Sistema antisismico Borbonico

V Convegno di Storia dell’Ingegneria –
Napoli 2014 International Conference on History of Engineering – Naples – Italy – 2014

Nicola Ruggieri, Raffaele  Zinno

Introduzione
Il XVIII secolo si distingue per una buona circolazione delle idee e del sapere con un apporto rilevante delle Accademie e la loro puntuale pubblicazione di atti e libri che contribuirono in maniera determinante alla genesi del sistema baraccato2 codiicato all’indomani del terremoto del 1783.
Napoli è capitale di uno tra gli stati più moderni d’Italia3, sebbene i primati scien- tiici sono da ricercare principalmente in Francia e Inghilterra, caratterizzati da un vigoroso fermento culturale non riscontrabile in Italia.
Un sapere, congetture e leggi isiche, che nasce nel Settecento da acute osserva- zioni di eventi naturali e da numerose sperimentazioni, nel pieno spirito illuminista. Un atteggiamento decisamente moderno della ricerca che si registra anche nello stu- dio sui metodi di prevenzione del terremoto, non più inluenzati dalle argomenta- zioni della ilosoia naturale che voleva nella maggioranza degli studi derivare l’ori- gine delle commozioni telluriche da cause di carattere religioso e superstizioso con conseguenti ridotte applicazioni e ricerche volte a contrastare gli effetti del sisma. Una razionalità e soprattutto empirismo riscontrabile anche per il sistema antisismi- co Borbonico che «…nasce dalle osservazioni fatte sul luogo…»4 avvalendosi dei collaudi, per azioni dinamiche causate dal terremoto, subiti da strutture di legno esi- stenti in Calabria anteriormente al 1783. Inoltre i continui terremoti distruttivi, ob- bligavano a costruire abitazioni provvisorie di legno che, tuttavia mostravano grandi resistenze ed ottime risposte allo sciame sismico caratterizzante i giorni seguenti alla prima scossa. La baracca5 diventa quindi l’espressione per eccellenza dello spirito illuminista essenzialmente empirico: le severe prove affrontate infatti, testimoniano per i isici e la gente comune che «…contro il furor della terra, non che dal cielo…»6 l’unico rimedio possibile è una costruzione rinforzata da un’ossatura di legno.

Applicazione nell’edilizia corrente e monumentale
Il sistema costruttivo dei Borbone, attuazione della prima normativa antisismica di Europa, si caratterizza, almeno negli anni immediatamente dopo il sisma del 1783, per una diffusa applicazione nella ricostruzione della Calabria Ulteriore, compren- dente sia l’edilizia corrente che quella monumentale, con esclusione delle chiese.

La Calabria meridionale, con un’organizzazione da moderna protezione civile,
viene suddivisa in cinque ripartimenti, a cui capo ingegneri provenienti da Napoli,
coordinano i lavori della riediica- zione, caratterizzati da ediici costi- tuiti da muratura «…con ossatura di grossi travi … legati con altri travi trasversali…»7.
Le qualità antisismiche del sistema baraccato, evidenti durante gli even- ti tellurici successivi, vengono rico- nosciute dalla normativa dello stato italiano, che obbliga, in alternativa alla nascente tecnologia del cemento
armato, l’utilizzo della tecnica co-struttiva borbonica per la ricostruzio- ne, prima nell’Isola d’Ischia e nuovamente in Calabria dopo i terremoti del 1905 e 1908. A tal proposito esempi sono tuttora riscontrabili in Reggio e nella sua provincia, a Casamicciola (Na), in Marti- rano Lombardo (Cz), Castrolibero (Cs) e Aiello Calabro (Cs).

 
I fondamenti teorici

Un evidente empirismo governa la ricer- ca nel Settecento corroborato da nume- rose prove sperimentali sui materiali da costruzione ed in particolare su membra- ture di legno. Interessanti sono gli studi, almeno relativamente alle strutture di legno, di Du Hamel, De Buffon, Girard e con prevalente ricerca di argomenti riguardanti la nascente statica applicata agli ediici, di Eulero e di Musschenbroek8. Sebbene tali autori investighino in ma- niera limitata intorno ad argomenti che riguardano i metodi di prevenzione ed il comportamento a sisma degli ediici, riconducendo l’analisi della vulnerabilità ai terremoti, d’accordo con altri scienziati del XVIII secolo, a fattori legati in generale alla irmitas di vitruviana memoria e quindi alla mancanza di buone regole costrut- tive. Tuttavia la comunità scientiica del Settecento e l’intellighenzia napoletana in particolare, possiede principi di maggiore validità e metodi costruttivi volti ad au- mentare la capacità antisismica di un fabbricato, che puntualmente utilizza nella teorizzazione del sistema governativo borbonico.

Il legno e la connessione delle pareti murarie
Il legno rappresenta l’elemento fondamentale nel funzionamento antisismico del si- stema governativo borbonico, tale materiale, l’unico facilmente approvvigionabile che mostrava resistenza al terremoto, realizza uno dei principi basilari dell’inge- gneria antisismica del XVIII secolo, quello di legare tutti gli elementi componenti il sistema strutturale9.
Christian Wolf 10, agli inizi del ‘700 indica la connessione tra i vari pannelli mura- ri come condizione da perseguire per migliorare la risposta antisismica del fabbrica- to. Lo scienziato tedesco autore di un trattato enciclopedico particolarmente diffuso in Italia meridionale, dedica un capitolo di “Elementa Matheseos Universae” a «… Craticula ad irmitatem fundamenti quomodo paranda…»11 in cui descrive un gratic- cio di legno per fondazioni in pietrame destinata «…In Terrae motibus hac ratique partiam dissociatio impeditur…»12.

Tale fondazione13, con una base in pietra, è composta da due ordini di membratu- re di legno perpendicolari tra loro, che beneiciano di collegamenti del tipo a “coda di rondine”; è evidente sia nella descrizione che nelle illustrazioni una volontà di rac- comandare un sistema ben vincolato che nel caso di commozioni telluriche permette un comportamento solidale dei vari elementi costituenti e quindi una trasmissione e distribuzione delle forze sismiche all’alzato, in maniera omogenea.
Si deve comunque a Milizia14, sintetizzando quindi speculazioni già dibattute e concetti diffusi nel ‘700, la decisa e più diretta raccomandazione di legare tutti gli elementi componenti il sistema strutturale, con l’intento di realizzare una cassa e creare una mutua solidarietà che comporti una risposta tridimensionale, con inter- vento anche delle pareti murarie di controvento caratterizzate da una maggiore rigi- dezza rispetto a quelle ortogonali alla direzione del sisma. Infatti i pannelli murari per azione del terremoto fuori dal piano, se opportunamente connessi a quelli ortogo- nali, beneiciano di una “resistenza” aggiuntiva che si oppone al ribaltamento, modi- icandone la tipologia di collasso15 e migliorandone il momento resistente. Vivenzio16 fornisce senza fraintendimenti la prova diretta della ricerca nel sistema governativo borbonico del collegamento tra le murature mediante l’utilizzo d’intelaiature lignee. Infatti, a compendio delle sue Tavole «…ravvisa principalmente tutta la connessione dei legni…»17 come contributo decisivo alla resistenza al sisma del sistema costruttivo teorizzato.

La riduzione del peso proprio della costruzione e l’abbassamento del baricentro Diversi sono gli autori nel Regno di Napoli che raccomandano correttamente la ri-duzione del carico proprio del fabbricato come accorgimento utile al ine di un au- mento della capacità antisismica della costruzione. Proprio il legno, per tale intento, garantiva un peso speciico minore rispetto alla muratura e quindi un corrisponden- te valore delle caratteristiche inerziali ridotto. Una relazione tra azione dinamica proveniente dal terremoto e peso della costruzione di cui erano pienamente consa- pevoli gli scienziati illuministi che avevano chiaramente compreso che «…il moto communicato dalla Terra tremante alle Muraglie sendo stato quasi proporzionale alle Masse delle Pietre di cui esse erano composte…»18. Una dipendenza dell’energia sismica anche dall’altezza del fabbricato, intuita da Sarti nell’osservare diversi cine- matismi derivanti da eventi tellurici che avevano provocato il crollo dalla loro cima. Poleni intervenendo sull’argomento afferma che «… son più che le basse Fabbriche, le alte soggette al pericolo del danno medesimo…»19 intuendo il concetto di periodo proprio di una costruzione che comporta, in generale, una maggiore oscillazione per fabbricati con altezze elevate, sebbene continua Poleni «…. non nego già esservi il caso, che oscillino, per ragione dè terremoti, alcune volte le Torri, e poi restino a piombo, come prima intiere…»20 ancora una volta l’osservazione fornisce la chiave di decodiicazione, l’oscillazione dipende anche dalle caratteristiche dell’azione si- smica e dalla tipologia costruttiva, esprimendo ante-litteram il fattore di struttura di una costruzione. Ne deriva quindi, basandosi su tali conoscenze sulla prevenzione dei terremoti, la decisa raccomandazione nel regolamento antisismico borbonico di limitare l’altezza dell’ediicio21 ino al caso limite, per la sicurezza e la salvaguardia della vita umana in caso di scossa tellurica, evidenziato da Mori «…di rendere tutti gli abitatori in case a pian terreno…»22.
Anche Sarti ammonisce «…non dee praticarsi sollevandosi in alto col fabbricare…»23, a tal proposito riferisce che «…i popoli del Perù, i quali ammae- strati dal bisogno, in cui si trovano di guardarsi alla meglio dei frequenti terremoti che soffrono, fabbricano le loro abitazioni di un solo piano, e quando occorra di costruirvi due piani, sogliono formare il piano superiore con dei tavolati molto leg- gieri..»24, raccomandando di ridurre i carichi con l’aumento dell’altezza del fabbri- cato25.
Lo scienziato Pisano applica diversi concetti, dell’ormai codiicata dinamica26 agli ediici, Sarti infatti dissertando sul comportamento a sisma della costruzione osserva che «..Nelle fabbriche di maggiore altezza si presentano al terremoto due elementi, che ne ingrandiscono mirabilmente la forza, cioè la resistenza …. Quanto più si oppone di resistenza alla forza motrice, tanto più ella diventa energica nel suo operare: e quanto più i pendoli oscillano in grande, tanto più si allontanano dal centro detto di gravità…»27 l’oscillazione causa l’allontanamento dal baricentro e quindi realizza per il setto murario condizioni di maggiore vulnerabilità al ribaltamento; inoltre con particolare rigore, enunciato di moderna ingegneria antisismica, intuisce che una maggiore rigidezza dell’elemento strutturale implica un accumulo del lavoro dei carichi sottoforma di energia elastica con conseguente generazioni di tensioni elevate, dificilmente tollerabili dalla struttura portante.
Il deciso consiglio di limitare l’altezza nasce dalla corretta esigenza di abbassare il baricentro della costruzione, Hamilton, scienziato e ambasciatore inglese a Na- poli, raccomanda che «…le case formassero tante piramidi troncate in tal modo … sarebbe assai più dificile che il centro di gravità venisse sbalzato fuori dalla base, e le case andassero in rovina…»28. L’identica deduzione è riscontrabile in Vivenzio, le illustrazioni delle Case formate di legno infatti rappresentano in alzato un fabbri- cato centrale con altezza maggiore e due costruzioni minori laterali, veri e propri contrafforti che descrivono una forma trapezoidale con un conseguente, se solidali strutturalmente, abbassamento del baricentro totale e importante beneicio nel fun- zionamento antisismico del sistema.

La regolarità geometrica
La rappresentazione di Case formate di legno di Vivenzio, culmine teorico per la ricostruzione, mostra una decisa regolarità in pianta ed in elevato.
Infatti, i tre ediici descritti sono caratterizzati da un organismo murario organiz- zato secondo una simmetria bi-assiale e conseguente regolare distribuzione degli elementi resistenti e delle masse, offrendo con tale disposizione uguale rigidezza al sisma secondo le due direzioni principali.
Anche in alzato, l’insieme composto da tre corpi, uno centrale di altezza superiore e due laterali, si dispone29 in maniera simmetrica.

L’ingegneria antisismica del ‘700, con deduzioni derivanti dall’esperienza, era consapevole che le forme regolari30 mostrano minore vulnerabilità al sisma, infatti rispondono, a parità di caratteristiche costruttive, inerziali e di vincolo dei vari pan- nelli murari, con rigidezza simile all’azione dinamica, scongiurando possibili effetti torsionali. Gentile indica nel cerchio la igura geometrica da perseguire in pianta «… per resistere alla forza dé terremoti…»31 un’intuizione che è derivata dall’osservazio- ne, durante il terremoto del 1742 a Livorno della torre di Marzocco che proprio per essere «..di igura all’esterno ottagonale e nell’intima struttura si approssima alla cilindrica…» ha presentato una risposta al terremoto migliore dei comuni fabbricati. Gli scienziati illuministi raccomandano di preferire «…gli ediizi… specialmente li rotondi, o di forma quadrilatera….», indicazione corretta in quanto tale sviluppo in pianta comporta, a parità di caratteristiche costruttive e carichi, che il centro delle masse corrisponda geometricamente a quello delle rigidezze e conseguentemente
«…vi abbisogna una Forza estraordinaria per allontanare la normale dalle loro basi…»32. Sanvitali consapevole che «… la igura circolare sia la più capace di tutte, fortissima a resistere, e gratissima alla vista…»33 avverte però che i costi per la sua realizzazione sono elevati e la distribuzione interna risulta condizionata, quindi in alternativa è possibile sviluppare la pianta secondo «…la igura quadrangola, e specialmente la quadrata si dee preferire…»34
Conclusioni
Le ricerche svolte da Galilei vengono implementate nel ‘700 con applicazioni pra- tiche delle leggi della meccanica: è la nascita della tecnica della costruzione una scienza tutta concreta utile a «…combinare gli artiizi del calcolo con la natura delle cose…»35. La speculazione scientiica viene intesa come investigazione di problemi applicativi e legati alla pratica trovando piena espressione nel sistema antisismico Borbonico sviluppatosi in Calabria dopo il terremoto del 1783. Il Regno di Napoli non primeggia nell’avanzamento scientiico, tuttavia gli scienziati Borbonici risul- tano particolarmente aggiornati sulla tecnica di prevenzione contro i danni derivanti dai terremoti sviluppata nel ‘700 in Italia e nel mondo. Il sistema governativo, anche nelle sue numerose varianti36, rappresenta un primato nella storia della scienza d’Eu- ropa nell’applicazione e nella perfetta sintesi dei principi della nascente ingegneria antisismica.
Bibliograia
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Ruggieri, N., Tampone, G., Zinno, R., (2013) Typical Failures, Seismic Behavior and Safety of the Bourbon system with Timber Framing, in Advanced Materials Research Vol. 778, Trans Tech Publications, Switzerland, pp 58-65.
Note
1. Ruggieri, N., Tampone, G., Zinno, R., (2013), Typical Failures, Seismic Behavior and Safety of the Bourbon system with Timber Framing, in Advanced Materials Research Vol. 778 Trans Tech Publications, Switzerland, pp 58-65.
2. La normativa Borbonica e Vivenzio non descrivono il congegno antisismico come casa baraccata solo nel XIX secolo tale deinizione identiica il sistema costruttivo costituito da muratura rinforzata da telai di legno e ideato alla ine del Settecento. Cfr. Ruggieri, N., 2013, Il sistema antisismico borbonico muratura con intelaiatura lignea genesi e sviluppo in Calabria alla ine del ‘700, in Bollettino degli Ingegneri, in corso di pubblicazione.
3. Il governo Borbonico realizza infatti, istituti di ricerca come l’orto botanico e l’osserva- torio astronomico. Particolarmente interessante, vera e propria eccellenza in Europa, è il gruppo di studiosi che investiga intorno alle eruzioni del Vesuvio in cui primeggia, alla fine del ‘700, il famoso ambasciatore e scienziato inglese William Hamilton.
4. Vivenzio, G., (1783), Istoria e teoria de’ tremuoti in generale ed in particolare di quelli della Calabria, e di Messina del MDCCLXXXIII, Stamperia Regale, Napoli, pag. 53.
5. La baracca sembra che nel XVIII secolo deinisca in generale una costruzione a struttura di legno sia nell’accezione di costruzione provvisoria che in quella di palazzo nobiliare. Cfr. Ruggieri, N., (2013) Genesi op. cit.
6. Lutio D’orsi, (1640), I terremoti di Calabria fedelissimamente descritti dal sig. Lutio D’orsi, Napoli.
7. “Istruzzioni sul metodo da tenersi nella riediicazione dei paesi diruti della Calabria” in Aricò, N., Milella, O., (1984), Riediicare contro la storia. Una ricostruzione illuministannella periferia del regno borbonico, Gangemi, Napoli.
8. Cfr. Ruggieri, N., (2011), Il legno nel ‘700, aspetti meccanici e d’anatomia, in Bollettino degli Ingegneri, n. 6, Firenze, pp. 3-16.
9. Appartenente pienamente al XVIII secolo è anche la Gaiola, il congegno antisismico utilizzato a Lisbona dopo il terremoto del 1755, nella cui deinizione, gabbia, è chia- ramente insita la ricerca di collegamento tra le pareti murarie. Con simile proposito, all’indomani del terremoto dell’Aquila del 1703, in area Borbonica quindi, si segnala la presenza dei “radiciamenti” membrature lignee all’interno della muratura con lo scopo di connettere le pareti murarie.
10. Christiani Wolii, Breslavia 1697 – Halle 1754. Cfr. Ruggieri, N., (2005), La casa anti- sismica, International Conference on the Conservation of Historic Wooden Structures, Firenze, in Atti del convegno.
11. «..Craticulam ad irmitatem fundamenti parare. Resolutio. I Pali ad distantiam 7 pe- dum juxta longitudinem Fundamenti Sublicae machinis adigantur, capitibus prominen- tibus. II Capita palorum B attenuentur ut intra crenas trabiam longiorum AA immitti possint. III Trabes AA decussatim compaginentur cum aliis transversis minoribus C, & clavis ligneis irmentur. IV Trabes transversae C ulterius coegmantentur ope trabis EE extremis AA paralelae. V In areis quadratis G deigantur pali ut supra. Scholio I. In Terrae motibus hac ratique partiam dissociatio impeditur usum quoque habet insignem craticula…» Christiani Wolii, 1738, Elementa Matheseos Universae, Pellissari & soc., Genevae, p. 344.
12. Ibidem, p. 344.
13. Carletti riporta in maniera pedissequa le indicazioni di Wolf «…La graticola… si è osservato, esser necessaria e di somma lode nelle Fondamenta, in tutti quei siti spesseggiati dai terremoti; perché con essa resta umanamente impedito lo scompaginamento delle parti, e del Fondamento…» Carletti, N., (1772), Istituzioni, op. cit., p.48, rimarcando, prima di Milizia, la necessità, nel caso di sisma di contrastare lo scompaginamento delle parti mediante la realizzazione di una solidarietà tra i vari componenti del sistema strut- turale.
14. «…Per difendersi dè tremuoti vogliono essere case di legno, ma in maniera che ciascun pezzo sia così ben connesso e incassato cogli altri, che formino tutti insieme una sola massa … le scosse potranno farla tremare, ma non mai rovesciare, né precipitare: ella è una cassa…» Milizia, F., (1828), Principii di Architettura civile di F. Milizia edizione arricchita di note ed aggiunte importantissime, Tipograia Cardinale e Frulli, Bologna, pp. 217-218, capitolo IX.
15. Modalità di rottura intuita e correttamente teorizzata da Rondelet in Traité théorique et pratique de l’art de batir che descrive dettagliatamente il ribaltamento di pareti mura- rie caratterizzate da differenti vincoli. Una tipologia di collasso trattata anche dal Prof. Giorgio Croci nella interpretazione del comportamento resistente della muratura che, soggetta ad una forza orizzontale, si dispone secondo un “arco” con innesco del cine- matismo di rottura a causa della formazione di tre cerniere. Cfr. Croci, G., Cerone, M. , (1979), Lo sviluppo dell’effetto arco nelle pareti in muratura , P.F. Geodinamica – CNR, Rep. 263, Giugno 1979, Convegno del Gruppo di Ricerca CNR Azioni sismiche e del vento sulle costruzioni – Genova, dicembre 1979.
16. Vivenzio medico della Casa reale dei Borbone è l’autore di “Case formate di legno”, pro- totipo antisismico, in accordo con il codice antisismico di Ferdinando IV, contenuto nel trattato Istoria e teoria de’ tremuoti in generale ed in particolare di quelli della Calabria, e di Messina del MDCCLXXXIII.
17. Vivenzio, G., (1783), Istoria e teoria, op. cit., p.54.
18. Sarti, C., (1783), Saggio di congetture, op. cit.
19. Poleni, G., (1748), Memorie istoriche, p. 77.
20. Ibidem, p. 78.
21. Il Regolamento borbonico, redatto immediatamente dopo il terribile terremoto del 1783, rappresenta la prima normativa antisismica d’Europa, tra le altre istruzioni comprendenti la tecnica costruttiva da utilizzare e indicazioni di vera e propria moderna protezione ci- vile, prescrive «..l’altezza…da sopra allo zoccolo ino al gocciolatoio sia di palmi 28…» Istruzzioni sul metodo da tenersi nella riediicazione dei paesi diruti della Calabria, in Aricò, N., Milella, O., (1984), Riediicare contro la storia. Una ricostruzione illuminista nella periferia del regno borbonico, Gangemi, Napoli.
22. Mauro-Mori, G., 1909, La riediicazione di Reggio, op. cit.
23. Sarti, C., (1783), Saggio, op.cit., p. 175
24. Ibidem.
25. Sono numerosi i trattati scritti da docenti napoletani che contengono l’indicazione di ridurre lo spessore della muratura proporzionalmente all’altezza del fabbricato. Istruzio- ne dettata non da ragioni antisismiche, bensì dalla consapevolezza che la riduzione dei carichi consente una minore sezione resistente.
26. Huygens, un orologiaio, nel 1671-73 è il primo ad aprire alla dinamica con l’analisi del moto pendolare. Tra le diverse raccomandazioni di prevenzione sismica Sarti sug- gerisce che «….Le muraglie di faccia di una casa, che attaccano con quelle di un’altra casa collaterale, non devono, né possono essere di differente costruzione né in riguardo alla loro altezza, né in riguardo alla loro grossezza, numero di aperture, e qualità dei materiali, per non rendersi di due gravità speciicatamente diseguali, giacchè nel caso di uno scuotimento o di un urto il moto loro risulterà differente ed ineguale…» Sarti, C., (1783), Saggio di congetture, op. cit.. Ribadisce nuovamente il concetto che l’azione del sisma è direttamente proporzionale alla massa ed alla rigidezza della struttura investita, intuendo in aggiunta, che due fabbricati contigui, al ine di scongiurare il martellamento murario, devono garantire un’oscillazione sincrona. Tale spostamento è possibile unica- mente se le costruzioni abbiano caratteristiche costruttive, di altezza e di aperture simili.
27. Sarti, C., 1783, Saggio di congetture, op. cit., p.178.
28. Hamilton, G., (1783), Relazione dell’ultimo terremoto, op. cit.
29. Vivenzio è consapevole che i corpi bassi posizionati lateralmente al fabbricato prin- cipale centrale rappresentano dei contrafforti che, nell’eventualità di evento sismico, comportano una più alta resistenza al ribaltamento «…un vantaggio notabile, qual’è degli angoli di tutte le strade occupate da fabbriche basse, le quali contribuendo alla solidità apporterebbero meno ruina in caso di violentissimo, e sovversivo Tremuoto…» Vivenzio, G., (1783), Istoria e Teoria, op. cit., p. 55.
30. Una ricerca intorno alla forma della costruzione resistente ai terremoti che rappresen- ta il preludio agli approfonditi studi effettuati successivamente, agli inizi del ‘900, da Masciari-Genoese e Ruffolo.
31. Da Di Pasquale, S., (1983), Architettura e terremoti, in Restauro LIX, LX, LXI.
32. Ibidem.
33. Sanvitali, F., Elementi di Architettura, op. cit., p. 72.
34. Ibidem, p. 73.
35. Lorgna, A., M., (1782), Saggi di Statica, op. cit., p. XV.
36. Cfr. Ruggieri, N., (2013), Genesi e sviluppo, op. cit.