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La resistenza a taglio della muratura dipende da diversi fattori quali: forma e dimensione dei blocchi, qualità del legante, forma e dimensione degli inerti, disposizione dei filari. Esiste però un ulteriore fattore che solitamente non viene considerato nella stima della resistenza a taglio di una muratura ovvero l’ingranamento verticale dei blocchi.

ingranamento verticale dei blocchi e opus reticulatum

Nel corso dell’articolo vedremo perché l’ingranamento verticale dei blocchi influisce sulla resistenza a taglio della muratura, alcuni modelli meccanici semplificati utili per lo studio di questa peculiarità della muratura e come valutare il suo contributo alla resistenza a taglio.

Gli Antichi Romani avevano intuito l’effetto benefico dell’ingranamento verticale dei blocchi sulla resistenza a taglio della muratura oltre 2000 anni fa. Lo testimonia il largo uso, a partire dal I secolo a.C., della tecnica costruttiva dell’opus reticulatum. Nel corso dell’articolo vedremo nel dettaglio questa tecnica costruttiva e perché migliora la resistenza della muratura. Buona lettura.

Ingranamento verticale dei blocchi: modelli meccanici semplificati

L’ingranamento verticale dei blocchi è un aspetto costruttivo delle murature storiche non semplice da indagare. Per questo motivo è utile fare riferimento a modelli meccanici elementari di complessità via via crescente. Vediamo di seguito due semplici modelli.

Modello a filari orizzontali

Un primo modello meccanico molto semplificato consiste nella rappresentazione dei filari di muratura attraverso una serie di fasce orizzontali sovrapposte e prive di legante. Sottoponendo la fasce ad azioni orizzontali distribuite uniformemente, queste tenderanno a scorrere simultaneamente l’una sull’altra, trovando impedimento solo nella resistenza d’attrito.

Una distribuzione lineare delle azioni orizzontali in condizioni sismiche tenderebbe invece a far scorrere le fasce superiori prima di quelle in basso. Lo schema a fasce orizzontali corrisponde ad una classica muratura di mattoni priva di ingranamento verticale.

modello muratura isodoma

Modello a fasce ondulate

La sovrapposizione di fasce ondulate permette di apprezzare un primo effetto dovuto all’ingranamento verticale. Per far scorrere le fasce ondulate servono delle componenti orizzontali più elevate. Lo scorrimento delle fasce sarà possibile solo a seguito di un innalzamento della muratura. Esiste pertanto in tal caso una relazione fra l’innesco del meccanismo e lo sforzo normale agente sulla parete.

ingranamento verticale: modello muratura a fasce ondulate

Modello ad elementi esagonali

I modelli meccanici visti finora non sono direttamente estendibili alle murature costituite da elementi discontinui, ma servono solo ad inquadrare il fenomeno. Un modello senz’altro più realistico è rappresentato da una muratura ad elementi esagonali distaccati, dove l’ingranamento è comunque apprezzabile.

ingranamento verticale: modello muratura ad elementi esagonali

Opus reticulatum: la grande intuizione degli Antichi Romani

Una muratura che sfrutta al meglio l’effetto positivo dell’ingranamento verticale dei blocchi è rappresentata dall’opus reticolatum, una muratura realizzata mediante l’uso di blocchetti di pietra (cubilia) disposti con un’inclinazione pari a 45 gradi.

ingranamento verticale: opus reticulatum

Ingranamento verticale: prove su modello in scala

Si riportano di seguito i risultati di prove sperimentali su semplici modelli in scala riportati nel documento dal titolo <<Lettura del comportamento meccanico delle murature storiche autostringenti e ingranate nelle prove di taglio e di compressione diagonale>> che puoi consultare a questo link.

Particolarmente significativo è risultato il confronto fra un modello in scala costituito da elementi lignei in opus reticulatum e un analogo modello di muratura isodoma (per muratura isodoma si intende la classica muratura a filari orizzontali) realizzato con gli stessi moduli. Le prove sono state condotte utilizzando un piano dotato di un dispositivo che ne permette la progressiva inclinazione.

Per apprezzare i risultati delle prove si riportano di seguito due immagini significative delle prove statiche al momento del collasso dei modelli.

Il modello di muratura isodoma ha manifestato uno scorrimento su piani orizzontali al superamento dell’angolo d’attrito del materiale, corrispondente a circa 15°-18°, con andamento pressoché uniforme su tutti i filari, come si evince dall’immagine riportata di seguito.

modello muratura isodoma
Immagine tratta dal documento: <<Lettura del comportamento meccanico delle murature storiche autostringenti e ingranate nelle prove di taglio e di compressione diagonale>> (link)

Molto diverso si è presentato il meccanismo del pannello in opus reticolatum, nel quale è impedito lo scorrimento su piani orizzontali, per cui si è generato un cinematismo rotazionale al raggiungimento di un’inclinazione di 35°-40°, che equivale ad una componente orizzontale molto superiore rispetto alla prova precedente.

In questo caso non è l’attrito del materiale a svolgere il ruolo prevalente, bensì l’ingranamento verticale, che trasforma il cinematismo di scorrimento in un cinematismo di ribaltamento.

modello muratura opus reticulatum
Immagine tratta dal documento: <<Lettura del comportamento meccanico delle murature storiche autostringenti e ingranate nelle prove di taglio e di compressione diagonale>> (link)

Il coefficiente di attivazione del cinematismo è associato al sistema di tessitura dei filari, oltre che alla natura dei materiali e l’ingranamento verticale dei blocchi costituisce un fattore di resistenza positivo del quale tenere conto. Lo scorrimento nelle murature ingranate è possibile solo se esistono margini di dilatazione verticale delle pareti, in quanto lo scorrimento fra filari contigui implica il sollevamento dei blocchi. Ne deriva pertanto l’effetto benefico dello sforzo normale sulla resistenza della muratura.

Ingranamento verticale dei blocchi: come valutare il contributo alla resistenza della muratura

La Normativa Tecnica vigente prescrive tre tipologie di rottura per le pareti in muratura sollecitate da azioni agenti nel piano:

  • taglio-scorrimento;
  • fessurazione diagonale;
  • pressoflessione.

La Circolare 2019 contiene inoltre una tabella che riporta le principali tipologie di murature esistenti, elencando per ciascuna di esse un range ammissibile di parametri di resistenza e deformabilità (trovi la tabella a questo link).

Le ipotesi che si assumono per le murature elencate nella tabella della Circolare 2019 sono le seguenti:

  • muratura a doppio paramento con nucleo di modesto spessore;
  • malta di calce di modeste caratteristiche;
  • assenza di ricorsi e listature;
  • paramenti semplicemente accostati o mal collegati;
  • tessitura a regola d’arte;
  • muratura non consolidata.

La Circolare prescrive anche dei coefficienti migliorativi da applicare ai parametri di resistenza per le murature che presentano caratteristiche migliori rispetto a quelle contemplate nelle ipotesi di base. C’è da sottolineare però che nessuno dei coefficienti migliorativi della Circolare 2019 è correlato all’ingranamento verticale dei blocchi.

Inoltre fra le tipologie di murature esistenti elencate nella Circolare 2019 non è presente nessuna tipologia di muratura in cui si cita la presenza dell’ingranamento verticale dei blocchi. Pertanto applicando le prescrizioni della Normativa Tecnica vigente, l’effetto benefico, dal punto di vista statico, dell’ingranamento verticale dei blocchi viene di fatto trascurato.

Conclusioni

L’ingranamento verticale dei blocchi è un fattore che incrementa la resistenza a taglio delle murature. Tale caratteristica può essere molto rilevante nelle murature storiche realizzate mediante la tecnica costruttiva dell’opus reticulatum. Se ti capita di dover eseguire analisi di vulnerabilità di edifici storici con murature dotate di ingranamento verticale dei blocchi, allora tener conto in modo opportuno dell’effetto benefico di tale peculiarità può senz’altro migliorare il livello di sicurezza ottenuto dall’analisi.

Alla luce di quanto vista finora, si potrebbe applicare un opportuno coefficiente migliorativo delle proprietà meccaniche della muratura per tener conto dell’effetto dell’ingranamento verticale dei blocchi. L’entità di tale coefficiente dovrà essere valutata con riferimento a documenti di comprovata validità.

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Al prossimo post.

Marco


Testo consigliato

Un testo consigliato sul tema degli interventi strutturali antisismici negli edifici storici: Manuale del recupero strutturale e antisismico di Giovanni Cangi.

Ingranamento verticale dei blocchi nelle murature storiche: l’effetto sulla resistenza a taglio

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