Lezione 20_2_2013

Consolidamento degli edifici storici a.a. 2012 – 2013
Prof. Paolo Faccio
coll. arch. Elisa Fain- arch Paola Scaramuzza
orario : mercoledì 9.00-14.00 S. Basilio, mag. 6 aule 0.5-0.7
lezione n. 1 presentazione del corso
20 febbraio
Presentazione corso
27 febbraio
Costruzioni in muratura
6 marzo
Costruzioni in legno
13 marzo
Danno e dissesto: lettura e
restituzione
20 marzo
Il sisma
27 marzo
Linee Guida per la valutazione e
riduzione del rischio sismico
INDICE DELLE LEZIONI
3 aprile
Sopralluogo a Palazzo Ducale
Mantova
10 aprile
Sopralluogo a Palazzo Ducale
Mantova
17 aprile
Progetto di consolidamentotecniche (a)
24 aprile
Progetto di consolidamentotecniche (b)
8-9 maggio
Seminario: materiali e tecnologie
dell'architettura moderna
15 maggio
Revisioni
•
BIBLIOGRAFIA
Letture sulla meccanica delle murature storiche, Antonino Giuffrè, Edizioni Kappa, Roma, 1991
Sicurezza e conservazione dei centri storici, Il caso Ortigia, a cura di Antonino Giuffrè, Editori Laterza, Bari, 1993
Il manuale del legno strutturale, AA.VV., Coord. Gen. Luca Uzielli, Mancosu Editore, Roma, 2001
Restauro e consolidamento, AA.VV., a cura di Aldo Aveta, Stella Casiello, Francesco La Regina, Renata Picone, Mancosu
Editore, Roma, 2003
Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale, Allineamento alle nuove Norme
tecniche per le costruzioni, Circolare n. 26 del 2 Dicembre 2010, Editore Gangemi, Roma, 2010
Atti del convegno “Archeologia dell’Architettura: temi e prospettive di ricerca”, a cura di Gian Pietro Brogiolo, svoltosi
presso la Sala Conferenze del Forte di Gavi (AL) dal 23 al 25 settembre 2010 in Archeologia dell'Architettura, XV, 2010
NUMEROXV 2011
Manuale delle murature storiche, AA.VV., dirett. Scientifico Antonio Borri, a cura di Chiara Donà e Alessandro De Maria,
D.E.I. tipografia del Genio Civile, Roma, 2011
Schema di Linee Guida per la conservazione delle architetture di interesse archeologico. Conoscenza, prevenzione,
manutenzione. in Interventi per la tutela e la fruizione del patrimonio archeologico, Terzo Rapporto. a cura di Roberto
Cecchi, Edizioni Electa, Milano, 2011.
Veduta di
palazzo Ducale
nel XVII secolo
L’esercitazione
IL CASO STUDIO : LA RUSTICA A PALAZZO DUCALE A MANTOVA
La Rustica
La Camera
degli Sposi
Palazzo Ducale, castello di S. Giorgio
La Rustica
Il Cortile della Cavallerizza chiamato anche prato
della Mostra, fu realizzato dall'architetto Giovan
Battista Bertani, che nel 1556 uniformò le
costruzioni che lo definiscono secondo gli stilemi
di Giulio Romano che caratterizza la preesistente
palazzina detta "La Rustica" che vi si affaccia. Era
il luogo dove erano mostrati i cavalli gonzagheschi
pronti per la vendita, cavalli che erano considerati
dai Gonzaga, insieme ai cani e ai falchi, gli animali
più fedeli all'uomo. Il cortile è caratterizzato dal
basamento in un bugnato rustico tipico di Giulio
Romano e dal soprastante ordine costituito da
semicolonne tortili.
L’attività consisterà nell’approfondimento di un
rilievo materico costruttivo e del danno con
ipotesi interpretative sul dissesto e interventi di
consolidamento
Sezione della Rustica.
Rilievo di M. Annaloro, . Caramaschi, R. Lomellini, A. Roversi, tratto da AA.VV. Giulio Romano, Electa, Milano 1989
Particolare della facciata e delle volte a
piano terra
La costruzione
Il modo di eseguire una costruzione consiste tutto nel ricavare da diversi materiali,
disposti in un certo ordine e congiunti ad arte ( pietre squadrate, malte, legnami, etc )
una struttura compatta e nei limiti del possibile – integra e unitaria. Si dirà integro e
unitario quel complesso che non contenga parti scisse o separate dalle altre o fuori dal
loro posto, bensì in tutta l’estensione delle sue linee dimostri coerenza e necessità”
L.B. Alberti L’Architettura, De re aedificatoria, Libro III – L’esecuzione dell’opera
Bisogna, dunque ricercare, nella struttura, quali siano le parti fondamentali, quali il loro
ordinamento, quali le linee di cui si compongono.
L.B. Alberti L’Architettura, De re aedificatoria, Libro III – L’esecuzione dell’opera
Danneggiamento, invecchiamento e coefficiente di sicurezza
ENTI RESISTENTI CON MODELLO INTERPRETATIVO ADEGUATO
PUNTO C : COINCIDENZA DEGLI ENTI RESISTENTI
CON ENTICON
SOLLECITANTI
: ILDICOEFFICIENTE
DI
RESISTENZA
PROGRAMMI
MANUTENZIONE
SICUREZZA E’ PARI A 1
COEFFICIENTE DI SICUREZZA
AL TEMPO T
ENTI SOLLECITANTI CON CORRETTA VALUTAZIONE DELL’USO
COSTRUZIONE ESISTENTE
DANNI
DISCONTINUI
INVECCHIAMENTO
DANNI
CONTINUI
MODIFICA DELLE
CARATTERISTICHE
MECCANICHE DEI
MATERIALI
TRASFORMAZIONI
ANTROPICHE
EVENTI CALAMITOSI
DANNEGGIAMENTO
MODIFICA DELLE
NORMATIVE SULLA
SICUREZZA
RIDUZIONE DEL
COEFFICIENTE DI
SICUREZZA S= R/S CHE
DEVE ESSERE > 1 CON
R = ENTI RESISTENTI ED
S = ENTI SOLLECITANTI
MODIFICA DELLE
PRESTAZIONI
DELL’ORGANISMO
RESISTENTE PER
ASSENZA DI
MANUTENZIONE
DANNI CONTINUI : INVECCHIAMENTO DEI MATERIALI - 1
decadimento continuo delle caratteristiche meccaniche del materiale
La trave anche solo per peso proprio si
deforma per fluage del legno
DANNI CONTINUI : INVECCHIAMENTO DEI MATERIALI - 2
decadimento continuo delle caratteristiche meccaniche del materiale
I resti della Torre Civica di Pavia
La torre civica di Pavia, crollata nel 1989 per un probabile collasso per fatica
della muratura. Lunghi tempi di sforzo di compressione elevato, nel caso peso
proprio, riducono la resistenza limite del materiale.
DANNI CONTINUI : DEGRADO DEI MATERIALI - 1
decadimento della funzionalità strutturale per assenza di manutenzione
Il degrado che colpisce parti di
muratura esposte agli agenti
atmosferici, consiste
prevalentemente nella soluzione
della matrice del legante,
disgregando il masso murario
Il degrado per erosione dei giunti e
alveolizzazione, scagliatura e
polverizzazzione del blocco inducono
riduzione della superficie resistente e un
peggioramento della diffusione dei
carichi, con possibile innesco di
eccentricità dei carichi. L’assenza, o
carenza, di manutenzione accelera i
fenomeni
DANNI CONTINUI : DEGRADO DEI MATERIALI - 2
decadimento della funzionalità strutturale per assenza di manutenzione
Il degrado del nodo puntone catena, induce un
abbassamento del colmo (
) e una spinta
orizzontale sulle imposte, trasformando una
struttura chiusa in un cavalletto con implicazioni
sulle murature
Abazia di Praglia – PD. Rilievo del degrado delle capriate
DANNI DISCONTINUI : EVENTI CALAMITOSI - 1
eventi sismici, alluvioni, eventi atmosferici eccezionali
Il sisma
L’Aquila, il danneggiamento della
Prefettura per il terremoto del
2009. L’edificio è strategico.
Santa Barbara a Mantova 2012
Prefettura a L’Aquila 2009
DANNI DISCONTINUI : EVENTI CALAMITOSI - 2
eventi sismici, alluvioni, eventi atmosferici eccezionali
L’alluvione di Firenze del 1966, l’azione dell’acqua perpendicolare al piano
degli arconi, induce uno sforzo negativo per la struttura, notoriamente efficiente
per azioni appartenenti al piano stesso
DANNI DISCONTINUI : EVENTI CALAMITOSI - 3
eventi sismici, alluvioni, eventi atmosferici eccezionali
…pur essendo il carico neve previsto e stimato secondo normativa, eventi
eccezionali come la nevicata del 2012 possono mettere in crisi le strutture
DANNI DISCONTINUI : TRASFORMAZIONI ANTROPICHE - 1
modifiche planoaltimetriche , destinazioni d’uso e aggiornamenti tecnologici
Inserimento di pluviale entro la compagine
muraria in prossimità di un nodo a martello
della muratura, che indebolisce il nodo
costruttivo
DANNI DISCONTINUI : TRASFORMAZIONI ANTROPICHE - 2
modifiche planoaltimetriche , destinazioni d’uso e aggiornamenti tecnologici
Ripetute trasformazioni d’uso comportano modifiche degli elementi costruttivi
spesso non coordinati, sporadici che implicano una variazione del
comportamento strutturale con esiti a a volte imprevedibile
DANNI DISCONTINUI : TRASFORMAZIONI ANTROPICHE - 3
modifiche planoaltimetriche , destinazioni d’uso e aggiornamenti tecnologici
Trasformazione del sistema costruttivo nel tempo. Sopraelevazioni,
accorpamenti, modifiche della forometria. Variazione dei carichi sia come entità
che distribuzione e modifica della consistenza della compagine strutturale
Tratto da G. Scalora, G. Monti La conservazione dei centri storici in zona sismica. Academia Universa Press, Milano 2010
DANNI DISCONTINUI : MODIFICA NORMATIVE SULLA SICUREZZA
Classificazione sismica del territorio italiano. Fonte (SSN)
Al 1909
Al 1984
Al 1927
Al 2003
Al 1937
Al 2006
Incertezza nella
definizione delle
azioni
Incertezza
nella
definizione
delle
caratteristiche
meccaniche
dei materiali
Incertezza della
definizione del
comportamento
strutturale
dell’architettura
VALUTAZIONE
DELLA CAPACITA’
RESIDUA DELLA
COSTRUZIONE
Incertezza nella
definizione di R e S
Indeterminatezza
di R e S
IL PERCORSO DELLA
CONOSCENZA
Procedure per la riduzione delle
incertezze
Incertezza dell’assetto
geometrico
Incertezza delle
caratteristiche
tecnologiche
Incertezza sulla
efficienza in
relazione al
livello di
degrado
IL PERCORSO DELLA
CONOSCENZA
Procedure per la riduzione delle
incertezze
La riduzione delle aleatorietà –
incertezze - consente di definire
un modello interpretativo della
costruzione che, una volta
validato, può divenire anche
modello previsionale
IPOTESI DI FUNZIONAMENTO MECCANICO
DELL’EDIFICIO
MODELLO INTERPRETATIVO
A- MODELLO QUALITATIVO
B- MODELLO ANALITICO O NUMERICO
VALUTAZIONE DEL GRADO DI
COMPATIBILITA’ CON LA DESTINAZIONE
D’USO
LA DEFINIZIONE DEL MODELLO INTERPRETATIVO CONSENTE LE VALUTAZIONI
DELLA CAPACITA’ RESIDUA PER MEZZO DI PROCEDURE PRELIMINARMENTE
QUALITATIVE E SUCCESSIVAMENTE ANALITICHE E/O NUMERICHE
IL PROGETTO DI CONSOLIDAMENTO RAPPRESENTA UN
INSIEME DI OPERAZIONI CHE, DEFINITO IL
COMPORTAMENTO STRUTTURALE ACCERTABILE
DELL’EDIFICIO, DOPO LA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA
RESIDUA , MODIFICA, SE NECESSARIO, LA RELAZIONE TRA
ENTI SOLLECITANTI E ENTI RESISTENTI
UNA VOLTA DEFINITA LA CAPACITA’ RESIDUA DELLA
STRUTTURA SI PUO’ CONDIZIONARNE LA QUALITA’ DEL
COMPORTAMENTO
IL PROGETTO DI CONSOLIDAMENTO
IL PROGETTO DI CONSOLIDAMENTO RAPPRESENTA
UN INSIEME DI INTERVENTI IN GRADO DI
MODIFICARE, SE NECESSARIO, IL COEFFICIENTE DI
SICUREZZA
S<R
INTERVENTO PASSIVO
S<R
INTERVENTO ATTIVO
S<R
INTERVENTO MISTO
INTERVENTO PASSIVO : INNALZAMENTO DELLE RESISTENZE E
DELLE RIGIDEZZE
INTERVENTO ATTIVO : RIDUZIONE E/O CONDIZIONAMENTO DELLE
SOLLECITAZIONI
INTERVENTO MISTO : UTILIZZO DI UNA COMBINAZIONE DELLE
TIPOLOGIE PRECEDENTI
INTERVENTO PASSIVO :
INCREMENTO DELLE
RESISTENZE E DELLE
RIGIDEZZE
INTERVENTO ATTIVO : INTRODUZIONE DI FORZE NEL SISTEMA ESISTENTE PER
UNA CONFIGURAZIONE DEGLI ENTI SOLLECITANTI PIU’ COERENTE CON
L’ORGANISMO RESISTENTE
INTERVENTO ATTIVO
SALA DELLA TROMBA A TRENTO : SISTEMA DI MIGLIORAMENTO
DELL’ORDITURA LIGNEA PRINCIPALE DELLA COPERTURA
Manutenzione e restauro
capacità
residua
Limite di
sicurezza
Manutenzione
programmata
Intervento di
restauro
0
tempo
Perdita di capacità prestazionale in relazione al
danneggiamento
SCHEMA DI RELAZIONE TRA PROGETTO DI RESTAURO E CAPACITA’
RESIDUA.
L’intervento di restauro comporta una trasformazione con perdita di materia
storica molto elevata
IL CONSOLIDAMENTO NEGLI EDIFICI APPARTENENTI AL PATRIMONIO
TUTELATO
L’ALEATORIETA’
NELLA DEFINIZIONE
DEGLI ENTI
RESISTENTI SI
RIDUCE DEFINENDO
E AFFINANDO I
MODELLI
INTERPRETATIVI .
UNO DEGLI
ELEMENTI
FONDAMENTALI PER
LA VALIDAZIONE DEL
MODELLO E’ IL
RILIEVO DEL DANNO
Tutte le manifestazioni descritte – danni continui e danni
discontinui- implicano la possibilità di comparsa di
danneggiamenti che riducono la capacità della struttura. L’insieme
di segni che caratterizzano il danno, debbono essere pertanto letti
e restituiti alfine di poter giungere ad una interpretazione dei
fenomeni che hanno generato lo stato di conservazione della
costruzione.
L’INSIEME DI FENOMENI
CHE CARATTERIZZANO IL
DANNO STRUTTURALE E’
DEFINITO DISSESTO
DISSESTI
DEFORMAZIONI
LESIONI
FESSURAZIONI
MANIFESTAZIONI DEL DANNO
STRUTTURALE
1- Il superamento in un punto della coesione del materiale definisce la fase
originaria di rottura (soluzione di continuità del solido che si propaga sotto forma
di fessura)
2- Il rilievo del dissesto deve descrivere le manifestazioni di danno strutturale
3- L’interpretazione del dissesto da origine alla definizione di possibili cause
perturbatrici e pertanto ad ipotesi del comportamento meccanico della costruzione
La rappresentazione del danno trova una particolare cura e metodologia
collegata al principio di relazionare la manifestazione al tipo architettonico e
alla causa possibile della perturbazione
L’andamento dei plessi fessurativi può
indicare possibili meccanismi di danno
IL PROGETTO DI CONSOLIDAMENTO :
ESEMPI NELLA STORIA
Il progetto di consolidamento era inteso prevalentemente come riparazione. E’ evidente
comunque come l’intervento fosse sempre accompagnato da un preciso rilievo del
danno
Progetto di intervento per la sostituzione di una colonna d’angolo. Si può osservare
come la colonna presenti il danneggiamento che comporta la sostituzione, il sistema di
provvedimenti per l’esecuzione delle opere e elementi di rafforzamento, cerchiature e
catene interne
Interventi di riparazione per il governo dei plessi fessurativi
Illustrazione della inefficacia delle catene estradossali in presenza di ridotto carico
verticale sui piedritti. A dx incatenamento di muri contrapposti e uso del solaio come
catena. L’azione ridotta sul piedritto consente una rotazione con cerniera al di sotto del
capochiave
Figure 1, 2, 3 e 7, 8, 9 - Della maniera di rafforzare i puntoni, attraverso la controspinta operata da pezzi
orizzontali e, in presenza di un monaco, attraverso contraffissi commessi al monaco.
Tratto da : J. Rondelet Trattato teorico e pratico dell’arte di edificare., Mantova,
Il disegno illustra una tradizionale modalità di consolidamento delle strutture lignee a molte aste, costituita
dall’aggiunta di elementi atti a ridurre lunghezze, condizionare giunzioni e unioni mediante l’aggiunta di elementi
Figure 9, 10 e 11 - Raddrizzamento dei muri ottenuto con il solo sforzo della contrazione del ferro delle catene
realizzate con ancore esterne a disco di ferro fuso, poste in opera e sperimentate da Molard, direttore del
Conservatorio delle Arti e Mestieri, nel locale dell'antica Abbazia di Saint-Martin-des-Champs, a Parigi;
elevazione, sezione, profilo della superficie della volta; e prospetto del muro dalla parte del giardino e dettagli
della ferramenta
Tratto da : J. Rondelet Trattato teorico e pratico dell’arte di edificare., Mantova,
Il restauro del Colosseo : Valadier
Realizzazione dello sperone in laterizio dopo il terremoto del 1806
Il restauro del Colosseo : Stern
e Valadier
Margine superiore dell’ordine corinzio dopo il restauro
dello Stern nel 1806. Lo Stern sostiene i blocchi
fratturati con tamponamenti e staffe
R. Stern (1806) : restauro del Colosseo a Roma
Stern, sperone e orbonatura dei fornici al di sotto della dislocazione dei conci
nel settore orientale
R. Stern (1806)
R. Stern (1806)
Il restauro del Colosseo : Valadier
Capitelli e basi
sono duplicati
mentre la
struttura è
laterizia.
La struttura in
laterizio è
scialbata
mediante una
patina a fresco
generale.
VALADIER (1824 – 1829) : INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO
DEL COLOSSEO A ROMA
Valadier ( 1824 –
1829)
IL TEMPIO DI CASTORE E POLLUCE A CORI - LATINA
Il tempio dei Dioscuri era invece situato nei pressi del foro. Costruito tra il IV secolo a.C.
e il II secolo a.C. l'edificio venne restaurato, come testimoniato da un'iscrizione
sull'architrave, verso il I secolo a.C. da due magistrati, che utilizzarono parte del tesoro
del tempio ricostruendo l'edificio in stile corinzio. L'edificio venne inglobato e sulle sue
rovine sorsero diversi edifici privati e una chiesa, che venne dedicata a San Salvatore.
Ciò che resta della struttura sono due colonne in stile corinzio che sorreggono un tratto
di architrave attraverso cui è stato possibile risalire ai committenti dell'opera e alle
divinità a cui il tempio era dedicato e parte del podio. Altri resti sono inglobati in un
edificio moderno adiacente ai resti visibili. Le colonne sono alte 10 metri e rivestite di
stucco in modo da sembrare di marmo, hanno un diametro di 90 centimetri e distano tre
metri l'una dall'altra. Originariamente il tempio era esastilo, ossia con sei colonne sul
fronte principale.
Durante il periodo medievale l'intera area del tempio
era stata occupata da abitazioni, le stesse colonne
erano state inglobate nelle murature poi isolate nel
secolo scorso
G.B. Piranesi Antichità di Cora descritte ed
incise da Giovambat Piranesi , Roma 1764
Il tempio di Castore e Polluce a Cori
(LT). E’ evidente come la trasformazione
in epoca medioevale in abitazioni abbia
comportato una serie di dissesti, in
particolare il cedimento di una angolata
probabilmente per eccesso di carico
sulla fondazione originale. Il danno,
documentato dalla fessurazione
rappresentata dal Piranesi è stato
condizionato con il posizionamento di un
contrafforte
RILIEVO, ANALISI, INTERPRETAZIONE E PROGETTO DI CONSOLIDAMENTO
ESEMPI
Chiesa di San Lorenzo di Tenno TN
Rilievo geometrico dell’edificio
L’analisi del dissesto e del degrado suggerisce l’esecuzione di un programma di monitoraggio
Analisi termografiche per definire le discontinuità, in questo caso derivanti dal tenore di
umidità nelle murature e da distacchi di intonaco
La chiesa di San Lorenzo a Tenno presenta una conformazione ad aula unica con
copertura a falda realizzata mediante travi principali in appoggio ad arconi interni.
L’analisi stratigrafica mette in luce la presenza di interventi di consolidamento
appartenenti ad una unica fase. Gli interventi di rinforzo sono localizzati in punti critici
nel caso di evento sismico, in particolare il ribaltamento delle pareti laterali
Tratto da : scheda per il rilevamento del danno ai beni culturali – chiese. DPC e MIBAC
L’analisi stratigrafica identifica due fasi
di intervento chiaramente collegabili
ad eventi sismici pregressi
Interventi di miglioramento che
riducono la vulnerabilità.
Realizzazione di piano rigido
in falda e cordolo monobarra
anulare con malta di calce
idraulica con metacaolino
“Casa degli Affreschi”, Ossana, TN. Caso studio con applicazione
completa della metodologia di rilievo, analisi, valutazione della
vulnerabilità, interventi di messa in sicurezza e miglioramento
Caratterizzazione materico costruttiva e del danno
I meccanismi di
danno individuati
sono correlati alle
fasi di
trasformazione e
ai rapporti
costruttivi: la
presenza di fasi di
trasformazione
possono
consentire un
affinamento delle
cause del danno e
di possibili
evoluzioni
Accostamento e posizione di rilievo del fuori piombo
La valutazione dei meccanismi di collasso possibili si relaziona con le caratteristiche materico
costruttive e con l’analisi stratigrafica. Questo rende possibile un affinamento del rilievo
calibrato
Valutazione speditiva degli impalcati :
L’analisi a vista consente di apprezzare
grandezze e caratteristiche rilevanti per la
valutazione del danneggiamento e una
prima programmazione dell’intervento.
SI
NO
Le indicazioni dei rapporti macrostratigrafici e considerazioni sulle caratteristiche
materico costruttive consentono di evidenziare il macroelemento specifico con il relativo
meccanismo di collasso probabile.
Il progetto
Il progetto
Messa in sicurezza e protezione
della parete affrescata
Cavalletto di rinforzo della trave
rompitratta della copertura
Messa in sicurezza dei fori finestra
Messa in sicurezza del meccanismo di
ribaltamento della facciata
2013 : ABACO DEGLI INTERVENTI, interventi sulle coperture
2013 : ABACO DEGLI INTERVENTI, interventi su murature e impalcati lignei
Localizzazione degli interventi
Localizzazione degli interventi
Localizzazione degli interventi
INTERVENTI PUNTUALI