• meccanismi di collasso
• consolidamento
• Castel Tonini
• Buti
• analisi strutturali
• Aedes PCM
• pushover

L’elaborato di Tesi riguarda lo studio di un edificio storico, denominato Castel Tonini, a Buti (Pisa), in vista della rifunzionalizzazione e del consolidamento. Il lavoro è stato sviluppato nelle seguenti fasi:
1. Analisi storico-conoscitiva
2. Modellazione strutturale
3. Analisi statiche e sismiche
4. Proposte per il consolidamento
Il lavoro è stato inizialmente dedicato all'acquisizione di conoscenze che consentano di operare con piena coscienza sul manufatto in questione, arrivando ad ottenere la successione storica dei diversi volumi che costituiscono l’attuale complesso di Castel Tonini. L’edificio in muratura è infatti frutto dell’aggregazione di diverse unità strutturali e di modifiche che si sono succedute fino alla prima metà del secolo scorso ed è rimasto per lungo tempo abbandonato, degradato ed esposto agli agenti atmosferici. In questo contesto, la conoscenza delle fasi costruttive costituisce l’elemento chiave per la comprensione del suo comportamento strutturale e per la valutazione del livello di sicurezza statica e sismica. A causa delle scarse fonti documentarie, l’impossibilità di condurre saggi approfonditi e la complessità del fabbricato, la conoscenza sul manufatto storico si è compiuta soprattutto attraverso la lettura stratigrafica dei paramenti murari. Questa ha consentito di osservare le tecniche costruttive che rivelano sia la qualità muraria, sia il grado di ammorsamento tra gli originari nuclei che formano l’attuale fabbricato, grazie all’assenza di intonaco in molte porzioni dell’edificio, su zone sufficientemente ampie. La ricognizione delle fasi costruttive è illustrata di seguito.
Durante il rilievo della geometria è stato possibile osservare le carenze e la qualità della muratura senza bisogno di indagini specifiche sui materiali. Le murature sembrano realizzate in più strati, ampie porzioni sono caratterizzate da forte rimaneggiamento per i molti interventi eseguiti, soprattutto aperture e successivi tamponamenti di vani, la malta è mancante in alcune zone. Sugli orizzontamenti è stato possibile effettuare sondaggi in limitate zone che hanno messo in evidenza l’insufficiente originario proporzionamento e numerose situazioni critiche legate alla lunga esposizione agli agenti meteorici. I solai in legno mostrano situazioni più o meno critiche, soprattutto nell’orditura minuta, comunque sempre da accertare tramite analisi mirate.
L’analisi del quadro fessurativo sulle superfici ha messo in luce la scarsa qualità della muratura e il naturale degrado intervenuto per il lungo tempo di abbandono di oltre sessant’anni. Tuttavia, anche analizzando il quadro deformativo, non si evidenziano patologie in atto sul fabbricato legate a cedimenti di fondazione o dissesti estesi, se non fenomeni localizzati come la fessurazione dell’arco che consente l’ingresso alla torre, o problemi locali relativi al materiale ormai estremamente degradato.
Dopo un’attenta analisi dei carichi, sono quindi state svolte le analisi strutturali per la valutazione della sicurezza statica e sismica. L’edificio è stato analizzato attraverso il software di calcolo Aedes PCM, che utilizza il modello a telaio equivalente. Inoltre, allo scopo di comprendere le criticità del fabbricato in relazione alle diverse fasi costruttive, la struttura è stata analizzata per diverse configurazioni.
In mancanza di informazioni sul reale contributo offerto dalle fasce murarie, sono state inoltre considerate tre opzioni per ogni modello analizzato:
-fasce incastrate e infinitamente resistenti.
-fasce incastrate ai maschi murari con resistenza pari a quella reale della muratura.
-fasce incernierate ai maschi murari.
Nel modello sono state rispettate tutte le peculiarità architettoniche, quali la presenza di piani sfalsati, pareti non allineate, la tipologia e lo spessore dei solai e le numerose aperture presenti. Con riferimento alle caratteristiche meccaniche dei materiali, pur in mancanza di dati sperimentali, sono state distinte le porzioni di muratura con caratteristiche meccaniche migliori (es. macroblocco A+B) e porzioni di muratura con caratteristiche gravemente compromesse da agenti atmosferici e mancata manutenzione.
Al fine di valutare la situazione statica e la vulnerabilità sismica di Castel Tonini è stata inizialmente condotta l’analisi statica allo SLU e l’analisi sismica. Riguardo a quest’ultima, sono state svolte, oltre alla preliminare analisi modale, l’analisi dinamica lineare, la statica non lineare e l’analisi dei cinematismi locali.
L’analisi statica allo SLU, l’analisi modale e l’analisi pushover sono state eseguite per tutti i modelli, mentre l’analisi dinamica lineare e l’analisi dei meccanismi locali sono state condotte solo sul modello del Castello completo con copertura a falde inclinate. L’analisi statica allo SLU ha messo in luce le zone in cui è necessario approfondire la conoscenza sui carichi e sulla qualità muraria. L’analisi modale ha mostrato i modi fondamentali e la tendenza alla torsione del fabbricato per la maggior parte delle configurazioni.
L’analisi statica non lineare è stata condotta per i primi sette modelli, considerando la sola distribuzione di forze lineare (A) - proporzionale alle forze statiche - lungo le direzioni +X e +Y per fare un confronto ed è emerso che le fasi costruttive intermedie che vanno dalla 3) alla 6) presentano maggiori vulnerabilità, considerando realisticamente il minimo contributo delle fasce. Il modello del Castello completo con copertura a falde inclinate è stato analizzato più approfonditamente. Per questo sono state considerate due distribuzioni di forze: una lineare (A) - proporzionale alle forze statiche - e una uniforme (E) - proporzionale alle masse – in entrambe le direzioni X e Y. Per ogni modello sono state confrontate le curve di capacità relative alle diverse modellazioni delle fasce murarie, per constatare la sostanziale invarianza dei risultati. La verifica a livello globale risulta soddisfatta sul modello completo per tutte le condizioni di carico.
Si osserva quindi che il minor indice di rischio (in termini di PGA) è pari a 1.44, ottenuto nel caso di Castello con fasce incernierate, con distribuzione di forze lineare (-X) è maggiore dell’unità, dando così esito positivo alla verifica.
Va tuttavia sottolineato che le analisi globali per loro natura non mettono in luce l’enorme vulnerabilità dell’edificio, enfatizzata dalle condizioni di degrado in cui versa il manufatto, quindi il risultato ottenuto può rappresentare il limite superiore raggiungibile mediante un insieme organico di interventi volti a migliorare la qualità della muratura, aumentare il comportamento scatolare dell’edificio e la rigidezza dei solai.
L’analisi dei meccanismi locali ha invece messo in luce l’elevata vulnerabilità della struttura, visto il mancato ammorsamento tra alcune pareti dei diversi blocchi. In generale i moltiplicatori orizzontali dei carichi e accelerazioni di attivazione hanno valori molto bassi. Tra i cinematismi analizzati le situazioni più interessanti, che manifestano una PGA di attivazione molto bassa, sono quelli con cerniera a quota zero da terra, mentre i meccanismi con PGA di attivazione massima sono quelli con cerniera cilindrica posta ad una quota elevata da terra.
L’analisi con metodo lineare ha mostrato forti carenze della struttura, mentre a livello non lineare si ha il soddisfacimento della verifica nella maggior parte dei casi.
I valori ottenuti dall’analisi dei meccanismi locali sono però ancora ottimistici, in quanto basati sull’ipotesi di monoliticità della muratura. La scarsa qualità muraria in molte zone e l’avanzato degrado non garantiscono infatti questo comportamento che potrebbe invece determinare disgregazione ancor prima che il cinematismo possa compiersi.
A conclusione delle indagini conoscitive e delle modellazioni numeriche sono state formulate proposte per il consolidamento delle strutture verticali e orizzontali per la messa in sicurezza del manufatto.
L’osservazione dello stato attuale e le verifiche numeriche hanno messo in evidenza una situazione di elevata vulnerabilità sismica e il profondo degrado in cui si trovano le strutture.
La proposta di consolidamento tende a soddisfare due esigenze: la prima consolidare la muratura per renderla idonea a sopportare il peso proprio unitamente al miglioramento della qualità delle strutture orizzontali, la seconda mitigare la vulnerabilità sismica attraverso la messa in opera di presidi contro il ribaltamento e quindi contro i cinematismi locali.
Tra gli interventi di consolidamento, sono proposti: localizzati cuci-scuci, inserimento di tirantini antiespulsivi e, nelle sezioni di base più degradate, iniezioni e intonaco armato o intonaci a base di calce con fibre metalliche. Oltre alla risarcitura di lesioni nei sotto trave si prevede anche rinforzo o la sostituzione degli architravi delle aperture. Gli orizzontamenti in laterizio armato dovranno essere sostituiti, optando per solai in legno dotati di soletta armata. Invece i solai in legno potranno essere conservati, sostituendo esclusivamente gli elementi non più idonei. Per il miglioramento sismico si prevede l’inserimento di tirantature a livello di piano tra pareti ortogonali e un cordolo in laterizio lamellare in sommità.
In conclusione questo studio mostra l’importanza dell’osservazione diretta, del giudizio critico e della conoscenza delle fasi costruttive nella valutazione della vulnerabilità sismica e nella realizzazione del consolidamento che forniscono fondamentali informazioni che si affiancano ai risultati delle modellazioni numeriche.