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1 NUOVE IDEE PER L ADEGUAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI STORICI ROMA, 11 MAGGIO 2010 ENEA VIA GIULIO ROMANO, 41 RODOLFO ANTONUCCI, Univpm, Studio Tecnico Antonucci Leoni Restauro e ricomposizione della Torre dell Orologio a Gemona Restauro e ricomposizione della Torre dell Orologio a Gemona studiotecnico@antonuccileoni.it BRUNO CARPANI, Enea ALESSANDRO POGGIANTI, Enea

2 Foto 1 La Torre dell Orologio è parte del Castello di Gemona del Friuli che sorge su un altura che sovrasta il centro storico (foto 1). La storia del sito è molto antica. Un apposita campagna di scavi archeologici e indagini a messo georadar ha portato al rinvenimento di importanti reperti che variano dall età del bronzo fino all epoca napoleonica. Sono state messe in luce, inoltre, importanti strutture murarie dell insediamento romanico e medioevale, nonché tombe contenenti scheletri umani. Il sisma del 1976 ha gravemente danneggiato il Castello e in particolare ha causato il crollo della Torre dell Orologio Orologio. Il Castello, con la torre, era, a prescindere dell importanza storica archeologica del sito, un significativo e importante segno che caratterizzava la città di Gemona.

3 L Amministrazione Comunale ha deciso di restaurare il Castello per aprirlo alla fruizione della cittadinanza e, in particolare, di ricostruire l immagine della città con il forte segno della Torre dell Orologio. l Le prescrizioni prevedevano che la ricostruzione doveva essere la più fedele possibile all originale. Allo scopo è stata incaricata la Sopraintendenza AA. AA. AA. AA. e SS del Friuli Venezia Giulia, che attraverso la documentazione fotografica acquisibile, la ricerca e la catalogazione dei conci murari ritrovati, ha ricostruito la composizione e la ricomposizione della tessitura muraria originaria (anastilosi). Allo scopo sono stati catalogati e numerati i conci e ricostituiti i prospetti. A titolo di esempio sono riportate due fotografie della torre come era prima del sisma e le ricostruzioni di alcuni prospetti; le linee più marcate segnano la parte superstite dopo il crollo della torre.

4 Planimetria dei conci ricuperati e numerati

5 Anastilosi del fronte NORD Fronte NORD-OVEST

6 Anastilosi idel lfronte EST Fronte EST- SUD

7 PRIMO INTERVENTO DI RINFORZO (1982) La Torre, a seguito del sisma, ha subito un crollo riducendosi a un moncone. Su questo è stato eseguito un primo intervento di rinforzo strutturale. La tecnica usata è stata fortemente invasiva. Dalla figura che riproduce una parte del progetto realizzato, si rileva un impiego massiccio di micropali (in numero di 63) che collegano un cordolo di c.a., posto in sommità del moncone parzialmente ricostruito, con il piano di sedime della fondazione costituita da roccia calcarea. A questi si aggiungono dei tiranti costituiti da trefoli di acciaio armonico disposti verticalmente e orizzontalmente; quest ultimi su più file a mo di cerchiatura del moncone. Il notevole numero di micropali è giustificato, nel progetto, assegnandogli g anche la funzione di portare il peso della parte di torre ricostruita.

8 Il progetto del 1982 prevedeva la ricostruzione come era in origine con murature dello stesso Il progetto del 1982 prevedeva la ricostruzione come era in origine con murature dello stesso materiale e dimensioni. Le linee marcate indicano la parte superstite dopo il sisma.

9 STATO ATTUALE DELLA TORRE Tipologia muraria Le murature della Torre sono a sacco costituite da due fodere esterne di conci sbozzati di pietra calcarea con interposto t un riempimento di spezzoni di piccolo spessore, disposti a strati e legati con malta a formare una specie di conglomerato. La foto a lato mostra lo stato della torre dopo l interveneto del Stato attuale della torre

10 PROGETTO ARCHITETTONICO E STRUTTURALE Prima di redigere il nuovo progetto sono state eseguite accurate indagini: Brevemente, è risultato che le iniezioni di resina hanno avuto una modesta penetrazione, concentrata prevalentemente nelle zone limitrofe al foro d iniezione, lo stesso dicasi per quelle di boiacca di cemento espansivo. La causa è, probabilmente, dovuta all impiego di materiali inidonei o alla modesta iniettabilità delle murature Prima di redigere il progetto di ricostruzione della torre, il rudere è stato indagato approfonditamente al fine di verificare il risultato del primo intervento di rinforzo/recupero. Le indagini con georadar hanno evidenziato che la muratura delle pareti non è omogenea, infatti, si passa da zone con buone caratteristiche di compattezza e omogeneità a zone in cui queste qualità sono modeste o decisamente scarse. Per quanto riguarda i tiranti, le prove di controllo dello stato di tensione hanno, in genere, fornito risultati accettabili. Da ultimo, dalle indagini geologiche/geotecniche sul masso di roccia calcarea su cui insistono le fondazioni, è risultato che questo è interessato da diverse fratture. In conclusione, il progetto originario, che prevedeva la ricostruzione della torre com era in origine partendo dal moncone come base di appoggio, a causa delle sue modeste qualità meccaniche, è risultato inattuabile.

11 Nel nuovo progetto si sono presentati i seguenti problemi. Le indagine sulle murature esistenti hanno evidenziato la loro scarsa affidabilità statica, per cui non era possibile usare il moncone di torre come base per la ricostruzione. Si è deciso, quindi, di bypassare questo tratto di torre prevedendo una nuova struttura idonea per questa scelta. Si è optato per una struttura di acciaio anche per le difficoltà operative, vista l asperità del luogo. Il moncone di torre è alto circa 13,5 m; una struttura di acciaio costituita da quattro pilastri con interasse 4,50 m, sarebbe risultata molto flessibile con problemi di interferenza con le murature, inoltre, un pilastro sarebbe capitato in corrispondenza del vano di accesso alla torre. Si è previsto, quindi, un primo tratto, alto circa 4,70 m, costituito da una struttura a forma tubolare quadrata di c.a. con pareti di spessore 0,60 m. Su questa si è impostata la struttura di acciaio che è costituita, fino alla quota di circa 13,5 m, da quattro pilastri posizionati negli spigoli pg e collegati da tre ordini di travi.

12 Ulteriore problema era costituito dalla notevole massa (i conci di calcare pesano circa 22 kn/m3 e sono larghi mediamente 35 cm) con il baricentro molto in alto che faceva prevedere forti azioni di trazione sulle fondazioni. La funzione del primo tratto, massiccio, di c.a., è anche quella di contribuire a diminuirne l effetto. Sezioni della struttura in corrispondenza dei pilastri Pianta tipo

13 Particolare del collegamento del pacchetto muratura alla struttura di parete Schema della struttura portante la muratura di tamponamento Per garantire il collegamento della muratura alle strutture di parete e un adeguata resistenza all azione azione sismica perpendicolare al loro piano, ogni due ricorsi di blocchi, è previsto un traliccio di tipo commerciale (usato nelle murature armate) costituito da barre di piccolo diametro di acciaio zincato, collegato, a sua volta, mediante spilli a uno strato di intonaco armato di spessore 5 cm, armato con rete elettrosaldata zincata Ǿ 8 15x15 che fascia anche gli elementi strutturali di parete.

14 SCHEMA STATICO I quattro pilastri inseriti nell interno del moncone sono incernierati alla base e continui fino alla quota di 13,50 m, livello inferiore del primo irrigidimento orizzontale. I tre ordini di travi che li collegano hanno schema statico di trave incernierata. Per garantire la stabilità, a ogni livello su i quattro lati sono inseriti dei controventi dissipativi ad instabilità impedita. La parte della struttura tt oltre il primo irrigidimento i idi orizzontale ha i ritti incernierati i a tutti i livelli, mentre le travi interne di piano sono continue. A ogni livello, i pilastri centrali sono controventati con profilati di acciaio Le pareti perimetrali sono state t schematizzate t come shell di c.a. di 5 cm di spessore a peso nullo, trascurando il contributo della parte in blocchi di pietra. Il peso complessivo di queste pareti è stato considerato applicato sulle travi. La struttura, così come progettata, è assimilabile a un oscillatore semplice. Infatti, la parte superiore può essere considerata come un corpo unico molto rigido (massa oscillante) collegata ai pilastri contenuti nel moncone (parte elastoplastica). La presenza dei controventi dissipativi, oltre a fornire una capacità dissipativa che in una struttura tt di tipo tradizionale i sarebbe modesta, ha anche lo scopo di diminuire i i gli spostamenti ed evitare così l interferenza con le murature del moncone e di diminuire, dissipandola, l energia di ingresso dovuta al sisma.

15 CALCOLO DI VERIFICA DEI DISSIPATORI A INSTABILITA IMPEDITA L interferenza tra struttura di acciaio e le murature esistenti a quota 13,50 m è stata considerata il parametro più significativo per il progetto del controvento dissipativo. Allo scopo si è condotto un calcolo con lo spettro di progetto con fattore di struttura q 0 = 2 (strutture a mensola) con controventi elastici a V dove erano previsti quelli dissipativi. Con questa prima analisi si è ottenuto un ordine di grandezza della rigidezza dei controventi che soddisfacesse il parametro di progetto: lo spostamento relativo tra struttura di acciaio e muratura perimetrale esistente. Questa procedura ha permesso di ottimizzare, dopo poche prove, la rigidezza dei controventi dissipativi. Caratteristiche meccaniche del controvento dissipativo Il controvento dissipativo è costituito da due elementi strutturali posti in serie; una molla elastica costituta dall asta di acciaio e un elemento non lineare elasto-plastico costituito dal dissipatore (vedi schema grafico). Parte elastica Dissipatore: Rigidezza controvento: Asta composta da un HEM piastre 25X270 saldate. Area=HEM x25x270= =284cm^2 Kt=5905KN/mm Kd=207KN/mm Fy =275KN s su = 25mm Fmax=410KN Kc= KN/mm 989

16 CALCOLO Il calcolo è stato eseguito con il programma agli elementi finiti SAP 0. La normativa adottata t è quella delle Norme Tecniche per le costruzioni i (NTC 14/01/8). La struttura in questione, pur rientrando in classe II, è fatta ricadere in classe III in base a quanto prescritto dalla Normativa Regionale. Le azioni sismiche sono state valutate in relazione ad un periodo di riferimento V R tramite la relazione VR = VN CU dove VN =50 anni, C U =1,5 Secondo la procedura richiesta dalle norme citate, si è valutata dalla cartografia la pendenza media del rilievo su cui sorge la torre di Gemona. La pendenza è risultata essere compresa fra il 15 30%. La conoscenza di questo dato è servita per definire il parametro T, categoria topografica. Il valore adottato è T3 =3 Tramite il programma spettri NTC ver si è ottenuto lo spettro di risposta elastica sia orizzontale che verticale per lo SLV e per lo SLC. Quest ultimo sarà applicato alla struttura per valutare la deformata plastica massima del dissipatore, dato fondamentale per la sua progettazione. Gli spettri risultanti sono stati introdotti nel programma SIMQKE ottenendo un set di accelerogrammi artificiali che sono stati applicati alla struttura in esame. Nelle figure seguenti è riportato un esempio di quanto tratto dal programma (NTC 14/01/8).

17 SPETTRI Spettro elastico SLV Spettro elastico SLC

18 ts ts T Rappresentazione di un accelerogramma e del relativo spettro (SLV) T Rappresentazione di un accelerogramma e del relativo spettro (SLC)

19 ENERGIA DISSIPATA L inserimento dei dissipatori ha comportato una consistente dissipazione di energia. Nella tabella A è riportata l energia di ingresso e l energia dissipata per le combinazioni di carico allo SLV. Tabella A Energia Energia di SLV dissipata ingresso % COMB COMB COMB

20 SPOSTAMENTI DI INTERPIANO ALLO SLV NODI 1116/1100 a quota / 2373 NODI 1148/1132 a quota 3253/ (cella campanaria)

21 ALLUNGAMENTO DELLA BARRA DISSIPATIVA ALLO SLC

22 FONDAZIONE VERIFICA DEI MICROPALI DI FONDAZIONE ALLO SLC: La situazione di maggior sollecitazione si verifica in uno spigolo della base (n 52 nella schematizzazione del calcolo) N=2497KN (trazione) Si dispongono due pali Φ s=10mm A=32.8 cm 2 Sono state eseguite le verifiche al punzonamento, allo sfilamento e al taglio Posizione micropali scala1: Ø12/15" Polistirolo Muro della torre 1400 Magrone Roccia 9 Particolare micropali scala1:10