Metodologie esplicative di analisi dei meccanismi di collasso post sisma delle facciate delle chiese: individuazione e schematizzazione degli interventi di consolidamento e riduzione della vulnerabilità sismica

Seismic events that have occurred in recent years throughout the country - among which the earthquake of L’Aquila (2009), the earthquake of Emilia (2012) and the earthquake in central Italy (2016) – pointed out the extreme sensitivity and seismic vulnerability of historic and monumental buildings, especially including the religious ones. Actually, structures of most historic buildings within this last category have been realized with constructive techniques and details which were not intended to resist seismic actions. These aspects, usually associated with the employ of poor average quality materials, place such kind of edifices among the most vulnerable to seismic events. Anyway, the project of whatever intervention to reduce seismic vulnerability of churches requires extensive knowledge of the building, on both the historic-architectural and the structural-material account. Analytic policies and methodologies that are currently used in professional context, even if they’ve been applied for several years with good achievements, proved themselves to be inadequate or extremely simple in certain situations, for they do not consider possibly-variable factors due to incertitude, and their effects on the structural part. Presently, in professional practice, we generally make use of a single calculation model, without introducing potential uncertainties caused by constructive details or geometric parameters which should rather appear as variable factors, for they’re able to alter, even in a sensitive way, the judgement on structural safety. This being said, the present work aims to propose a simplified speed method to be applied for the evaluation of seismic safety in churches presenting masonry facades. Such method is termed “simplified” for it considers three possible collapse mechanisms of the facade (overturning of the facade, overturning of the top part of the facade and out-of-plan collapse mechanism). The method is also “speedy”, for it requires limited information on the geometric-constructive account, gathered on-site and defined as variable elements. To such variable factors, different values are then attributed, and their combination generates a matrix; this one can offer a data record, or a range, on the activation and multiplication of every mechanism that has been considered. The final result, in this sense, provides an operating method which allows to estimate the acceleration in a collapse process of a church facade, without deepened previous studies, and to establish a hierarchical definition of variable elements to be used for project purposes. Known as “Simplied Speed Seismic assessment of masonry church facade (S3FAC)”, in the current work it has been applied to three religious buildings in the province of Rovigo which have been severely damaged by the earthquake occurred on 20th and 29th of may in 2012. These three selected churches show completely different features in the plan, but they share several comparable elements from the territorial, environmental and structural point of view. The results of numerical analysis that have been reported here illustrate how we can rapidly acquire distinct models of collapse mechanism of a church facade through the application of the S3FAC Method, which can be useful to more focused experimental investigation and to more efficient design intervention.

Gli eventi sismici che si sono verificati negli ultimi anni sul territorio nazionale - tra cui il sisma dell’Aquila (2009), il sisma dell’Emilia (2012) e il sisma del Centro Italia (2016) - hanno evidenziato l’estrema sensibilità e fragilità sismica degli edifici storici e monumentali, compresi ovviamente gli edifici di culto. Infatti, molti degli edifici storici appartenenti a quest’ultima categoria, hanno strutture realizzate con tecniche e dettagli costruttivi non pensati per resistere alle azioni del terremoto. Questo aspetti, usualmente associati all’impiego di materiali di medio o scarsa qualità, rendono questa tipologia di edifici tra i più vulnerabili agli eventi sismici. Dall’altra parte, la progettazione di qualsiasi tipo di intervento di riduzione della vulnerabilità sismica delle chiese necessita di una approfondita conoscenza del manufatto sia sotto il profilo storico e architettonico, sia tipologico, strutturale e materico. I criteri e le metodologie di analisi ad oggi utilizzate professionalmente, seppur applicate per numerosi anni con buoni risultati, in talune situazioni si sono dimostrate inadeguate o troppo semplicistiche in quanto non tengono conto delle possibili variabili legate a fonti di incertezza e del loro effetto sulla risposta strutturale. Allo stato attuale, nella pratica professionale, solitamente si fa uso di un solo modello di calcolo e in tale modello non si introducono le possibili incertezze legate alla definizione di dettagli costruttivi o di parametri geometrici che dovrebbe invece comparire come variabili in quanto capaci di modificare anche sensibilmente il giudizio sulla sicurezza dell’edificio. Premesso ciò, l’obiettivo della presente tesi è quello di proporre un metodo semplificato e speditivo da utilizzare per la valutazione della sicurezza sismica di facciate di chiese esistenti in muratura. Il metodo si definisce “ semplificato” in quanto considera tre possibili meccanismi di collasso della facciata (ribaltamento della facciata, ribaltamento della sommità della facciata e meccanismi di collasso a taglio nel piano della facciata). Il metodo è speditivo perché necessita di poche informazioni di natura geometrica-costruttiva raccolte in sito e definite come variabili. Alle variabili vengono poi attribuiti diversi valori e dalla loro combinazione viene generata una matrice di combinazione in grado di fornire un set di dati, e quindi un range, del moltiplicatore che porta all’attivazione di ciascun meccanismo considerato. Risultato dello studio è quindi la proposta di una metodologia operativa che consente la stima della accelerazione di collasso di una facciata di una chiesa senza la necessita di studi e rilievi approfonditi, e la definizione di una gerarchia delle variabili utile ai fini progettuali. Denominata “Simplied Speed Seismic assessment of masonry church FACade (S3FAC)”, è stata applicata nell’ambito del presente lavoro di tesi a tre edifici di culto della Provincia di Rovigo fortemente danneggiati dal terremoto del 20 e 29 maggio 2012. Le tre chiese selezionate hanno caratteristiche planimetriche completamente differenti tra loro ma sono accumunate da fattori territoriali, ambientali ed edificatori simili. I risultati delle analisi numeriche riportati nel presente lavoro mostrano come l’applicazione del metodo S3FAC consenta di ottenere in maniera speditiva diversi scenari di collasso della facciata della chiesa utili a programmare campagne di indagini sperimentali più mirate e definire interventi progettuali più efficaci.