L’analisi sismica degli edifici in muratura

Dall’analisi dei dissesti presenti sulle murature storiche, emerge che i meccanismi che portano gli edifici in muratura a danneggiamento o collasso tendono a ripetersi; a seconda del comportamento dell’organismo strutturale e delle pareti, si possono distinguere due categorie di meccanismi di danno: meccanismi di primo modo e meccanismi di secondo modo (Giuffrè, 1993).

I “meccanismi di primo modo” corrispondono a cinematismi fuori piano di singole pareti o di porzioni di struttura. Si tratta di fenomeni di ribaltamento (rocking) e flessione che portano a collasso la struttura per perdita di equilibrio. I “meccanismi di secondo modo” interessano la risposta delle pareti nel proprio piano e generano danneggiamenti per flessione e taglio; la rottura avviene per superamento della resistenza ultima del materiale.

La sicurezza della costruzione deve essere valutata nei confronti di entrambi i meccanismi, primo e secondo modo.

Se la struttura non presenta sufficienti gradi di vincolo tra le pareti e gli orizzontamenti non sono in grado di ridistribuire le sollecitazioni dalle pareti ortogonali al sisma a quelle disposte parallelamente, l’analisi sismica degli edifici in muraturaesistenti potrà efficacemente essere svolta tramite una serie di analisi dei meccanismi locali (meccanismi di primo modo). In tal caso, è possibile far riferimento ai metodi dell’analisi limite dell’equilibrio per cui, risultando trascurabile la resistenza a trazione delle murature, si arriva a collasso per perdita di equilibrio.

L’applicazione del metodo presuppone che sia possibile ipotizzare l’attivazione di determinati cinematismi

sulla base non solo delle caratteristiche strutturali ma anche della presenza di eventuali stati fessurativi. Scelto un possibile cinematismo e applicando il principio dei lavori virtuali, si valuta la capacità della struttura di resistere a sollecitazioni sismiche mediante uno dei seguenti metodi:

• analisi cinematica lineare: si valuta la capacità sismica in termini di resistenza;

• analisi cinematica non lineare: si valuta la capacità sismica in termini di spostamenti.

Stabilito l’equilibrio della struttura per meccanismi fuori piano, la sicurezza della costruzione deve essere valutata nei confronti di meccanismi d’insieme (meccanismi di secondo modo). Anche in questo caso la risposta sismica delle strutture può essere condotta mediante analisi lineari o non lineari: la scelta ricade sull’uno o sull’altro metodo a seconda di come si intende considerare la capacità dissipativa della struttura. Nelle analisi lineari si fissa un valore del fattore di struttura q, che tenga conto del comportamento non lineare del materiale e della capacità della struttura di assorbire forti deformazioni in campo plastico.

Il fattore di struttura ha l’effetto di ridurre l’azione sismica agente, nell’ipotesi che un sistema dissipativo subisca sollecitazioni sismiche inferiori rispetto a quelle che subisce un equivalente sistema rigido. L’analisi non lineare considera invece l’evoluzione dello stato tensionale del materiale all’aumentare dell’azione sismica tenendo via via in conto le non linearità intrinseche del sistema.

Le strutture in muratura hanno un comportamento fortemente non lineare, pertanto le analisi non lineari ne colgono meglio la risposta sismica seppur implichino un onere computazionale maggiore e una più  complessa analisi dei risultati.

Le analisi lineari e non lineari possono essere suddivise poi in statiche o dinamiche a seconda di come viene trattato l’equilibrio. Nelle analisi statiche l’azione sismica è modellata mediante forze statiche equivalenti all’azione dinamica, mentre nelle analisi dinamiche essa è schematizzata direttamente mediante lo spettro di progetto.

In definitiva, i metodi di calcolo previsti dalla normativa per l’analisi globale della struttura sono:

• analisi lineare statica;

• analisi lineare dinamica;

• analisi non lineare statica;

• analisi non lineare dinamica.

Un caso a parte ricoprono gli edifici “semplici”: per essi la normativa ammette procedure di calcolo semplificate in quanto le caratteristiche tecniche e costruttive della struttura consentano di comprenderne e prevederne il comportamento in condizioni sia statiche che sismiche.