Sono ormai 15 anni che l’Italia è stata ufficialmente dichiarata interamente sismica, attraverso l’emanazione dell’Ordinanza P.C.M. n. 3274 del 20 marzo 2003. Pian piano tutti gli addetti ai lavori hanno imparato le nuove regole del costruire, molto differenti da quelle precedenti.

Figura 1 – Mappa di pericolosità sismica dell’Italia (fonte: www.ingv.it)

Cosa è cambiato rispetto a prima?

Molto. Ma facciamo un esempio, uno tra i tanti: quando si realizzava un’apertura su parete portante in muratura, prima, era sufficiente la messa in opera di un semplice architrave, capace si sostenere la muratura sovraporta. Oggi è necessario effettuare una cerchiatura (o un intervento equivalente), capace di ripristinare la rigidezza e la resistenza alle azioni orizzontali che caratterizzano un sisma.

Figura 2 – Una cucina italiana, 1968 – 2018 

Sembrerebbe che, nonostante i fisiologici strascichi dovuti alla ben nota ritrosia al cambiamento, pian piano la questione apertura su parete portante con cerchiatura stia venendo metabolizzata dalla cosiddetta opinione pubblica. Eppure, puntualmente si ripropone qualche committente diffidente, che proprio non concepisce la necessità della cerchiatura perché “a casa di mio padre avevamo messo solo l’architrave e in vent’anni non è mai successo niente“.

Va ricordato che una scorretta progettazione sismica produce i suoi effetti solamente in caso di sisma. Allo stesso modo, il valore di una corretta progettazione si apprezza solo in caso di terremoto. È una specie di polizza assicurativa. Quante persone, nella loro vita da automobilisti, non hanno mai fatto un incidente? Molte. Siamo tuttavia tutti consapevoli dell’importanza di avere tutti la polizza auto.

Possiamo quindi trovarci tutti d’accordo sull’importanza di una corretta progettazione sismica.

Eppure in questo 2018 mi è giunta voce di una certa pratica, per bocca di un architetto, prima, e di un ingegnere, poi, che è la pratica dello spostare porte.

La pratica dello spostare porte

Questa pratica dello spostare porte, molto diffusa tra gli architetti ma non solo, consiste nel realizzare un’apertura su una parete portante in muratura, contestualmente alla chiusura di un’identica apertura sulla medesima parete: insomma, spostare una porta.

Figura 3 – Spostare una porta

I teorici di questa pratica sostengono che non ci sia alcun bisogno di eseguire un intervento di rinforzo (cerchiatura), in quanto la quantità di mattoni non varia. In sostanza, per i sostenitori della pratica dello spostare porte, la conservazione della massa comporta la conservazione della rigidezza e della resistenza. Solo che la legge di conservazione della massa dice questo:

«Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma»

Quindi, tutto si trasforma.

La rigidezza si trasforma

Come probabilmente molti avranno sperimentato, il comportamento di una tavola di legno varia in funzione del suo orientamento.

Figura 4 – Elementi inflessi

A parità di massa (le due tavole hanno lo stesso peso) e di sezione resistente (le due tavole hanno entrambe sezione BxH), si verificano due risposte estremamente differenti. Un qualcosa di analogo accade quando si sposta una porta.

Spostiamo una porta

Immaginiamo di realizzare un’apertura su una parete portante, e di chiudere l’apertura esistente con mattoni aventi carattere strutturale. Cosa succede?

Figura 5 – Differenza tra le rigidezze flessionali, pre e post intervento

Nel caso sopra rappresentato, nonostante non si modifichi la quantità di sezione resistente, si verifica una riduzione del 70% della rigidezza flettente, dovuta alla variazione dei momenti di inerzia delle pareti.

In realtà il meccanismo di risposta è più complesso: la rigidezza complessiva è data dalla combinazione di rigidezza flessionale e rigidezza tagliante. Nel caso analizzato quindi, la riduzione di rigidezza è minore del 70%. Tuttavia, la riduzione c’è ed è apprezzabile, ed è tanto più elevata (tendente al 70%), quanto più le pareti sono snelle.

Modelliamo il nostro esempio con un software agli elementi finiti, per capire meglio cosa succede quando si applica la pratica dello spostare porte.

Innanzitutto, vediamo cosa succede alla parete oggetto di intervento.

Figura 6 – Analisi FEM: comportamento pre e post intervento di spostamento apertura

La riduzione di rigidezza locale che si viene a generare (-17%) ha ovviamente importanti ripercussioni sul comportamento globale della struttura.

Figura 7 – Analisi FEM globale della parete

Il comportamento della struttura è stato modificato: la struttura risulta più deformabile.

Per brevità abbiamo analizzato solamente cosa è cambiato in termini di deformabilità, ma ovviamente questa modifica nel comportamento della struttura ha forti ripercussioni anche in termini di resistenza. Solo un accenno riguardo questo aspetto: se la parete oggetto di intervento è più deformabile, l’azione sismica migra verso le altre pareti del piano, andando a ridurne i fattori di sicurezza.

Un’osservazione: il caso 2

Qualcuno, che ha seguito attentamente il discorso fin qui, potrebbe sollevare l’osservazione: visto che spostando un’apertura dal bordo di una parete verso l’interno si riduce la rigidezza, nel caso inverso (apertura spostata dal centro di una parete verso il bordo), facendo il calcolo delle inerzie, si ha un aumento di rigidezza.. potrei quindi praticare lo spostamento della porta senza realizzare alcun intervento strutturale! 

Umm… vediamo il caso, che è esattamente l’inverso del precedente.

Figura 8 – Caso 2: spostamento porta da zona centrale a zona laterale della parete

In questo nuovo caso, spostamento di una porta dalla posizione centrale verso una posizione di bordo, si verifica effettivamente un cospicuo aumento della rigidezza flessionale della parete (+230%).

L’aumento di rigidezza della parete oggetto di intervento tende ad attirare sulla stessa una grande quantità di forza sismica; questo, pur non avendo evidenti ripercussioni negative sul piano oggetto di intervento (si ha infatti un aumento dei fattori di sicurezza delle altre pareti del medesimo piano), trasferisce il problema al piano sottostante.

Per brevità dimentichiamoci dell’aspetto relativo alla deformabilità, che in questo caso 2 potrebbe essere non rilevante, e analizziamo la questione solamente in termini di resistenza. Osserviamo l’interazione tra sollecitazioni e resistenze.

In corrispondenza del piano oggetto di intervento, la parete analizzata attira una grossa quantità di forza sismica ed è probabilmente in grado di assorbirla (ha un’inerzia molto elevata), quindi sgrava le altre pareti del piano, aumentandone i fattori di sicurezza.

La parete oggetto di intervento, con grande spirito di sacrificio, attira a sé molta della forzante sismica del piano, non tenendo però conto di quanto succede ai piani sottostanti: al piano inferiore, in corrispondenza di essa, è molto probabile che ci siano delle pareti aventi capacità resistente minore.

Quindi in caso di sisma, post intervento, la parete in oggetto trasferisce alle pareti sottostanti una forza più elevata, generando una riduzione del fattore di sicurezza.

Figura 9 – Scambio di forze tra piano di intervento e piano sottostante

Semplificando, è aumentata la sicurezza al piano oggetto di intervento ma si è verificata una riduzione di sicurezza al piano sottostante. Visto che il fattore di sicurezza globale è, per definizione, il minore tra i singoli fattori di sicurezza, con la pratica dello spostare porte anche in questo caso si è prodotta una riduzione della sicurezza sismica della struttura.

Figura 10 – Coefficienti di sicurezza pre e post intervento

Il metodo corretto

Abbiamo osservato che ridurre la rigidezza di una parete può essere dannoso per il comportamento di un edificio. Allo stesso modo, può essere altrettanto dannoso aumentare la rigidezza di una parete.

La maniera corretta di procedere, quando si vogliono realizzare modifiche alla conformazione di pareti portanti in muratura, consiste nel realizzare un intervento strutturale calibrato, volto a ripristinare l’esatta rigidezza della struttura così com’era prima dello spostamento della porta.

L’analisi di questa circostanza racconta di come la sismica sia una disciplina poco intuitiva, governata da leggi non lineari e soprattutto non monotòne.

Spesso non è possibile realizzare operazioni a favore di sicurezza. Per maneggiare questioni di questo tipo, oltre ovviamente alla corretta specializzazione, occorre una virtù rara e preziosa che molti definiscono “l’arte dell’equilibrio”.

Figura 11 – Il funambolo alla ricerca di equilibrio

L’arte dell’equilibrio

Cosa si intende per arte dell’equilibrio? C’entra Osho, per caso? In che senso non si può agire a favore di sicurezza?

Proviamo a osservare separatamente la statica e la sismica.

La statica è governata, in un ampio intorno, da numerose funzioni monotòne, crescenti o descrescenti. E’ quindi possibile individuare una direzione verso la quale andare per porsi in sicurezza. Facciamo un esempio.

Immaginiamo un escursionista, una domenica di sole, che percorre un sentiero a strapiombo sul mare.

Figura 12 – L’escursionista della domenica

Per essere sicuro di non cadere, l’escursionista dovrà camminare quanto più possibile rasente alla parete, mantenendosi ad una certa distanza di sicurezza dal bordo. Tenendo di vista l’escursionista sullo strapiombo, analizziamo un tipico caso della statica.

Figura 13 – Comportamento statico di una trave

Immaginiamo una trave, una trave che sorregge un solaio, o un ponte, sul quale ci sono delle persone: maggiore sarà l’altezza della trave, maggiore la folla che vi insiste può star sicura di essere sorretta.

Nella progettazione sismica, invece, bisogna stare più attenti.

Immaginiamo ora il funambolo, che deve arrivare all’estremità della fune. Confrontiamo la sua condizione con quella di un architetto o ingegnere che deve apportare delle modifiche ad una parete.

Figura 14 – Come ragiona la sismica

Il funambolo deve puntare al centro, il suo baricentro deve tentare sempre e perfettamente di rimanere allineato alla fune: non può andare a destra, non può andare a sinistra, non ha un margine, o un punto dal quale tenersi distante a favore di sicurezza. Non c’è nulla che possa fare a favore di sicurezza, se non concentrarsi.

Ecco la differenza tra il progetto statico ed il progetto sismico, simile alla differenza tra la passeggiata della domenica e il camminare su una fune tesa nel vuoto.

Studio Nikuraze