Gli edifici in muratura rappresentano una parte rilevante del patrimonio edilizio italiano, soprattutto nei centri storici e nei borghi soggetti a rischio sismico. La loro vulnerabilità non dipende soltanto dalla resistenza dei materiali, ma anche dal modo in cui le diverse parti dell’edificio sono collegate tra loro e dalla capacità della costruzione di comportarsi come un organismo strutturale unitario.
In questo contesto, la verifica dei cinematismi locali assume un ruolo fondamentale nella valutazione della sicurezza sismica degli edifici in muratura. Essa consente di individuare e analizzare quei possibili meccanismi di collasso che interessano porzioni limitate della costruzione, come pareti, cantonali, timpani, facciate o porzioni sommitali, che possono attivarsi anche prima che l’intero edificio raggiunga una crisi globale.
Cosa si intende per cinematismo locale
Per cinematismo locale si intende un meccanismo di movimento rigido o quasi rigido di una porzione di muratura che, a seguito dell’azione sismica, tende a distaccarsi, ribaltare, scorrere o ruotare rispetto al resto dell’edificio.
Negli edifici in muratura storica, infatti, le pareti non sempre risultano efficacemente ammorsate tra loro. La presenza di solai deformabili, coperture spingenti, assenza di cordoli, catene insufficienti o collegamenti carenti può favorire l’attivazione di meccanismi fuori piano, cioè movimenti delle pareti nella direzione ortogonale al loro piano.
Questi fenomeni sono particolarmente pericolosi perché possono verificarsi in maniera fragile e improvvisa, con espulsione di porzioni murarie o collasso parziale dell’edificio.
Perché la verifica dei cinematismi è importante
La verifica dei cinematismi locali è essenziale perché consente di valutare la sicurezza dell’edificio non solo in termini di comportamento globale, ma anche rispetto alle vulnerabilità puntuali.
Un edificio in muratura può, infatti, presentare una buona capacità resistente nel piano delle pareti, ma risultare comunque vulnerabile per carenze nei collegamenti o per instabilità fuori piano di alcuni elementi. In questi casi, il sisma può provocare il collasso di facciate, timpani, pareti sommitali o porzioni d’angolo anche in assenza di un collasso complessivo della struttura.
La valutazione dei cinematismi permette quindi di:
- individuare i meccanismi di collasso potenzialmente attivabili;
- stimare l’accelerazione sismica necessaria per attivarli;
- confrontare tale capacità con la domanda sismica prevista per il sito;
- definire eventuali interventi di miglioramento o rafforzamento locale;
- aumentare la sicurezza dell’edificio mediante interventi mirati e spesso poco invasivi.
Principali cinematismi negli edifici in muratura
I cinematismi locali più frequenti riguardano soprattutto le pareti sollecitate fuori dal proprio piano. Tra i principali si possono individuare:
Ribaltamento semplice di parete
È uno dei meccanismi più comuni. Si verifica quando una parete tende a ruotare verso l’esterno attorno a una cerniera posta alla base. È tipico delle facciate non adeguatamente collegate ai solai o alle pareti ortogonali.
La parete si comporta come un blocco rigido soggetto al proprio peso e all’azione sismica orizzontale. La verifica consiste nel determinare se l’azione stabilizzante dovuta al peso e agli eventuali vincoli sia sufficiente a contrastare il momento ribaltante generato dal sisma.
Ribaltamento composto
Il ribaltamento composto coinvolge una parete insieme a porzioni delle murature ortogonali ad essa ammorsate. È frequente negli edifici storici dove gli angoli murari hanno un certo grado di connessione, ma non sufficiente a garantire un comportamento scatolare efficace.
In questo caso il cinematismo interessa una porzione tridimensionale dell’edificio e la verifica deve considerare il contributo stabilizzante delle pareti trasversali coinvolte nel meccanismo.
Flessione verticale di parete
Questo meccanismo si attiva quando una parete, vincolata agli estremi superiore e inferiore, tende a deformarsi fuori piano con formazione di cerniere orizzontali. È tipico delle pareti collegate ai solai, ma prive di adeguata capacità flessionale fuori piano.
La parete non ribalta come corpo unico, ma si suddivide in più porzioni rigide con formazione di linee di rottura. Tale comportamento può riguardare pareti alte, snelle o scarsamente ammorsate ai muri trasversali.
Flessione orizzontale di parete
La flessione orizzontale si manifesta quando la parete è vincolata lateralmente a muri ortogonali efficaci e tende a deformarsi fuori piano secondo linee verticali di cerniera. È un meccanismo frequente in pareti comprese tra due muri trasversali, soprattutto quando i solai non forniscono un adeguato vincolo intermedio.
Ribaltamento del cantonale
Il ribaltamento del cantonale interessa la porzione d’angolo dell’edificio. Può verificarsi quando l’ammorsamento tra pareti ortogonali è insufficiente oppure quando le azioni sismiche generano il distacco dell’angolo murario.
Questo cinematismo è particolarmente critico perché coinvolge una parte strutturalmente importante dell’edificio e può innescare collassi progressivi delle pareti adiacenti.
Ribaltamento di timpani e parapetti
Le parti sommitali degli edifici, come timpani, parapetti, comignoli e porzioni murarie sopraelevate, sono spesso molto vulnerabili all’azione sismica. La loro posizione in quota comporta un’amplificazione dell’accelerazione sismica e, se non adeguatamente collegate, possono ribaltare o espellersi verso l’esterno.
La verifica di tali elementi è particolarmente importante anche ai fini della sicurezza delle persone e della prevenzione della caduta di elementi su spazi pubblici o vie di esodo.
Il comportamento scatolare dell’edificio
Uno degli obiettivi principali nella progettazione degli interventi sugli edifici in muratura è il raggiungimento, o quantomeno il miglioramento, del comportamento scatolare.
Un edificio in muratura ha un comportamento scatolare quando le pareti, i solai e la copertura sono efficacemente collegati tra loro e collaborano nel contrastare le azioni sismiche. In questo modo, le forze orizzontali vengono distribuite tra i diversi elementi resistenti e si riduce la probabilità di attivazione di meccanismi locali fuori piano.
La mancanza di comportamento scatolare è invece una delle principali cause di vulnerabilità sismica. Essa può derivare da:
- assenza di cordoli o catene;
- solai deformabili o non ammorsati alle murature;
- coperture spingenti;
- scarsa qualità della tessitura muraria;
- pareti non efficacemente collegate tra loro;
- interventi eseguiti nel tempo senza adeguata visione strutturale complessiva;
- presenza di aperture ravvicinate, nicchie, canne fumarie o indebolimenti locali.
Metodo di verifica dei cinematismi
La verifica dei cinematismi locali viene generalmente condotta mediante analisi limite dell’equilibrio. Il metodo consiste nell’ipotizzare un possibile meccanismo di collasso e valutare il moltiplicatore dell’azione sismica che porta la porzione muraria alla perdita di equilibrio.
In termini semplificati, il procedimento prevede le seguenti fasi:
- individuazione del cinematismo plausibile sulla base del rilievo geometrico e costruttivo;
- definizione del macroelemento coinvolto nel meccanismo;
- individuazione delle cerniere cinematiche e delle modalità di rotazione o spostamento;
- valutazione dei pesi propri e dei carichi agenti;
- calcolo delle azioni stabilizzanti e destabilizzanti;
- determinazione del moltiplicatore di collasso;
- confronto tra capacità del meccanismo e domanda sismica di progetto.
Il risultato della verifica permette di stabilire se il cinematismo considerato è sicuro rispetto all’azione sismica prevista oppure se occorre intervenire con opere di presidio o consolidamento.
Rilievo e conoscenza dell’edificio
Una corretta verifica dei cinematismi locali non può prescindere da un accurato rilievo geometrico, costruttivo e materico dell’edificio. È necessario conoscere non solo le dimensioni delle pareti, ma anche la qualità della muratura, la presenza di ammorsamenti, la tipologia dei solai, le connessioni tra elementi strutturali e le eventuali trasformazioni subite dall’edificio nel tempo.
Particolare attenzione deve essere posta a:
- spessore e altezza delle pareti;
- tessitura muraria e qualità degli elementi lapidei o laterizi;
- presenza di diatoni o collegamenti trasversali;
- efficacia degli ammorsamenti tra pareti ortogonali;
- tipologia e rigidezza dei solai;
- collegamento tra solai e murature;
- presenza di cordoli, catene o tiranti;
- stato fessurativo;
- presenza di fuori piombo o deformazioni;
- vulnerabilità delle parti sommitali.
Il quadro fessurativo esistente può fornire indicazioni molto importanti sui cinematismi già attivati o potenzialmente attivabili. Lesioni verticali in corrispondenza degli angoli, distacchi tra facciate e pareti trasversali, fessure inclinate o aperture di giunti possono essere segnali di una carenza nei collegamenti e di una possibile instabilità fuori piano.
Interventi per contrastare i cinematismi locali
Quando la verifica evidenzia una vulnerabilità, è possibile intervenire con opere mirate finalizzate a impedire o ritardare l’attivazione del meccanismo. Gli interventi devono essere progettati caso per caso, tenendo conto delle caratteristiche dell’edificio, del livello di sicurezza richiesto e della compatibilità con il valore storico e architettonico del manufatto.
Tra gli interventi più frequenti rientrano:
Catene e tiranti metallici
Le catene sono tra gli interventi più tradizionali ed efficaci per contrastare il ribaltamento fuori piano delle pareti. Esse consentono di collegare pareti contrapposte o pareti e solai, assorbendo le spinte orizzontali e migliorando il comportamento scatolare dell’edificio.
Cordoli sommitali
I cordoli, se correttamente progettati e compatibili con la muratura esistente, possono migliorare il collegamento tra le pareti e distribuire le azioni orizzontali. Negli edifici storici è necessario valutare con attenzione materiale, rigidezza e modalità di connessione, evitando interventi eccessivamente invasivi o non compatibili.
Collegamenti solaio-parete
Il collegamento tra solai e murature è fondamentale per impedire il distacco delle pareti fuori piano. Può essere realizzato mediante connettori, profili metallici, piastre, barre inghisate o sistemi specifici progettati in funzione della tipologia di solaio e della muratura esistente.
Consolidamento della muratura
Quando la muratura presenta scarsa qualità meccanica, può essere necessario migliorarne la compattezza e la capacità resistente mediante interventi quali ristilatura armata dei giunti, iniezioni di miscele leganti, intonaci armati, sistemi FRCM o altri presidi compatibili.
Cerchiature e presidio delle aperture
Le aperture possono indebolire significativamente le pareti e favorire l’attivazione di meccanismi locali. In alcuni casi è opportuno prevedere cerchiature, architravi adeguati o interventi di rinforzo localizzato per ripristinare la continuità resistente della muratura.
Presidio di timpani, parapetti e comignoli
Gli elementi sommitali devono essere adeguatamente collegati e, se necessario, rinforzati o consolidati. In presenza di timpani o parapetti vulnerabili, possono essere previsti tiranti, cuciture, cordoli leggeri o sistemi di connessione alla copertura.
Differenza tra verifica locale e verifica globale
La verifica dei cinematismi locali non sostituisce la verifica globale dell’edificio, ma la integra. La verifica globale valuta il comportamento complessivo della struttura nei confronti delle azioni sismiche, considerando la distribuzione delle forze tra le pareti resistenti e la capacità dell’edificio nel suo insieme.
La verifica locale, invece, si concentra su singole porzioni vulnerabili che possono collassare indipendentemente dal comportamento globale. Per questo motivo, in un edificio in muratura, entrambe le valutazioni sono importanti.
Un edificio può risultare globalmente verificato ma presentare comunque cinematismi locali non sicuri. Viceversa, la risoluzione dei cinematismi locali rappresenta spesso il primo passo per migliorare sensibilmente la risposta sismica della costruzione.
Conclusioni
La verifica dei cinematismi negli edifici in muratura è una fase indispensabile nella valutazione della sicurezza sismica, in particolare per gli edifici storici e per le costruzioni caratterizzate da carenze nei collegamenti strutturali.
L’analisi dei meccanismi locali consente di comprendere il comportamento reale dell’edificio, individuare le vulnerabilità più critiche e progettare interventi mirati, efficaci e compatibili con la natura della costruzione.
La sicurezza sismica degli edifici in muratura non dipende soltanto dalla resistenza delle singole pareti, ma soprattutto dalla qualità dei collegamenti, dalla continuità strutturale e dalla capacità dell’organismo edilizio di rispondere in modo unitario alle azioni orizzontali.
Per questo motivo, una corretta diagnosi dei cinematismi locali rappresenta uno strumento fondamentale per prevenire collassi fragili, migliorare il comportamento scatolare dell’edificio e garantire una maggiore protezione del patrimonio costruito e delle persone.