Prof. Giuseppe Modoni – DIC&M – Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale

Workshop - Forte dei Marmi (LU) – 18 maggio 2012

SEMINARIO

Dissesti dei fabbricati indotti da cedimenti delle fondazioni

I CEDIMENTI DIFFERENZIALI DEI TERRENI: CAUSE, INTERPRETAZIONE DELLE LESIONI E

SOLUZIONI INNOVATIVE DI INTERVENTO”

Maurits Cornelis Escher (1898-1972)

Caspar David Friedrich (1774-1840)

Tipologie di edifici: fabbricati di antica costruzione

Rizzi, G. (1991)

Duomo di Pienza (1459-1462)Tipologie di edifici: chiese

Firenze - Ponte Vecchio (1170)

Tipologie di edifici: ponti

Campanile di Burano XVI sec.

Minareto di Al-Hadba (Mosul -Iraq) XII sec.

Torre di Pisa XII sec.

Tipologie di edifici: torri

R. Pucinotti, C. Siciliano (2009)

J.Burland (2001)

Tipologie di edifici: fabbricati moderni

Tipologie di edifici: fabbricati troppo ….. moderni

CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE• I materiali maggiormente impiegati nelle costruzioni (pietra naturale, laterizio,

cemento) garantiscono basse deformabilità ed elevata resistenze a compressione, e durevolezza (“SOLIDITA’ ”)

• Tuttavia sono materiali poco duttili e praticamente privi di resistenza a trazione.

• Nel nostro paese vi sono numerosi edifici di pregio architettonico e valore storico/monumentale, diversi da regione a regione per caratteristiche costruttive:

• funzioni e tipologia edilizie• schemi strutturali (solai piani, archi, volte ecc.)

• materiali (legno, pietra, muratura, cemento armato)• tecniche costruttive

• L’assetto strutturale è spesso assai complesso, essendo il frutto di interventi succedutisi nel tempo.

STRATEGIA DI INTERVENTO

II. Rilievo dei dissesti

III. Individuazione delle cause

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento

I. Rilievo strutturale e storico dell’edificio

RILIEVO STORICO:

• Mirato a determinare gli eventi cha hanno caratterizzato la storia del fabbricato:

Periodo di costruzione

Identificazione e datazione di eventuali parti aggiunte

Destinazioni d’uso (iniziale e successiva)

Anamnesi dei dissesti precedentemente osservati

Identificazione del valore storico, architettonico e monumentale

I. RILIEVO STRUTTURALE E STORICO DELL’EDIFICIO

RILIEVO STRUTTURALE:

• Mirato a determinare gli elementi portanti ed il loro legame statico-funzionale:

o Tipologia delle fondazioni

o Elementi di trasmissione verticale dei carichi (murature portanti, piloni, colonne)

o Elementi di trasmissione orizzontale dei carichi (solai piani, volte, archi)

I. RILIEVO STRUTTURALE E STORICO DELL’EDIFICIO

Di tutti questi elementi occorre determinare:

• I materiali impiegati

• La tecnica di posa in opera

• Lo stato di conservazione

a) pietrame a getto b) muratura riempita a sacco

c) muratura a conci squadrati

TIPOLOGIE DI FONDAZIONE DIRETTA (H < 5÷6 m)

I. RILIEVO STRUTTURALE E STORICO DELL’EDIFICIO

Edifici in muratura

a) plinti isolati b) travi rovesce c) platee

TIPOLOGIE DI FONDAZIONE DIRETTA (H < 5÷6 m)I. RILIEVO STRUTTURALE E STORICO DELL’EDIFICIO

Edifici in cemento armato

FUNZIONAMENTO IN CASO DI CEDIMENTII. RILIEVO STRUTTURALE E STORICO DELL’EDIFICIO

δ

Rigidezza flessionale crescente

I. RILIEVO STRUTTURALE E STORICO DELL’EDIFICIO

a) pietrame a getto b) muratura riempita a sacco

c) muratura a conci squadrati

Strutture snelle Strutture tozze

Edifici in muraturaFUNZIONAMENTO IN CASO DI CEDIMENTI

I. RILIEVO STRUTTURALE E STORICO DELL’EDIFICIO

Edifici in cemento armatoa) plinti isolati b) travi rovesce c) platee, zattere

Strutture isolate Strutture continue

FUNZIONAMENTO IN CASO DI CEDIMENTI

I. RILIEVO STRUTTURALE E STORICO DELL’EDIFICIO

Strutture isolateStrutture snelle

INTERAZIONE TERRENO-FONDAZIONE-STRUTTURA

FUNZIONAMENTO IN CASO DI CEDIMENTI

STRATEGIA DI INTERVENTO

II. Rilievo dei dissesti

III. Individuazione delle cause

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento

I. Rilievo strutturale e storico dell’edificio

II. RILIEVO DEI DISSESTIESAME DEL QUADRO FESSURATIVO

τ

σσmaxσmin

Riduzione tensione

principale minima

(trazione)

Aumento tensione

principale massima

(Schiacciamento)

ESAME DEL QUADRO FESSURATIVO

Cedimento di spigolo Cedimento di una sezione intermedia

II. RILIEVO DEI DISSESTI

ESAME DEL QUADRO FESSURATIVO

Pannelli murari piani

II. RILIEVO DEI DISSESTI

ESAME DEL QUADRO FESSURATIVOArchi e volte

II. RILIEVO DEI DISSESTI

RILIEVO A POSTERIORI DI SPOSTAMENTI E ROTAZIONI

hb

Con metodi empirici e speditivi

ha

hb

II. RILIEVO DEI DISSESTI

Con strumenti di misura

Livelle, giroscopi

elettronici etc.

II. RILIEVO DEI DISSESTI

hahb

RILIEVO A POSTERIORI DI SPOSTAMENTI E ROTAZIONI

RILIEVO A POSTERIORI DI SPOSTAMENTI E ROTAZIONI

Con strumenti di misura

II. RILIEVO DEI DISSESTI

Ferretti et al. (2003)

MONITORAGGIO DI SPOSTAMENTI E ROTAZIONI

Con strumenti di misura

Misure topografiche

II. RILIEVO DEI DISSESTI

Con strumenti di misura

Misuratori elettrici di forze, spostamenti e rotazioni

II. RILIEVO DEI DISSESTIMONITORAGGIO DI SPOSTAMENTI E ROTAZIONI

fessurimetrilivellometro

ENTITA’ DEI DISSESTI DISTORSIONI ANGOLARI LIMITE βmax

Categoria di danno potenziale tanβ•Limite oltre il quale possono sorgere problemi in macchinari sensibili ai cedimenti 1/750

•Limite di pericolo per strutture reticolari 1/600

•Limite di sicurezza per edifici in cui non si ammettono fessurazioni 1/500

•Limite oltre il quale possono apparire fessure nei muri di tamponamento e difficoltà nell’uso dei carri ponte 1/300

•Limite oltre il quale possono essere visibili inclinazioni di edifici alti. 1/250

•Notevoli fessure in muri di tamponamento e muri portanti in laterizio. 1/250

•Limite di sicurezza per muri portanti in laterizio con h/L<1/4. 1/150

•Limite oltre il quale si devono temere danni strutturali negli edifici. 1/150

β

II. RILIEVO DEI DISSESTI

l. Bjerrum (1963)

II. RILIEVO DEI DISSESTIENTITA’ DEI DISSESTI

II. RILIEVO DEI DISSESTI

Strutture intelaiate

Δ/L crit= 1/1000

Muratura portante

Δ/L crit= 1/2000

D/L crit= 1/3000

ENTITA’ DEI DISSESTI

STRATEGIA DI INTERVENTO

II. Rilievo dei dissesti

III. Individuazione delle cause

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento

I. Rilievo strutturale e storico dell’edificio

Errori di progettazione, esecuzione ed esercizio

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Azioni antropiche adiacenti al fabbricato

Cause ambientali

Fattori talora concomitanti o correlati

Caratterizzazione del sottosuolo imprecisa (stratigrafia poco accurata)

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Esempi

Errori di progettazione, esecuzione ed esercizio

Caratterizzazione del sottosuolo imprecisa (proprietà meccaniche sottostimate)

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Cedimenti di consolidazione sottostimati o

ignorati

OPERA ANNO DI COSTRUZIONE

CEDIMENTI OSSERVATI (mm)

Ponte di Chelsea (Londra) 1937 660

Ponte di Waterloo (Londra) 1941 130

Ponte di Aggersund (Danimarca)) 1941 800

Ponte dell’Alma (Parigi) 1854 875

Auditorium di Chicago (USA) 1889 610

Edifici ad Oslo (Norvegia) XX secolo 470-510

Monumento a Washington 1848 152.4

Errori di progettazione, esecuzione ed esercizio

Fondazioni progettate, eseguite o gestite in maniera non corretta

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Carichi distribuiti in maniera non omogenea sulle fondazioni

Terreno incoerente

Substrato roccioso

Fondazioni non uniformi

Aumento dei carichi

Errori di progettazione, esecuzione ed esercizio

Z=0

-5-10-15

510152025

-20-25-30

Sol

leva

men

to (m

m)

Ced

imen

to (m

m)

BOLOGNA

FIRENZE

Azioni antropiche svolte in zone adiacentiIII. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Scavi eseguiti in prossimità delle fondazioni (scavi a cielo aperto, gallerie)

GALLERIA VIA GRAMSCI - COMUNE DI SESTO FIORENTINO

(Croce, Modoni, Russo, 2003)

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSEAzioni antropiche svolte in zone adiacenti

Attività di estrazione mineraria

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSEAzioni antropiche svolte in zone adiacenti

Attività di estrazione mineraria

Azioni antropiche svolte in zone adiacentiPerdite nelle reti idriche sotterranee e/o imperfetto compattamento di terrapieni

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

EDIFICIO PER CIVILE ABITAZIONE PALMARIGGI (LE)

Azioni antropiche svolte in zone adiacenti

Vibrazioni indotte da

macchinari …….

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

……… o da traffico veicolare

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Città di Napoli

Presenza di cavità

Cause ambientali naturali e/o artificiali

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Via Luigi Settembrini – cavità n. 618

Cause ambientali naturali e/o artificiali Presenza di cavità

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Via Luigi Settembrini – cavità n. 618

Cause ambientali naturali e/o artificiali Presenza di cavità

Cause ambientali naturali e/o artificialiAbbassamenti della quota di falda (subsidenza)

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

CITTÀ DEL MESSICO

Cause ambientali naturali e/o artificialiAbbassamenti della quota di falda (subsidenza)

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

CATTEDRALE DI CITTÀ DEL MESSICO (Rossi, Zaldivar e Guerra, 1996)

Cause ambientali naturali e/o artificialiIII. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Abbassamenti della quota di falda (subsidenza)

TERRITORIO ITALIANO

3000m0

Bologna

Reno

Savena3000m0

Bologna

Reno

Savena

Rete di livellazione dell’Autorità di Bacino del fiume Reno (1972-1997)

Rete di livellazione del Comune di Bologna (1983-1999)

Bologna

Reno

Savena3000m0 3000m0

Bologna

Reno

Savena

TEST DI VERIFICA

cedimenti sperimentali (m)

cedi

men

ti st

imat

i (m

)

cedimenti sperimentali (m)

cedi

men

ti st

imat

i (m

)

Cause ambientali naturali e/o artificialiIII. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

Abbassamenti della quota di falda (subsidenza)

CITTA’ DI BOLOGNA

Cause ambientali naturali e/o artificialiFrane

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

LOCALITÀ PITERNIS- COMUNE DI CERVARO (FR)

Cause ambientali naturali e/o artificialiTerremoti

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

NIGATA (GIAPPONE) - 1966

CITTA’ DI CASTELLO (PG) - 1997

Cause ambientali naturali e/o artificialiErosione fluviale

III. INDIVIDUAZIONE DELLE CAUSE

STRATEGIA DI INTERVENTO

II. Rilievo dei dissesti

III. Individuazione delle cause

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento

I. Rilievo strutturale e storico dell’edificio

Principi definiti nella CARTA INTERNAZIONALE DEL RESTAURO (promulgata a Venezia nel 1964), derivanti dal concorso “di tutte le scienze e tutte le tecniche”:

• per il consolidamento si precisa l’opportunità di servirsi “di tutti i moderni mezzi di struttura e conservazione”, a patto che “ la loro efficienza sia stata dimostrata da dati scientifici e sia garantita l’esperienza”

• il Restauro “non deve alterare la distribuzione e l’aspetto dell’edificio” ma deve mirare a “salvaguardare tanto l’opera d’arte che la sua testimonianza storica” e curare che non si “falsifichi il monumento e risultino rispettate sia l’istanza estetica che quella storica” che quella funzionale.

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento

6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI

Le presenti norme riguardano gli interventi sul sistema manufatto-terreno per eliminare o mitigare difetti di comportamento.

6.10.1 CRITERI GENERALI DI PROGETTOIndividuazione delle CAUSE che hanno prodotto il comportamento anomalo dell’opera (sovrastruttura, strutture di fondazione, terreno di fondazione)Il progetto del consolidamento GEOTECNICO deve essere sviluppato unitariamente con quello STRUTTURALE.La descrizione delle modalità esecutive dell’intervento e delle opere provvisionali sono parteintegrante del progetto. Per situazioni geotecniche complesse è possibile il METODO OSSERVAZIONALE.

6.10.2 INDAGINI GEOTECNICHE E CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICAINDAGINI SUL TERRENO e sulle fondazioni esistenti, consultazione della documentazionedisponibile sul manufatto e sul terreno.In presenza di manufatti particolarmente sensibili agli spostamenti del terreno di fondazione,si devono valutare le conseguenze potrebbero indursi nel manufatto.MISURA PROTRATTE NEL TEMPO DI GRANDEZZE SIGNIFICATIVE per individuare i caratteri cinematici dei movimenti in atto, di pressioni interstiziali e di spostamenti del terreno all’interno del volume ritenuto significativo.

“Norme Tecniche per le Costruzioni” D.M. 14.01.2008 CAP. VI PROGETTAZIONE GEOTECNICA

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento“NTC” D.M. 14.01.2008

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI DI FONDAZIONE

6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI

6.10.3 TIPI DI CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO

Hydrofracturing

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento“NTC” D.M. 14.01.2008

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI DI FONDAZIONE

6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI

6.10.3 TIPI DI CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI MATERIALI COSTITUENTI LA FONDAZIONE

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento“Norme Tecniche per le Costruzioni” D.M. 14.01.2008

CAP. VI PROGETTAZIONE GEOTECNICA

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI DI FONDAZIONE

6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI

6.10.3 TIPI DI CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI MATERIALI COSTITUENTI LA FONDAZIONE

AMPLIAMENTO DELLA BASE DI FONDAZIONE

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento“Norme Tecniche per le Costruzioni” D.M. 14.01.2008

CAP. VI PROGETTAZIONE GEOTECNICA6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI

6.10.3 TIPI DI CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO

TRASFERIMENTO DEI CARICHI AGLI STRATI PIU’ PROFONDI

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI DI FONDAZIONEMIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI MATERIALI COSTITUENTI LA FONDAZIONE

AMPLIAMENTO DELLA BASE DI FONDAZIONE

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento“Norme Tecniche per le Costruzioni” D.M. 14.01.2008

CAP. VI PROGETTAZIONE GEOTECNICA6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI

6.10.3 TIPI DI CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO

TRASFERIMENTO DEI CARICHI AGLI STRATI PIU’ PROFONDI

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI DI FONDAZIONEMIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI MATERIALI COSTITUENTI LA FONDAZIONE

AMPLIAMENTO DELLA BASE DI FONDAZIONE

INTRODUZIONE DI SOSTEGNI LATERALI

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento“Norme Tecniche per le Costruzioni” D.M. 14.01.2008

CAP. VI PROGETTAZIONE GEOTECNICA6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI

6.10.3 TIPI DI CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO

TRASFERIMENTO DEI CARICHI AGLI STRATI PIU’ PROFONDI

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI DI FONDAZIONEMIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI MATERIALI COSTITUENTI LA FONDAZIONE

AMPLIAMENTO DELLA BASE DI FONDAZIONE

INTRODUZIONE DI SOSTEGNI LATERALIRETTIFICA DEGLI SPOSTAMENTI DEL PIANO DI POSA

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI TERRENI DI FONDAZIONE

MIGLIORAMENTO E RINFORZO DEI MATERIALI COSTITUENTI LA FONDAZIONEAMPLIAMENTO DELLA BASE DI FONDAZIONETRASFERIMENTO DEI CARICHI AGLI STRATI PIU’ PROFONDI

INTRODUZIONE DI SOSTEGNI LATERALI

RETTIFICA DEGLI SPOSTAMENTI DEL PIANO DI POSA

INIEZIONE DI MISCELE/RESINE CONSOLIDANTI

Burland (2001)

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’interventoINIEZIONE DI MISCELE/RESINE CONSOLIDANTI

ΔV

P sollevamento fabbricato

compressione terreno

ΔV

P

Resina più rigida

ΔV

PTerreno più comprimibile

resina

P*

6.10 CONSOLIDAMENTO GEOTECNICO DI OPERE ESISTENTI

6.10.4 CONTROLLI E MONITORAGGIOIl controllo dell’efficacia del consolidamento è obbligatorio se agli interventi consegue una ridistribuzione delle sollecitazioni al contatto terreno-manufatto. Ampiezza, strumentazioni e modalità diverse in relazione all’importanza dell’opera, al tipo di difetto del manufatto e ai possibili danni per le persone e le cose. Il monitoraggio degli interventi deve essere previsto in progetto e descritto in dettaglio – indicando le grandezze da misurare, gli strumenti impiegati e la cadenza temporale delle misure – nel caso di ricorso al metodo osservazionale. Gli esiti delle misure e dei controlli possono costituire elemento di collaudo dei singoli interventi.

IV. Progettazione, esecuzione e controllo dell’intervento“Norme Tecniche per le Costruzioni” D.M. 14.01.2008

CAP. VI PROGETTAZIONE GEOTECNICA

“Quelle lunghe catene di ragionamenti, tutti semplici e facili, di cui i geometri hanno l’abitudine di servirsi per giungere alle loro difficili dimostrazioni, mi avevano dato l’occasione di immaginare che tutte le cose di cui l’uomo può avere conoscenza si seguono nello stesso modo e che, dato solo che ci si astenga dall’accettare per vera una cosa che non lo sia e che si rispetti sempre l’ordine necessario a dedurre una cosa dall’altra, non vi sarà nulla di così lontano che alla fine non si possa giungervi né di così nascosto che non si possa scoprire”

Renè Descartes (1596 – 1650)

Ferdinando Galli Bibbiena (1657 – 1743)

Caspar David Friedrich (1774-1840)

Grazie per l’attenzione !!