Il ruolo della fascia di piano negli edifici in muratura: indagine teorico sperimentale

Il ruolo della fascia di piano negli edifici in muratura:indagine teorico-sperimentale 
dell’edificio occultando significative testimonianze di civiltà e 
di scienza. Troppo frequentemente sono stati attuati degli 
interventi invasivi nelle strutture murarie di importanti edifici 
senza aver valutato accuratamente le risorse meccaniche dei 
materiali, nell’intento di privilegiare il rispetto delle 
caratteristiche originarie. In alcuni casi sono stati realizzati degli 
interventi che hanno addirittura peggiorato la statica 
dell’edificio ricorrendo a tecniche che seppur valide non 
risultavano necessarie per l’edificio.  
Lo studio oggetto della tesi si colloca nella complessa ricerca di 
interventi sostenibili che si pongono l’obiettivo di raggiungere 
un difficile punto di equilibrio tra le esigenze della 
conservazione della struttura originaria, da un lato, e quelle, non 
meno importanti, della sicurezza strutturale e della risposta 
sismica, dall’altro.  
Spesso la necessità di attuare radicali interventi non nasce dalla 
constatazione di carenze statiche ineliminabili senza ricorso a 
massicci interventi, ma dalle limitate conoscenze delle 
caratteristiche costitutive del materiale. Le scarse risorse 
meccaniche attribuite alle murature derivano, in alcuni casi, 
dalla scarsità di approfonditi studi sia teorici che sperimentali 
atti a valorizzare caratteristiche meccaniche come la duttilità 
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sulla quale si basano le più recenti normative in materia di 
protezione sismica degli edifici. 
Il presente studio è dedicato agli edifici in muratura ordinaria destinati in 
genere a funzione residenziale, articolati su un numero spesso consistente di 
piani e con una configurazione distributiva in pianta che si ripete con 
sostanziale regolarità in altezza (piano tipo). In particolare viene studiato un 
elemento strutturale fondamentale, quale è la fascia di piano, che riveste un 
ruolo strategico nell’analisi sismica degli edifici in muratura. 
La funzione strutturale delle fasce è per nulla secondaria come si potrebbe 
pensare data la scarsa attenzione che la normativa rivolge a tale argomento. 
Infatti, le travi di piano, fornendo l'accoppiamento fra i montanti murari, 
possono influenzare considerevolmente il meccanismo di risposta di una 
parete multipiano. 
Punto cruciale nello studio della vulnerabilità sismica degli edifici in 
muratura è la capacità di simularne numericamente la risposta. Mentre per i 
maschi murari si dispone di studi sperimentali orientati a valutare in modo 
approfondito la resistenza, il comportamento deformativo e la capacità 
dissipativi, per le fasce murarie ci si è limitati ad assimilarle, sia come 
meccanismi di collasso che come comportamento ciclico, ai maschi murari. 
In questo lavoro di tesi viene quindi studiato ed approfondito il 
comportamento della fascia di piano, prima attraverso una modellazione 
teorica con un programma agli elementi finiti(ABAQUS) e poi attraverso 
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una modellazione sperimentale in scala ridotta, che si è resa necessaria per 
estrapolare dei risultati che la modellazione teorica non è stata in grado di 
fornire per problemi legati essenzialmente al comportamento non lineare del 
materiale. 
Con la modellazione sperimentale in scala ridotta sono stati ottenuti risultati 
notevoli. In particolare è stato riscontrato che per le tre tipologie di provini 
sottoposti a prove sperimentali, si riscontra una duttilità non indifferente 
prima che lo stesso provino giunga a rottura. Inoltre la capacità di 
deformarsi in campo plastico è accentuata ancora di più nel caso in cui i 
provini siano confinati da cordoli armati.  
Infine, una volta noto il comportamento dell’elemento fascia di piano in 
termini di resistenza, capacità deformativa e dissipativa, si passa allo studio 
della vulnerabilità sismica di una parete, modellata a telaio con Sap2000, 
attraverso una analisi dinamica non lineare con un modello a plasticità 
concentrata, mettendo in luce i problemi che ha il programma nell’affrontare 
una analisi di questo tipo e trovando un modo alternativo per tenere conto 
della non linearità del modello. 
 
 
 
 
 
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CAPITOLO 1 
LA RISPOSTA SISMICA DEGLI EDIFICI IN MURATURA 
 
1.1 Introduzione 
La vulnerabilità sismica, generalmente elevata, degli edifici in muratura è 
stata messa in luce dall’analisi degli effetti di numerosi terremoti storici 
come da quello di eventi recenti. 
L’importanza che questo problema riveste, dipende in larga parte dalla 
grande diffusione sul territorio, in particolare in Europa e nel bacino del 
Mediterraneo, di questa tipologia costruttiva: si tratta sovente di zone ad 
elevata pericolosità sismica o, comunque, soggette a grande rischio. 
All’edificio in muratura, alla salvaguardia delle persone che possono 
occuparlo, spesso è associato anche un valore aggiunto che può essere 
inestimabile, un valore storico, artistico, archeologico o paesaggistico che 
deve essere necessariamente tutelato. 
Al termine edificio in muratura, poi, possono essere associate forme di 
edilizia molto diverse fra loro a cui corrispondono differenti comportamenti 
sismici: la varietà di tipologie è principalmente legata a caratteri tecnologici 
generalmente dipendenti dal sito di costruzione, dall’epoca storica e dalla 
destinazione d’uso originaria. 
 
 
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1.2 Meccanismi di collasso 
Dall’osservazione del danno, interpretata con gli strumenti della meccanica e 
della scienza delle costruzioni, è possibile evidenziare come, a differenti 
caratteristiche tipologico–costruttive, corrisponda una diversità di 
comportamento delle struttura sollecitata dall’azione sismica. 
I danni tipici del costruito in muratura possono essere distinti secondo due 
fondamentali modalità di collasso: i cosiddetti meccanismi di primo e 
secondo modo. 
Per meccanismi di I modo si intendono quei cinematismi di collasso 
connessi al comportamento delle pareti in muratura fuori dal proprio piano, 
quindi con comportamento flessionale e ribaltamento (rocking). 
I meccanismi di II modo riguardano invece la risposta della parete nel 
proprio piano, con tipici danneggiamenti per taglio e flessione. 
L’attivazione di tali modalità di collasso è, però, strettamente dipendente dal 
comportamento globale dell’edificio, che a sua volta dipende dalle 
caratteristiche tipologiche e tecnologiche. 
In una costruzione in muratura è possibile identificare molteplici strutture 
resistenti a seconda della condizione di carico considerata, tuttavia, secondo 
una semplice schematizzazione, sia pure con diverso comportamento a 
seconda della sollecitazione considerata, possono essere identificati come 
elementi resistenti le pareti e gli orizzontamenti (solai, volte, coperture). 
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Il comportamento globale della struttura all’azione sismica è fortemente 
influenzato, ancor prima che dalle caratteristiche intrinseche dei singoli 
elementi strutturali, dal grado di connessione presente tra essi. 
Carenze nel collegamento tra pareti ortogonali e tra pareti ed orizzontamenti 
fanno sì che la struttura non sia in grado di sviluppare, durante il terremoto, 
una risposta globale che chiami a collaborare fra loro i le diverse pareti ed a 
ripartire tra esse le sollecitazioni indotte. In questo caso, infatti, si ha una 
risposta pressoché indipendente della singola parete con una limitata 
interazione con il resto della fabbrica. 
La risposta che la parete tende ad avere è allora ovviamente dominata dal 
comportamento fuori piano, esibendo, nei riguardi dei meccanismi di I 
modo, una evidente maggiore vulnerabilità. 
La presenza di un buon ammorsamento tra pareti o di connessioni anche 
puntuali, ottenibili ad esempio con l’inserimento di catene metalliche, 
innesca invece la collaborazione nella risposta tra le varie componenti della 
fabbrica. L’edificio ha, perciò, un comportamento d’insieme che lo porta 
poter ricorrere alle maggiori risorse di rigidezza e resistenza delle pareti nel 
proprio piano. 
La probabilità di insorgenza di meccanismi di ribaltamento fuori piano viene 
decisamente ridotta dalle diverse condizioni di vincolo in cui si viene ora a 
trovare la parete e può ulteriormente ridursi nel caso di un buon 
collegamento ad esse degli orizzontamenti. 
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In questo caso, in cui si realizza il cosiddetto comportamento scatolare, 
assume un ruolo fondamentale, ai fini della risposta sismica, la rigidezza dei 
solai nel proprio piano: solai molto rigidi ripartiscono le azioni fra le pareti 
in base alla loro rigidezza ed alla posizione in pianta. 
Nella figura 1.1 è schematizzata la variazione del comportamento strutturale 
indotta dal diverso grado di collegamento tra le parti e dalla differente 
rigidezza dei solai. 
 
Figura 1.1 
(a) pareti non vincolate o ammorsate; (b) pareti ammorsate con orizzontamenti flessibili; 
(c) pareti ammorsate con orizzontamenti rigidi. 
 
Le figure 1.2 e 1.3 mostrano invece come, anche con interventi puntuali, sia 
possibile limitare l’occorrenza di meccanismi di I modo e ridurne la 
vulnerabilità associata trasferendo la risposta fuori piano della facciata alla 
risposta nel piano delle pareti di spina. 
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Figura 1.2 
Meccanismi di ribaltamento della facciata: 1) senza ammorsamento;                                
2) con ammorsamento; 3)con l’inserimento di una catena. 
 
 
Figura 1.3 
Modifica di meccanismi di collasso attraverso l’inserimento di catene 
 
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La realizzazione del comportamento scatolare fa sì che per l’edificio si possa 
definire una vulnerabilità globale che dipende dalla risposta sismica di tutto 
il sistema strutturale, governata dalla risposta nel piano delle pareti e 
dall’azione di collegamento e ripartizione esercitata dagli orizzontamenti. 
Risulta dunque fondamentale analizzare la risposta della parete nel proprio 
piano, studiare i possibili meccanismi di danneggiamento e valutare 
l’interazione con il resto della costruzione. 
 
1.3 La parete nel proprio piano 
Nei confronti delle azioni orizzontali, ed in particolare riguardo al 
funzionamento strutturale durante l’azione sismica, è possibile assimilare il 
comportamento di una parete in muratura a quello di un assemblaggio di 
pannelli. In particolare, anche dall’osservazione dei danni riscontrati sia su 
casi reali che sperimentali, si evidenzia come tipicamente il danneggiamento 
sia generalmente concentrato in porzioni ben definite della parete: i maschi 
murari e le fasce di piano. Mentre nelle zone di connessione tra fasce e 
maschi si riscontra l’assenza di sistematici fenomeni di danno. Ciò consente 
di supporre che lo stato deformativo si mantenga sempre entro i limiti 
elastici e, quindi, possa essere considerato trascurabile nella valutazione 
complessiva della parete in cui sono determinanti le deformazioni non 
lineari delle altre parti. 
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1.3.1 Maschi murari 
La risposta dei maschi murari è stata ampiamente descritta e studiata 
analiticamente, numericamente e sperimentalmente. 
I meccanismi di danno connessi all’azione orizzontale, tipici per i maschi in 
muratura sono in generale suddivisibili in due categorie: meccanismi 
di rottura per flessione-ribaltamento(a), taglio-scorrimento(b)-(c). 
 
 
Figura 1.4 
 
1.3.2 Fasce murarie 
La funzione strutturale delle fasce è tutt'altro che secondaria in quanto, 
fornendo l'accoppiamento fra i montanti murari, possono influenzare 
considerevolmente il meccanismo di risposta di una parete multipiano sia 
sotto l’aspetto della resistenza laterale che della duttilità. 
L'accoppiamento che può essere fornito dalle fasce è principalmente 
funzione della compressione a cui esse sono soggette in direzione 
orizzontale. Solo questa compressione infatti fornisce la resistenza 
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"flessionale" che contrasta l'attivazione del meccanismo di ribaltamento 
delle colonne di muratura che possono formarsi tra aperture verticalmente 
allineate. È quindi molto importante l’effetto di elementi resistenti a trazione 
disposti al livello delle fasce stesse, quali catene o cordoli in c.a., che si 
oppongano a tale meccanismo. 
 
Le catene o i cordoli, opponendosi all’allontanamento delle colonne, 
generano un incremento di compressione delle fasce, che aumenta la 
resistenza a flessione delle stesse, e instaura un funzionamento a puntone 
inclinato che garantisce l'accoppiamento dei montanti murari. 
 
1.4 Conclusioni 
Dalle considerazioni esposte emergono alcune caratteristiche essenziali della 
risposta degli edifici in muratura all’azione sismica. 
Lo sviluppo di una risposta globale appare legato alla presenza o alla 
realizzazione di dettagli costruttivi, in genere di entità limitata, atti a 
collegare ed a far collaborare le varie parti della costruzione. 
Lo studio del comportamento dell’intero edificio può in tal caso essere 
ricondotto allo studio dei meccanismi di II modo divenuti predominanti nella 
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risposta: l’analisi globale può allora essere ricondotta all’analisi del 
comportamento delle singole pareti nel proprio piano tenendo conto del 
ruolo di ripartizione effettuato dagli orizzontamenti. 
All’interno della parete si individuano veri e propri elementi strutturali 
costituiti da maschi e fasce: in essi è possibile ritenere concentrato il 
comportamento non lineare e valutarlo opportunamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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