Vulnerabilità sismica del patrimonio monumentale della Toscana. Il caso della Torre Grossa di San Gimignano

Gli edifici in muratura rappresentano una significativa porzione del patrimonio edilizio e monumentale italiano. Questi hanno mostrato negli anni una forte suscettibilità al danneggiamento, quando non addirittura al crollo totale o parziale, per effetto dell’azione sismica, talvolta a causa di interventi e/o modificazioni poco rispettose dell’integrità statica e culturale del manufatto. Ad oggi uno strumento di calcolo esaustivo dedicato alle costruzioni in muratura non è disponibile, sia a causa della eterogeneità delle costruzioni in muratura (tanto per forma e tipologia costruttiva che per materiali), sia a causa dello specifico comportamento del materiale muratura in sé: un materiale tipicamente non lineare, con comportamento monolatero (assenza di resistenza a trazione). Queste specificità, brevemente richiamate, unitamente al fatto che non sempre è possibile individuare in modo chiaro l’effettivo schema statico di una costruzione che è venuta modificandosi nei secoli, rendono estremamente complessa e piena di incertezze l’analisi di tali costruzioni. Ogni edificio in muratura infatti, pensando in modo specifico ad edifici a carattere monumentale (chiese, torri medioevali, ecc.), rappresenta un “unicum”, un oggetto a sé stante ed irripetibile; le difficoltà che normalmente si incontrano nello studio di un edificio in muratura si amplificano quando l’oggetto di studio è una costruzione monumentale in quanto i modelli ed i metodi di calcolo abitualmente impiegati nello studio degli edifici ordinari non possono essere applicati indiscriminatamente alle strutture storiche (Siviero et al., 1997) pena l’inaffidabilità dei risultati. Anche da un punto di vista computazionale la modellazione di un edificio in muratura è un compito complesso, proprio perché la muratura non rispetta alcune delle ipotesi usualmente assunte per altri materiali (isotropia, comportamento elastico, omogeneità) e non può essere quindi studiata, dal punto di vista meccanico, come un materiale composito per il quale vengono ricavate leggi costitutive tali da assimilarlo ad un continuo equivalente. Lo studio di una costruzione monumentale non può prescindere da un’analisi delle principali vicende storiche subite dalla costruzione nella sua vita, sia in termini di eventi calamitosi sia in termini di modifiche apportate nei secoli alla struttura stessa dall’intervento dell’uomo. Altresì importante è l’esecuzione di una campagna di indagini sperimentali volta alla completa caratterizzazione meccanica del manufatto. Data, tuttavia, la difficoltà ad eseguire una esaustiva serie di indagini sperimentali che potrebbe risultare troppo invasiva su beni di rilevanza culturale, è necessario possedere degli schemi semplificati capaci di restituire con una certa accuratezza il comportamento strutturale del manufatto. Tra le costruzioni monumentali maggiormente significative e diffuse sul territorio, vanno certamente ricondotte le torri medioevali in muratura: la valutazione della sicurezza strutturale in campo sismico è stata effettuata sulla Torre Grossa di San Gimignano, partendo dalle informazioni disponibili sia sull’organismo strutturale sia sul comportamento meccanico della muratura dalla quale è costituita. La Torre Grossa rappresenta un caso emblematico di edificio storico in muratura a sviluppo verticale: una struttura snella il cui organismo resistente è costituito da elementi multistrato (il sacco) soggetti principalmente ad uno stato di compressione verticale indotto dal peso proprio (carico prevalente). Questa caratteristica, unitamente al degrado inevitabilmente provocato dai secoli, rende tali strutture particolarmente vulnerabili nei confronti di movimenti impressi, come quelli provocati dalle deformazioni del terreno o dalle azioni sismiche: eventi sismici severi possono portare al collasso, sia per la rottura localizzata della muratura, sia per il ribaltamento di una parte di essa. La procedura parte da un modello agli elementi finiti (F.E.M.) elastico lineare, opportunamente identificato sulla base di prove “in situ” in campo statico e dinamico, per la determinazione delle azioni globali indotte dal sisma sulla costruzione. Il problema della valutazione della vulnerabilità è successivamente ricondotto alla verifica di due opportuni stati limite nei quali si richiede che le azioni determinate in precedenza siano interne a specifici domini di resistenza. In effetti, pur rimanendo presenti tutte le problematiche esposte in precedenza, occorre anche sottolineare che la particolare tipologia strutturale delle Torri Medioevali consente di ricondurre la struttura a modelli sufficientemente semplici: lo schema strutturale può essere approssimato, con la dovuta cautela, a quello di una struttura a mensola, una struttura sostanzialmente isostatica. Proprio questo aspetto può far ritenere che anche modelli elastico lineari, pur se adottati per oggetti il cui comportamento meccanico è strettamente non lineare, possano essere in grado di fornire indicazioni attendibili in quanto è ragionevole attendersi che gli effetti di ridistribuzione di sollecitazioni siano complessivamente molto limitati.