Casa baraccata dei Borbone: l’ingegneria antisismica duecento anni fa

In quest’articolo faremo un viaggio indietro nel tempo lungo oltre due secoli. Per l’esattezza fino al 1784, anno in cui furono emanate le Istruzioni per la ricostruzione di Reggio Calabria che prevedeva l’utilizzo della tecnologia costruttiva della casa baraccata in seguito ad un devastante terremoto che colpì le città di Reggio Calabria e Messina nel 1783.

Vedremo nel dettaglio le caratteristiche strutturali della casa baraccata e analizzeremo i risultati delle prove sperimentali eseguite dai centri di ricerca in diverse parti del mondo per indagare le reali capacità antisismiche di questa tecnologia costruttiva.

I contenuti di quest’articolo prendono spunto da un’interessante pubblicazione denominata H.Ea.R.T. (acronimo di Historical Earthquake-Resistant Timber Frames in the Mediterranean Area), una raccolta di articoli scientifici presentati ad una conferenza sui sistemi misti muratura-legno tenutasi a Cosenza nel 2013 ed organizzata dall’Università della Calabria.

Nel corso dell’articolo vedremo, inoltre, come modellare in un software di calcolo il sistema costruttivo della casa baraccata ai fini dell’esecuzione dell’analisi di vulnerabilità sismica di un edificio esistente. Se l’argomento ti incuriosisce continua a leggere, sono sicuro che troverai degli spunti interessanti per la tua professioni di strutturista.

Analisi dei danni post-sisma: l’intuizione di Giovanni Vivenzio

Ferdinando IV di Borbone, in seguito al terremoto di Reggio Calabria e Messina del 1783, inviò nella regione della Calabria i migliori intellettuali del Regno delle Due Sicilie. Fra questi ci fu Giovanni Vivenzio.

Giovanni Vivenzio non era un ingegnere, bensì un intellettuale poliedrico: fu medico della Famiglia Reale, nonché professore universitario di sismologia e vulcanologia.

Vivenzio si concentrò sul sistema costruttivo della casa baraccata e ne parlò nel suo trattato Istoria e teoria de’ tremuoti in generale ed in particolare di quelli della Calabria e di Messina riportando tavole e particolari costruttivi. Tale sistema prevedeva la realizzazione di una doppia intelaiatura in legno con un riempimento delle maglie realizzato con muratura di malta e conci di pietra.

Casa baraccata: il primo regolamento antisismico d’Europa

In seguito allo studio di Giovanni Vivenzio, Ferdinando IV di Borbone emanò un regolamento che proponeva la ricostruzione di Reggio Calabria utilizzando il sistema della casa baraccata. Tale decisione scaturì dall’aver constatato che le costruzioni realizzate utilizzando questa tecnologia costruttiva avevano riportato pochissimi danni durante eventi sismici molto intensi.

Con questo provvedimento il Regno Borbonico istituì quello che è considerato il primo regolamento antisismico d’Europa, basato su principi scientifici e tecnici molto avanzati per l’epoca.

Nel suo trattato Vivenzio propose dei criteri progettuali che, analizzandoli alla luce delle conoscenze attuali, si rivelano incredibilmente moderni. Tali criteri miravano a trasformare l’edificio in una struttura scatolare attraverso l’uso del telaio in legno. I punti chiave del suo modello includono:

• simmetria e regolarità: raccomandava uno sviluppo regolare in pianta ed elevazione con simmetria biassiale e strade perpendicolari per minimizzare i moti torsionali durante il sisma;
• riduzione della massa sismica: Il sistema baraccato garantiva un peso proprio inferiore rispetto alle murature ordinarie grazie alla presenza consistente di elementi in legno, riducendo di conseguenza la massa sismica;
• protezione dei materiali: suggeriva di sollevare gli edifici rispetto al livello del suolo per garantire la conservazione del legno e proteggerlo dall’umidità e dagli attacchi biotici;
• materiali: per gli elementi strutturali, consigliava l’uso della quercia, seguendo le prescrizioni del codice antisismico borbonico;
• anticipazione dei fattori di importanza: nelle sue tavole Vivenzio distinse i sistemi costruttivi fra edifici pubblici ed edifici privati, anticipando il concetto moderno di importanza strategica degli edifici.

In sintesi, il lavoro di Vivenzio non fu solo un vademecum pratico, ma una modellazione teorica avanzata del funzionamento statico del sistema baraccato, finalizzata a garantire la sicurezza della vita umana attraverso l’integrazione tra legno e muratura.

E i principi che definisce sono incredibilmente coerenti con i contenuti della attuali Normative Tecniche per le costruzioni. Basti pensare ai concetti di regolarità in pianta e in altezza per ridurre gli effetti torsionali del sisma e all’individuazione del comportamento scatolare per gli edifici in muratura.

Strutture miste muratura e legno: una tecnica costruttiva adottata in tutto il mondo

La tecnologia costruttiva della casa baraccata non è stata utilizzata solo nel sud Italia, ma in numerose altre parti del mondo altamente sismiche. Questo fattore rappresenta un’ulteriore prova dell’efficacia di questo sistema costruttivo, adottato da diversi popoli, in diverse epoche, in risposta ad eventi sismici intensi e catastrofici.

Cito di seguito altri sistemi costruttivi analoghi alla casa baraccata, utilizzati in altre zone del mondo:

• Gaiola Pombalina (Portogallo): sviluppata dopo il terremoto di Lisbona del 1755, consiste in una struttura tridimensionale in legno denominata “gaiola” (gabbia) annegata nelle pareti di muratura.
• Hımış (Turchia): adotta un telaio in legno con riempimento di pietrame o mattoni, ampiamente diffuso nelle zone sismiche dell’Anatolia.
• Dhajji Dewari (Kashmir – India e Pakistan): il nome significa “muro a mosaico” ed è costituito da una intelaiatura lignea che suddivide la muratura in piccoli pannelli confinati.
• Sistema di Lefkas (Grecia): tipico dell’isola di Lefkada, utilizza un sistema duale unico: muratura portante al piano terra rinforzata internamente da colonne in legno secondarie.
• Colombage o Pan de bois (Francia): è il sistema a telaio ligneo tradizionale francese, utilizzato storicamente anche ad Haiti (dove è noto anche come gingerbread houses), mostrando un’ottima resilienza sismica durante il terremoto del 2010.
• Fachwerk (Germania): architettura tradizionale a graticcio molto popolare in Germania fin dal VII secolo.
• Quincha (Perù): sistema che utilizza un telaio in legno (spesso bambù) riempito di canne intrecciate e rivestito di terra e gesso.
• Bahareque (El Salvador): tecnologia simile alla Quincha.
• Opus Craticium (Antica Roma): citata da Vitruvio e ritrovata intatta a Ercolano, rappresenta l’antenato romano delle pareti intelaiate moderne.
• Half-timber (Regno Unito): denominazione utilizzata per le medesime strutture a graticcio presenti nel territorio britannico.
• Entramados (Spagna): variante spagnola della muratura intelaiata lignea.
• Bhatar (Pakistan): sistema di muratura portante rinforzata con elementi orizzontali in legno, ufficialmente approvato per la ricostruzione dopo il terremoto del 2005.

Nell’immagine seguente puoi vedere una folto molto suggestiva che mostra un edificio in calcestruzzo armato collassato a seguito del terremoto del 1999 in Turchia. Al fianco dell’edificio si vede una costruzione himiş in legno e muratura rimasta invece intatta.

Prove di laboratorio sui sistemi misti in legno e muratura

Nei laboratori sperimentali dei centri di ricerca dislocati in diverse parti del mondo sono stati eseguiti test e studi per appurare quanto fosse efficace il sistema costruttivo della casa baraccata e di analoghe tecniche costruttive in presenza dell’azione sismica.

Sono state svolte prove di laboratorio pseudo-statiche su provini che riproducono fedelmente il pannello in muratura con intelaiatura in legno, prove dinamiche su tavola vibrante di modelli in scala reale e analisi numeriche per simulare il comportamento meccanico di sistemi costruttivi analoghi a quello della casa baraccata. Nel seguito dell’articolo vedremo alcuni risultati ottenuti.

I risultati delle prove sperimentali di laboratorio riportate nel documento H.Ea.R.T. sono state condotte presso diversi centri di eccellenza internazionali, specializzati nello studio del comportamento sismico delle strutture storiche in legno e muratura. Di seguito i principali centri di ricerca menzionati:

• Italia:
  • CNR-IVALSA (Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree): presso i laboratori di San Michele all’Adige (Trento) sono state eseguite campagne sperimentali pseudo-statiche su modelli in scala reale del sistema borbonico. Questi test hanno analizzato sia i telai completi di muratura e legno che i telai lignei nudi per isolare il contributo di ogni materiale.
  • Università della Calabria: l’ateneo calabrese (Dipartimento di Scienze della Terra) ha condotto le analisi petrografiche e chimiche sui materiali originali per consentire la riproduzione fedele dei campioni.
• Portogallo:
  • Università di Minho: questo centro ha ospitato numerosi test ciclici su campioni di pareti del sistema Gaiola (detta anche Gabbia Pombalina), testando diverse soluzioni di rinforzo e tipi di tamponamento;
  • Instituto Superior Técnico (IST) di Lisbona: sono state eseguite prove sperimentali su pareti reali estratte direttamente da edifici storici del centro di Lisbona durante lavori di riabilitazione.
• Giappone:
  • Tokyo Institute of Technology: presso il Center for Urban Earthquake Engineering sono stati condotti studi su modelli di muratura intelaiata per quantificare l’efficacia del rinforzo con fogli in fibra aramidica;
  • NIED (National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention): a Tsukuba sono stati effettuati test dinamici su una grande tavola vibrante utilizzando modelli in scala reale per analizzare il comportamento fuori piano delle pareti della Fabbrica di seta di Tomioka.
• Pakistan:
  • Earthquake Engineering Center (Peshawar): in questo centro sono state svolte indagini per definire il comportamento delle giunzioni e la vulnerabilità sismica delle strutture tradizionali composte da legno e muratura e denominate Dhajji-Dewari.

Azioni nel piano: prove cicliche sulla parete della casa baraccata e analisi numeriche

Presso il CNR Ivalsa (Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree) sono stati eseguiti test sperimentali su provini di parete realizzati mediante il sistema della casa baraccata.

Sono stati analizzati due provini:

• un provino completo costituito dal telaio in legno e dal riempimento in muratura;
• un altro provino composto dal solo telaio in legno.

La prova eseguita è di tipo pseudo-statica con applicazione di un carico orizzontale ciclico.

Il test è finalizzato ad indagare la resistenza a taglio della parete e il suo comportamento globale sotto azioni sismiche. Dal diagramma forza-spostamento ottenuto è possibile ottenete informazioni sulla duttilità della parete e sulla dissipazione di energia.

Dai risultati ottenuti, il provino composto dal telaio in legno e dal riempimento in muratura ha dimostrato avere un ottimo comportamento sotto azioni sismiche esibendo elevata duttilità e basse cadute di resistenza per ogni ciclo di carico. Il provino composto da solo legno invece ha bassa resistenza, scarse proprietà meccaniche ed elevate deformazioni orizzontali.

Da quanto emerso dai test sperimentali, la presenza della muratura conferisce al pannello resistenza e rigidezza, il telaio in legno invece assicura la duttilità del pannello.

I risultati delle prove sperimentali cicliche sono stati poi confrontati con i risultati di una simulazione numerica avanzata, condotta utilizzando il software BrickWORK, sviluppato per l’analisi di strutture in muratura e modificato per includere le caratteristiche del sistema baraccato.

I risultati della modellazione numerica hanno mostrato una grande coerenza con i dati sperimentali, sia in termini quantitativi che qualitativi. Sotto un carico verticale di 103,64 kN, il modello ha calcolato uno spostamento orizzontale di 59,90 mm, valore vicinissimo a quello misurato sperimentalmente.

Azioni fuori piano: i test su tavola vibrante eseguiti in Giappone

Per valutare l’effetto di azioni fuori dal piano sono state eseguite prove dinamiche su tavola vibrante in cui la direzione dell’accelerazione imposta è ortogonale al piano del pannello. Lo scopo è quello di studiare il comportamento del pannello per azioni fuori dal piano.

Questo tipo di prova sperimentale è stata eseguita in Giappone, presso il centro NIED di Tsukuba, su un modello in scala reale che riproduce il sistema costruttivo della fabbrica di seta di Tomioka, un sito storico risalente al 1872 caratterizzato da una struttura intelaiata in legno con tamponamento in mattoni.

Sono stati sottoposti alla prova 4 modelli, di cui si riporta di seguito la descrizione:

• modelli non rinforzati (Serie A): questi modelli servivano a valutare il comportamento naturale della struttura storica e l’influenza dei difetti causati dal tempo.
  • Modello A-1: era un modello non rinforzato caratterizzato dalla presenza di un gap (fessura) tra il telaio in legno e la muratura in mattoni. Tale spazio è stato inserito per simulare il distacco reale causato dal ritiro della malta nel corso dei decenni.
  • Modello A-2: era un modello non rinforzato in cui il gap era assente. In questo caso, il contatto tra l’intelaiatura lignea e il riempimento in muratura era perfetto, garantendo la continuità strutturale.
• modelli rinforzati (Serie B): questi modelli sono stati sottoposti a un intervento di consolidamento sismico per testarne l’efficacia contro scosse estreme.
  • Modello B-1: era un modello rinforzato tramite la tecnica del “joint replacement” (sostituzione dei giunti). Il rinforzo consisteva nell’inserimento di fili o barre in fibra aramidica (diametro 3 mm) all’interno dei giunti di malta, ma applicati su un solo lato della parete.
  • Modello B-2: era un modello rinforzato con la medesima tecnica della fibra aramidica, ma con l’applicazione del rinforzo su entrambi i lati della parete (frontale e posteriore).

I test hanno dimostrato che le pareti possono sopportare deformazioni fuori piano estremamente elevate, raggiungendo picchi di spostamento di 110 mm.

Nonostante le grandi oscillazioni durante la fase dinamica, lo spostamento residuo finale è risultato inferiore a 1 mm, indicando una sorprendente capacità elastica di ricentramento.

Dagli esiti della prova è emerso che la presenza di uno spazio (gap) tra il telaio in legno e la muratura, causato ad esempio dal ritiro della malta nel tempo, è critica; il modello A-1 con gap è collassato sotto l’azione del segnale JMA Kobe a 0.88 g.

Il modello A-2 (senza gap) è sopravvissuto a scosse devastanti, dimostrando che il perfetto contatto tra legno e mattoni riduce drasticamente lo spostamento di risposta.

L’uso di barre o fili in fibra aramidica (metodo del Joint Replacement) inseriti nei giunti di malta è risultato estremamente efficace. I modelli rinforzati (B-1 e B-2) hanno resistito a segnali sismici con ampiezza incrementata fino al 110% dell’accelerogramma storico JMA Kobe (circa 0.90g – 0.95g).

L’applicazione del rinforzo su entrambi i lati della parete ha ridotto lo spostamento di risposta a un terzo rispetto al rinforzo su un solo lato.

Analisi di vulnerabilità sismica: come analizzare la casa baraccata in un software di calcolo

Lo studio condotto su queste strutture ha lo scopo di stabilire una metodologia affidabile per eseguire l’analisi di vulnerabilità sismica delle strutture esistenti in muratura con intelaiature in legno.

Il documento H.Ea.R.T. propone una procedura scientifica per quantificare la vulnerabilità sismica degli edifici storici con intelaiatura in legno, un compito complesso a causa delle interazioni variabili tra telaio, tamponamento e giunti.

Il modello proposto per riprodurre il comportamento della parete è il macro-modello a masse concentrate, composto da aste rigide, connesse fra loro da molle rotazionali collocate nei nodi del telaio.

La rigidezza rotazionale e le capacità dissipative delle molle concentrate nei nodi dovranno essere calibrate con i risultati di prove sperimentali condotte su provini che riproducono la stessa tipologia di parete. A tale scopo possono essere utilizzati i risultati disponibili nella letteratura scientifica.

Il modello della macro-parete viene riportato nell’immagine di seguito.

Una volta noti i parametri del macro-modello della singola parete, le pareti potranno essere assemblate per modellare l’intera struttura. Se il modello che si analizza è bidimensionale, non sarà necessario fare nessuna ipotesi sulla rigidezza dei solai. Se invece il modello è tridimensionale si dovrà ipotizzare la rigidezza del solaio nel suo piano.

Casa baraccata: consulta la raccolta H.Ea.R.T.

Le informazioni contenute in questo post e alcune delle immagini proposte sono tratte dalla raccolta di articoli scientifici H.Ea.R.T. Se vuoi approfondire le tematiche trattate puoi trovare il testo integrale al link seguente:

Vai al testo integrale H.Ea.R.T. >> 

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Conclusioni

Il sistema costruttivo della casa baraccata è stato ritenuto, nel XVIII secolo, idoneo a resistere alle azioni sismiche al punto tale da emanare un regolamento che prescrivesse l’utilizzo di questa tecnologia per la ricostruzione dei fabbricati in seguito ad eventi sismici.

In altri articoli del blog abbiamo analizzato documenti e normative tecniche di epoche passato, quali ad esempio il Regio Decreto del ’39. In quest’articolo il salto temporale è salto ancora più lungo.

Ma a cosa può servirti conoscere una tecnologia costruttiva così datata? Se ti trovi a dover analizzare la vulnerabilità sismica di una struttura esistente in muratura nel Sud Italia (in particolare in Calabria, Sicilia e Campania) potresti trovarti di fronte ad una sorpresa. Spicconando l’intonaco potrebbe venir fuori un’ intelaiatura in legno collocata all’interno di pannelli in muratura. In tal caso sei di fronte ad un sistema baraccato in muratura e legno risalente ad oltre 200 anni fa.

Spero che le informazioni contenute in quest’articolo potranno tornati utili ai fini di una corretta valutazione della vulnerabilità sismica dell’edificio. Se hai la curiosità di approfondire l’argomento, trovi tutte le informazioni di dettaglio nella risorsa H.Ea.R.T. che ti ho consigliato in precedenza. 

Ti è mai capitato di trovarti di fronte ad un sistema costruttivo del tipo a “casa baraccata”? Sono curioso di saperlo. Puoi farmelo sapere lasciando un commento alla fine del post.

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Al prossimo post.

Marco

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Codice articolo: 276. Pubblicato il 6/8/2018. Aggiornato il 6/2/2026.

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