Argomento del lavoro di tesi è la valutazione della vulnerabilità sismica della Cattedrale di Santa Maria Assunta della città di Cosenza (riconosciuta come patrimonio testimone di cultura e di pace dall’UNESCO il 12 ottobre 2011).
La Cattedrale è stata in precedenza oggetto di un precedente lavoro di tesi/ricerca che ha avuto come obiettivo il rilievo geometrico e la definizione dei parametri strutturali (tipologia/proprietà meccaniche, ecc..) utili alla definizione di un modello 3D agli elementi finiti per l’analisi strutturale.
 

Si riporta di seguito una vista dall’alto della Cattedrale e degli aggregati edilizi circostanti (Fig. 1), la facciata principale (Fig. 2) e la planimetria (Fig. 3).

Fig. 1 - Vista dall’alto della Cattedrale oggetto di studio

Fig. 2 - Vista della facciata principale

Fig. 3 - Planimetria
 

L’obiettivo, che si vuole raggiungere mediante l’uso del software Aedes, è quello di eseguire l’analisi del comportamento globale e locale della cattedrale, facendo riferimento, in particolare, a diversi macroelementi (per esempio effettuando la verifica di ribaltamento semplice fuori piano della facciata, le verifiche locali delle volte e degli archi, flessione verticale e orizzontale ecc..).

Le verifiche cinematiche dei singoli macroelementi concorreranno alla definizione degli “Indicatori di Rischio” in termini di TR e PGA, che costituiscono il riferimento fondamentale per gli edifici monumentali.
Il lavoro di tesi viene svolto dagli allievi Francesco Gencarelli mat. 204527 e Pierfrancesco Conforti mat. 204620 (LM Ingegneria Civile) ed è coordinato dal relatore Francesco Bencardino, docente titolare degli insegnamenti di “Riabilitazione strutturale delle costruzioni in muratura, legno e cemento armato” e “Progetto di strutture” LM in Ingegneria Civile e dell'insegnamento di “Progettazione di strutture in zona sismica” LM in Ingegneria per l'Ambiente ed il Territorio, dell’Università della Calabria (UNICAL).
 

La struttura del Duomo oggetto di studio è molto complessa in quanto sono presenti diverse tipologie di archi, volte, capriate ecc. Il software “Aedes PCM” ha agevolato la modellazione, la rappresentazione e la creazione tridimensionale dell’organismo strutturale.

Utilizzando un file CAD come sorgente di input è stata definita la geometria della pianta architettonica. La fase precedente alla definizione della geometria è stata quella del settaggio dei materiali strutturali.

Dopo aver definito la geometria strutturale si è reso necessario definire ed assegnare l’azione sismica, le condizioni e le combinazioni di carico.

Successivamente è stato definito il modello strutturale dove sono stati generati nodi, aste e i carichi derivanti dagli elementi e dai solai, ovvero si è definito il telaio equivalente; tramite tale modello è stato possibile eseguire le analisi globali.

Infine, è stato definito il modello cinematico tramite il quale sono state svolte le analisi cinematiche locali.

La fase successiva ha riguardato l’analisi del comportamento sotto sisma della Cattedrale. La Norma di riferimento per un edificio con valenza storico-culturale, quale il Duomo, è il DPCM 9 febbraio 2011, “Valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle Norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14/01/2008”.

Le analisi svolte tramite “Aedes PCM” sono state le seguenti:
Analisi Modale;
Analisi Statica Non Lineare (Pushover);
Analisi Cinematiche Lineari Locali.

ANALISI CON DIVERSE IPOTESI SULLA CATEGORIA DI SOTTOSUOLO

La sintesi delle analisi svolte nell’ipotesi di categoria di sottosuolo A evidenzia come nel complesso la struttura non presenti particolari criticità locali, in particolar modo la quasi totalità delle verifiche ha mostrato come un eventuale collasso locale sarebbe probabilmente preceduto dalla crisi globale della struttura.

La sintesi delle analisi svolte nell’ipotesi di categoria di sottosuolo B evidenzia come la struttura presenti criticità locali nei riguardi dei meccanismi di ribaltamento semplice, composto e del cantonale; per questi la quasi totalità delle verifiche allo SLV ha dato esito negativo. Pertanto, allo stato di fatto, nell’ipotesi di categoria di sottosuolo B, risulta necessaria la progettazione e la realizzazione di interventi di riparazione/rinforzo e/o miglioramento sismico.

La sintesi delle analisi svolte nell’ipotesi di categoria di sottosuolo C evidenzia come la struttura presenti criticità locali nei riguardi dei meccanismi di ribaltamento semplice, composto, del cantonale, delle fasce sottotetto e dell’abside. Allo stato di fatto, nell’ipotesi di categoria di sottosuolo C, si può affermare come la struttura del Duomo sotto sisma collasserebbe localmente anziché presentare un comportamento globale (scatolare). Per quanto detto risulterà necessaria la progettazione e la realizzazione di interventi di riparazione/rinforzoe/o miglioramento sismico, al fine di scongiurare l’attivazione dei meccanismi locali suddetti.

CONCLUSIONI

L’analisi del comportamento globale della struttura, studiata attraverso l’analisi statica non lineare, è stata affiancata dalla valutazione dei cinematismi locali di collasso, argomento principale di questo studio, al fine di individuare i punti nevralgici della struttura.
Nel complesso la quasi totalità delle verifiche effettuate nell’ipotesi di categoria di sottosuolo A, ad eccezione del ribaltamento semplice, hanno indicato come un eventuale collasso locale sarebbe probabilmente preceduto dalla crisi globale della struttura.
L’incremento dell’azione sismica, conseguente alla variazione della categoria di sottosuolo (B e C), determina un aumento del numero di cinematismi attivabili sotto sisma, aumentando così la vulnerabilità sismica dei singoli macroelementi e dell’organismo strutturale nel suo complesso. Pertanto, è di fondamentale importanza la conoscenza della categoria di sottosuolo, in quanto la stessa influenza il comportamento locale della struttura.
In conclusione, le analisi condotte forniscono utili informazioni sullo stato di vulnerabilità sismica del Duomo e sul suo comportamento al variare della PGA.
Un giudizio più appropriato sarà possibile a valle di indagini diagnostiche in situ più approfondite al fine di definire, oltre alla suddetta categoria di sottosuolo, le caratteristiche della muratura, le connessioni tra i paramenti murari ed eventuali degradi (parametri da cui dipendono le verifiche di vulnerabilità sismica).