La Disgregazione Muraria negli Edifici Esistenti: Dall’Intervento Locale all’Analisi Globale con l’Ing. Francesco Pugi

Se possiedi un edificio storico in muratura, devi sapere che si trova di fronte a vulnerabilità specifiche quando si tratta di eventi sismici.

Le gravi perdite, sia umane che economiche, causate dai terremoti recenti e passati ti dimostrano quanto sia urgente adottare metodologie di valutazione e intervento che non trascurino i fenomeni più insidiosi.

Tra questi, la disgregazione muraria emerge come la crisi di tipo fragile più devastante che possa caratterizzare le murature di bassa qualità.

Ho avuto il piacere di ospitare, sul mio canale YouTube, due approfondimenti con l’Ing. Francesco Pugi, libero professionista e titolare della AEDES Software.

Insieme al collega Massimo Mariani, l’Ing. Pugi ha dedicato anni di ricerca all’analisi di questi fenomeni critici, focalizzandosi sulla necessità di integrare la valutazione della disgregazione sia negli interventi locali che nelle analisi globali di vulnerabilità sismica.

Questo articolo ti riassume i concetti chiave emersi nei due incontri, delineando un percorso logico che ogni professionista deve seguire, partendo dalla base strutturale fino alla complessità delle azioni sismiche dinamiche.

Ma ti consiglio di guardare entrambi i video per approndire i concetti qui riassunti.

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0. I video delle due Live sulla Disgregazione Muraria

Disgregazione Muraria e Interventi Locali

Disgregazione Muraria e Analisi Globali

1. La Disgregazione: Priorità Assoluta nella Gerarchia dei Meccanismi

Quando devi valutare la sicurezza delle strutture in muratura, devi seguire una precisa sequenza gerarchica, dove la disgregazione (D) si colloca come il meccanismo preliminare e più critico.

La Gerarchia dei Meccanismi

1. Disgregazione Muraria (D): Crisi fragile della muratura per scarsa qualità, che ne provoca la decoesione e il disassemblamento.
2. Cinematismi (C): Meccanismi locali, ovvero porzioni di corpi rigidi che si distaccano e crollano (es. ribaltamenti fuori piano).
3. Comportamenti Globali (G): Resistenza di insieme delle pareti (analisi pushover).

La normativa tecnica italiana (NTC) è esplicita su questo punto.

Il paragrafo C8.7.1.2.1 della Circolare stabilisce che la rappresentazione della struttura come catena cinematica di corpi rigidi (Cinematismi) è attendibile solo se la parete non è vulnerabile nei riguardi di fenomeni di disgregazione.

Se la muratura si disgrega, non può attivare né i cinematismi né la resistenza globale, invalidando di fatto qualsiasi modello di calcolo che prescinda da tale fenomeno.

La disgregazione si manifesta con crolli rovinosi in cui non puoi riconoscere elementi strutturali precisi, ma solo un ammasso di detriti.

Questa crisi è di tipo fragile; la muratura perde progressivamente capacità resistente mentre tenta di adattarsi alla sollecitazione sismica.

2. La Valutazione Statica della Disgregazione: Il Ruolo dell’IQM

Per identificare la propensione alla disgregazione, è fondamentale che tu utilizzi indicatori di qualità muraria.

La normativa stessa autorizza l’uso di “metodi che avvalendosi della lettura visiva dei paramenti… consentano di ottenere delle stime di tali caratteristiche attraverso indicatori di qualità muraria purché elaborati con procedure di comprovata attendibilità” (C8.5.3.1).

L’Indice di Qualità Muraria (IQM), sviluppato da Borri e De Maria, è uno strumento essenziale per descrivere le caratteristiche meccaniche della muratura, basandosi sulla lettura visiva di parametri quali: la qualità della malta, l’ingranamento trasversale (diatoni), l’orizzontalità dei filari, e la forma degli elementi.

Criteri per l’Innesco della Disgregazione (Approccio Iniziale)

La disgregazione è possibile se si verificano due condizioni necessarie e sufficienti:

1. Indice di Qualità Muraria Fuori Piano (IQM_FP) ≤ 4: Questo valore è stato individuato come soglia critica. La muratura si colloca in una fascia a rischio se possiede una qualità meccanica insufficiente. Murature con tessitura irregolare e assenza di connessioni trasversali sono particolarmente vulnerabili.
2. Accelerazione Sismica Strutturale (A_Z) ≥ Accelerazione Soglia di Disgregazione (A_D): L’evento sismico deve essere sufficientemente intenso.

Il Legame tra A_D e IQM_FP

L’accelerazione soglia A_D non è un valore fisso, ma dipende dalla qualità della tua muratura.

Murature più povere (IQM basso) richiedono un’accelerazione sismica minore per disgregarsi.

Studi recenti (come quelli presentati da Pugi e Mariani) hanno proposto una relazione lineare tra A_D e IQM_FP: ad esempio, A_D può variare da 0.15g (per IQM ≈ 0) a 0.45g (per IQM ≈ 4).

Implicazioni per la Modellazione (Interventi Locali)

Quando si verifica la possibilità di disgregazione, il modello di comportamento della parete deve cambiare radicalmente.

Se in assenza di disgregazione adotti un modello elasto-plastico (che consente duttilità e deformazione sotto forza costante), in presenza di disgregazione devi passare a un modello elasto-fragile.

La parete raggiunge il limite elastico (virtuale) e crolla, senza un tratto plastico successivo, annullando la duttilità.

Questo cambiamento è fondamentale negli interventi locali (come la realizzazione di cerchiature o l’allargamento di aperture).

Intervenire su una muratura disgregabile senza eliminarne la vulnerabilità porta a risultati fittizi, poiché il telaio di cerchiatura, se non ben collegato, cede localmente all’interfaccia.

Il progetto deve quindi mirare a riconquistare la duttilità e la dignità strutturale, ad esempio attraverso la ristilatura profonda dei giunti per rigenerare la malta e diffondere meglio le azioni.

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3. L’Analisi Globale e l’Azione Impulsiva: Il Concetto di Jerk

L’analisi di vulnerabilità globale, che valuta l’edificio nel suo complesso, richiede di estendere il ragionamento dinamico oltre la sola accelerazione.

Qui entra in gioco un concetto spesso trascurato: il Jerk.

Il Jerk (J), definito in letteratura come la derivata dell’accelerazione (o derivata terza dello spostamento), descrive la variazione dell’accelerazione nel tempo.

Poiché l’azione sismica è un fenomeno spaziale (tre componenti di accelerazione che variano continuamente), il Jerk traduce queste variazioni continue in termini di contenuto impulsivo.

Il “Martello Pneumatico” Sismico

Il Jerk può essere metaforicamente visto come un “martello pneumatico” che agisce all’interno della struttura, generando percussioni istantanee. È cruciale notare che il Jerk ha una frequenza molto più alta dell’accelerazione stessa.

I periodi propri del Jerk (frequenze alte) si avvicinano all’ordine di grandezza dei periodi propri delle costruzioni più rigide, quali gli edifici in muratura.

Il Pericolo della Componente Verticale

L’azione sismica è spaziale e include una componente verticale tutt’altro che secondaria. Il Jerk esiste in tutte le direzioni, ma il Jerk Verticale Strutturale (JVS) è particolarmente insidioso per la muratura.

Questo accade perché le strutture in muratura possiedono un’elevata rigidezza estensionale in direzione verticale, risultando in periodi propri verticali molto bassi. Di conseguenza, la struttura non esercita un filtro di attenuazione lungo l’elevazione; anzi, il Jerk può essere amplificato per effetti di risonanza lungo la verticale.

Il Jerk colpisce soprattutto i nodi e le connessioni, aggravando i punti deboli e i legami interni.

Poiché la muratura è un aggregato (un insieme di mattoni/pietre e malta), è di fatto un sistema di “nodi diffusi”. Se la malta è povera, questi colpi continui modificano la situazione interna del materiale.

4. La Modifica Dinamica della Qualità Muraria

Il concetto più innovativo introdotto da questi studi è che la qualità muraria non è una proprietà statica e permanente, ma può modificarsi (degradare) durante l’evento sismico stesso.

Il Jerk Verticale Strutturale (JVS) interviene a modificare l’IQM se supera un valore di soglia di danno (JVS_D).

Questo superamento causa un effetto disgregativo che incide principalmente su tre parametri che definiscono l’IQM:

1. Qualità della Malta (M): Subisce la principale azione negativa delle vibrazioni verticali.
2. Ingranamento Trasversale (PD): La muratura si sconnette, riducendo l’ingranamento.
3. Orizzontalità dei Filari (OR): L’orientamento dei giunti peggiora.

La muratura, tentando di adattarsi alla percussione, perde qualità, diventando più debole. Questo declassamento può portare l’IQM sotto la soglia critica di 4, innescando il fenomeno disgregativo in murature che in quiete sembravano al sicuro.

Per esempio, una muratura con IQM quiete = 4.5 (sopra la soglia) può subire un declassamento a IQM = 1.05 per effetto di un JVS elevato, rendendola improvvisamente vulnerabile alla disgregazione.

Il Jerk di soglia (JVS_D) è stato identificato in 10 g/s come valore oltre il quale iniziano danni strutturali significativi; il declassamento della qualità muraria dipende da valori di jerk oltre tale soglia ed è tanto maggiore quanto più il jerk è elevato e quanto minore è la qualità originaria della muratura.

Il JVS di progetto viene ricavato dalla PGA verticale (tramite formule di correlazione) e amplificato per risonanza (fino a 2.5, se il periodo verticale è tra 0.040 e 0.120 secondi).

5. Implementare la Verifica di Disgregazione nelle Analisi Globali

L’integrazione della disgregazione e degli effetti del Jerk nell’analisi di vulnerabilità sismica è fondamentale per ottenere indicatori di rischio (ζE) più realistici ed efficaci.

In un’analisi globale, la soglia di attivazione della disgregazione (A_D) viene vista come la capacità strutturale nei confronti del meccanismo disgregativo.

Il rapporto tra questa capacità (A_D) e l’accelerazione spettrale che la supera (Domanda) fornisce un valore di ζE (indicatore di rischio sismico) specifico per la disgregazione.

Esempio Pratico

L’analisi sismica di un edificio con murature miste (conci sbozzati, mattoni pieni) posto a Fivizzano mostra chiaramente l’impatto.

1. Ignorando il Jerk): L’indicatore di rischio (ζE) è dominato dai Cinematismi (es. ζE = 0.585). La disgregazione (ζE = 0.482) si verifica solo sulle pareti più scadenti dell’ultimo piano (IQM ≈ 2).
2. Includendo il Jerk): Considerando un Jerk amplificato (es. JVS = 36.78 g/s), la qualità muraria di molte pareti peggiora. Questo può abbassare l’IQM di intere porzioni dell’edificio sotto la soglia di 4, estendendo la vulnerabilità alla disgregazione a piani inferiori (e teoricamente a tutto l’edificio l’edificio se posto in un sito ad alta sismicità come Amatrice). Il valore di ζE finale è drasticamente ridotto (es. ζE = 0.369), poiché la disgregazione precede e invalida tutti gli altri meccanismi.

Ignorare la disgregazione porta a una sovrastima rilevante del comportamento sismico dell’edificio.

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6. L’Obiettivo del Progetto e la Responsabilità Professionale

L’intervento di miglioramento sismico in strutture disgregabili deve porti l’obiettivo primario di annullare a priori il fenomeno della disgregazione.

Solo in questo modo la verifica di sicurezza tornerà a dipendere da modelli più robusti (Cinematismi o Pushover), i cui risultati non sono più fittizi ma divengono attendibili.

Tecniche di consolidamento efficaci includono:

• Rigenerazione delle Malte: Sostituire la malta degradata per migliorare la diffusione delle azioni.
• Realizzazione di Diatoni e Connessioni: Migliorare l’ingranamento trasversale.
• Ristilatura Armata: Annulla efficacemente il fenomeno disgregativo.
• Intonaci Armati (di nuova generazione): Impacchettano la struttura, incrementando la resistenza e impedendo gli effetti distruttivi della disgregazione.

Questi interventi hanno l’effetto congiunto di rendere il Jerk ininfluente e di migliorare la qualità muraria, spostando la capacità dell’edificio verso un comportamento d’insieme.

La Sensibilità del Progettista

È fondamentale che tu vada oltre la mera applicazione delle regole normative.

Conoscere l’esistenza del Jerk e il suo impatto significa essere in grado di proporre interventi maggiormente cautelativi e realistici.

La tua progettazione deve sempre partire dall’assicurare adeguate connessioni e robustezza a piccola scala (nodi, collegamenti tra travi/solai e muratura), poiché è lì che il Jerk agisce e innesca il processo distruttivo.

Solo una volta garantita l’integrità del tessuto murario puoi procedere all’analisi e al rinforzo della resistenza complessiva.

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