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Torre civica di Città di Castello

Torre civica di Città di Castello

Consolidamento
Terreni

Tipo di struttura: Edifici storici e di pregio

Tipo servizio: Deep Injections

Comune: Città di Castello

Provincia: Perugia

Regione: Umbria

 

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LA STRUTTURA

Torre medievale caratteristica della città umbra, edificata nel tredicesimo secolo per scopi militari, ha forma rettangolare di 6,10mx6,80m e ha un’altezza massima sul fronte di 39.80m, per un totale di 7 piani. L’aspetto attuale della torre è il risultato di successivi collassi e ristrutturazioni intervenute nel corso degli anni come si deduce dalle differenti tessiture murarie.

 

IL PROBLEMA

nel marzo 2007, a seguito di un sisma che si è registrato nell’area di magnitudo 2,2 della scala Richter, una separazione di 4 cm è stata rilevata nel giunto sismico appositamente inserito fra la torre ed il palazzo vescovile adiacente.

A seguito del sisma si è prodotto un cedimento differenziale che ha fortemente incrementato la già rilevata e monitorata pendenza della torre verso la piazza antistante, con uno spostamento orizzontale fuori piombo aumentato da 72cm a 78cm, peggiorando così lo stato deformativo già prossimo al limite.

 

L’INTERVENTO

Anno di esecuzione

2007

Durata dei lavori

l’intervento di consolidamento si è protratto per 14 giorni lavorativi, con 2475kg di resina iniettati (la quantità iniettata per giorno di lavoro è stata molto variabile in dipendenza delle osservazioni scaturite dal monitoraggio in tempo reale).

Indagini in sito e prove di laboratorio

A seguito dell’evento sismico del 2007, la torre civica di Città di Castello ha subito un sensibile incremento dell’inclinazione verso la piazza, con ulteriore allontanamento dalla verticale, inclinazione comunque preesistente all’azione dinamica del terremoto. La rotazione della torre era imputabile, oltre alla locale eterogeneità della stratigrafia (peggiorata dagli strati apportati dalla antica urbanizzazione fortemente variabili in spessore), ai differenti livelli cui si trovano i piani di imposta della fondazione: più alti verso la piazza Gabriotti ed il vicolo S. Stefano a lato (-2,3m) e più approfonditi sui rimanenti lati confinanti con il Vescovado (-3,6m).

A livelli di imposta più superficiali corrisponde un più spesso strato di terreno deformabile che origina di conseguenza un maggiore cedimento, infatti la direzione di inclinazione risultava rivolta proprio verso la piazza ed il vicolo. Lo stato tensionale all’interfaccia fondazione terreno ha raggiunto il suo massimo valore al di sotto del nastro di fondazione affacciato alla piazza, pari a 7kg/cm2, proprio dove in cedimento era maggiore.
La fondazione, larga 140cm e profonda 2,80m dal piano di calpestio, è in malta cementizia con immersi frammenti di calcareniti, arenaria e ciottoli che formano un primitivo calcestruzzo. Il livello di falda è a 10m di profondità per cui non interagiva con le dinamiche di spostamento della torre, ma si erano osservati in vari punti delle perdite d’acqua da condotte sotterranee.

L’analisi tensionale agli elementi finiti aveva posto in evidenza come laddove i cedimenti erano più elevati lo stato tensionale tangenziale era prossimo a quello del criterio di rottura di Mohr-Coulomb, con l’instaurarsi di condizioni di equilibrio plastico.

  • Monitoraggio elettronico in tempo reale a mezzo di inclinometri iniziato il 3 ottobre 2007, che ha rilevato in prima lettura uno spostamento laterale della torre di 74cm verso la piazza e di 34cm in direzione del vicolo contiguo e un successivo spostamento di 8mm su ambo i lati misurato negli 11 giorni successivi;
  • Accurato studio geologico nell’ottobre 2003, che includeva sondaggi a 4 diverse profondità, prove soniche e test di laboratorio, da cui è risultata la presenza di uno strato superficiale eterogeneo di riporto fino a 5,7m di profondità, seguito da una sequenza di limo sabbioso e sabbia limosa fino alla profondità di circa 10m dove si colloca uno strato di argilla compatta.

Software utilizzati per modellare l’intervento

codice di calcolo agli elementi finiti 3D + software di calcolo Uretek S.I.M.S. 1.0 basato sull’espansione delle cavità finite di Yu H. S. e Houlsby G. T. (1991).

Modalità di intervento

si è applicata la metodologia Uretek Deep Injections basandosi sulle risultanze dell’analisi FEM dando vita ad un progetto esecutivo di intervento che però è stato oggetto di numerosi cambiamenti in relazione al comportamento della torre durante le varie fasi di iniezione, in particolare si è osservata una buona rispondenza in sito delle previsioni fatte circa il rifluimento laterale del terreno e l’incremento di tensione efficace, entrambi imputabili all’espansione volumetrica della resina nella regione trattata.

I punti di trattamento visti in pianta hanno la seguente distribuzione, ovviamente risultano afferenti ai soli lati rivolti verso la piazza ed il vicolo laterale:

L’intervento è consistito nella realizzazione di perforazioni e l’iniezione di resina sotto circa metà della superficie di appoggio della torre fino ad una profondità di 4,5 metri dal piano di fondazione.

Il trattamento è avvenuto su più livelli, adottando in taluni casi la modalità d’iniezione a colonna con estrazione a velocità controllata del tubo d’iniezione.

Esito dell’intervento

I risultati del monitoraggio e dei test penetrometrici comparativi eseguiti, hanno confermato il successo dell’intervento. L’ incremento del coefficiente di sicurezza in termini di resistenza è stato significativo e pari al 30% nelle condizioni più sfavorevoli, un risultato in linea con quanto previsto dal progetto elaborato con il sistema di calcolo. Tale valore è scaturito dall’analisi “f-c reduction” condotta con il software di calcolo FEM a partire dalle condizioni iniziali del terreno e poi dai parametri di resistenza del terreno dopo il miglioramento:

Il monitoraggio è consistito in una livellazione di precisione impostata su tre capisaldi della torre, iniziata in data 25/03/2007 e si è resa necessaria per misurare i cedimenti della struttura prima, durante e dopo l’intervento.

Le misure realizzate mostrano un evidente smorzamento della velocità dell’abbassamento dopo la fine dell’intervento, con un sostanziale appiattimento della curva cedimenti/tempo già a partire dal mese successivo alla fine dei lavori ed una stabilizzazione del manufatto che dura ormai da più di tre anni; questo conferma la bontà della modellazione realizzata in fase di progettazione, ovvero le previsioni di cedimento calcolate.

Si sono installate anche altre strumentazioni elettroniche come tre inclinometri sull’altezza della torre con un grado di precisione di 10-3 e due fessurimetri elettronici con precisione di 10-2 in accoppiata con un termometro per capire l’incidenza della temperatura sull’apertura e chiusura di fessura. Il monitoraggio è ancora in corso e non si sono registrati ulteriori cedimenti, confortando così la bontà della tecnica e della progettazione eseguita a monte.

 

OSSERVAZIONI

il metodo Uretek Deep Injections è stato privilegiato per porre rimedio al dissesto della torre di Città di Castello per il fatto di costituire una tecnologia a basso impatto, che garantisce minime vibrazioni e ridotti fori di perforazione, con iniezione di resina poliuretanica sempre a bassa pressione, così da non interferire con la stabilità dei corpi di fabbrica rasenti la torre. Inoltre si segnala per il fatto di non richiedere escavazioni invasive ed onerosi sistemi di connessione con le fondazioni esistenti, tipiche di opere di sottofondazione.

Lo studio tecnico di Uretek ha saputo intervenire tempestivamente offrendo una soluzione progettuale rispondente alle esigenze di arresto del cedimento in corso, che ha portato ad un miglioramento accertato e duraturo dei parametri meccanici del terreno.