Vulnerabilità sismica delle chiese in muratura : il meccanismo di collasso per risposta trasversale dell'aula. Metodologia di analisi e parametri che influenzano il fenomeno

The damage to traditional buildings observed after earthquakes has revealed repetitive collapse patterns. These involve loss of balance of masonry walls with formation of plastic hinges and transformation of one or more building portions into a kinematism. In the seismic analysis of churches, the 28 most frequent collapse mechanisms have been codified and have been adopted in Italy as the basic reference for the description of damage (DCPM n. 55 del 23/02/2006, DCPM del 9/02/2011). This work deals with one of those 28 failure modalities: the collapse mechanism identified as “nave transversal response”. Collapse derives from the interaction of the supporting walls and the wooden roof when the earthquake motion acts parallel to the trusses, loading the supporting walls out of plane. The analysis of the mechanism presented here can be divided into two parts: the first corresponds to the investigation and analysis of the damages suffered by historic churches during the recent earthquake that took place in Po Plane in May 2012; in the latter a synthetic formula that allows to interpret the collapse mechanism through the kinematic approach of limit analysis, yielding the limit horizontal load multiplier and the corresponding ground acceleration, is studied and applied. In this second phase of the work, the effects of the variability in geometric and technological dimensions of the building on the limit load multiplier and on the limit ground acceleration are considered by comparing case studies of churches located in Lombardy, Piedmont, Liguria and some of the churches that have been damaged due to the occurrence of this mechanism during the Emilia earthquake. The study focuses on the parameters that may influence the behavior of the roof – masonry wall system: thickness and slenderness of the walls, trusses span, roof weight and restraint of the support.

L’osservazione critica dei danni riportarti in seguito ad eventi sismici da edifici storici realizzati in muratura ha mostrato l’aspetto ripetitivo di molti meccanismi locali connessi alla perdita di equilibrio ed alla trasformazione in un cinematismo di una o più porzioni del manufatto edilizio. In particolare per le chiese sono stati evidenziati 28 meccanismi di collasso catalogati dal Dipartimento della Protezione Civile, tramite il DCPM n. 55 del 23/02/2006 e il DCPM del 9/02/2011. Questo lavoro di tesi si occupa, nell'ambito della determinazione della vulnerabilità sismica delle chiese, del meccanismo di collasso identificato come “risposta trasversale dell’aula”, cinematismo che coinvolge le pareti portanti e la copertura lignea di una chiesa quando l’azione sismica agisce parallelamente alle travi, caricando la muratura al di fuori del proprio piano. Lo studio del meccanismo qui presentato si può suddividere in due parti: la prima corrisponde alla ricerca ed all'analisi dei danni riportati dalle chiese in muratura storica e con copertura sorretta da capriate lignee durante il terremoto dell’Emilia del maggio 2012; la seconda all'applicazione ed allo studio di una formula che interpreta il cinematismo tramite l’approccio cinematico dell’analisi limite. In questa seconda fase si analizzano gli effetti della variabilità geometrica, tecnologica e dimensionale di un edificio sul moltiplicatore dei carichi che attiva il cinematismo (corrispondente all'accelerazione limite del terreno) tramite il confronto tra casi di studio di chiese situate in Lombardia, Piemonte, Liguria ed alcune delle chiese che hanno subito danni per l’insorgere del meccanismo durante il terremoto dell’Emilia. Si analizzano in particolare gli effetti sul comportamento del sistema copertura-parete di spessore e snellezza della muratura, luce della capriata, peso della copertura, eccentricità dei carichi verticali e grado di vincolo dell’appoggio.