Progetto per il consolidamento statico ed il risanamento esterno della Chiesa di Santa Margherita in Bagnasco (CN)

Caratterizzazione dei materiali esistenti. Indagini in situ e definizione delle proprietà meccaniche delle murature da utilizzare nella modellazione ad elementi finiti

Gli studi di cui al presente articolo si riferiscono alle strutture murarie costituenti il complesso edilizio della Chiesa Parrocchiale di Santa Margherita, sito nel Comune di Bagnasco (CN) (Figura 1), nell’ambito di un progetto per il consolidamento statico ed il risanamento esterno e restauro architettonico del complesso edilizio.

Figura 1: Chiesa di Santa Margherita in Bagnasco

Il complesso edilizio della Chiesa di Santa Margherita è attualmente inagibile per ordinanza del Comune di Bagnasco del Febbraio 2009 resasi indispensabile a seguito di intense nevicate che durante gli inverni 2008-2009 hanno prodotto una inflessione notevole della copertura lignea la quale, premendo contro la volta del presbiterio, ne ha determinato il crollo in alcune parti. Oltre alle problematiche riguardanti le strutture murarie di copertura, si sono rilevate delle criticità strutturali, seppur localizzate, anche sui maschi murari verticali. Il corpo della Chiesa è interessato infatti dalla presenza di un’importante lesione ad andamento sub verticale passante sulle murature della parete absidale (Figura 2) e di un sistema di lesioni sulle murature del campanile che ne denunciano la tendenza al distacco dalle murature del corpo principale della Chiesa.

Figura 2: Lesione absidale vista dall’esterno

Sono pertanto stati svolti un insieme di indagini e di calcoli di verifica statica e sismica riguardanti il complesso edilizio, necessari per la scelta ed il dimensionamento di opportuni sistemi di consolidamento strutturale indispensabili per ripristinare i requisiti minimi di sicurezza per le strutture.
Le analisi e le verifiche di cui sopra sono state effettuate con l’ausilio del codice di calcolo agli elementi finiti Midas Gen 2014 v.1.1. Sono state condotte le seguenti tipologie di analisi: Analisi Lineare Statica, Analisi Lineare Dinamica e Analisi Elasto-Plastica Non Lineare, conosciuta anche come Analisi di Push-Over.

Le indagini preliminari svolte sono consistite in quanto segue:
• Rilievo delle geometrie, esteso alla chiesa ed alla canonica (Figura 3);
• Rilievo del quadro fessurativo, esteso alla chiesa ed alla canonica;
• Caratterizzazione dei materiali esistenti;
• Indagini geotecniche, geofisiche e sismiche.

Figura 3: Ricostruzione geometrica in CAD 3D delle strutture esistenti

La modellazione strutturale elaborata è particolarmente avanzata e complessa data la geometria dell’edificio. Allo scopo di ben rappresentare le complessità geometriche si è voluto realizzare un modello tridimensionale sviluppato utilizzando elementi finiti bidimensionali (Figura 4).

Figura 4: Modello ad elementi finiti della chiesa di Santa Margherita in Bagnasco

Buon parametro di controllo per la modellazione è il confronto tra i risultati dell’analisi modale ed i risultati di prove dinamiche (dei micro tremori) eseguite in particolare sulle parti più sporgenti in direzione verticale, tipicamente i campanili. In questo caso il modello ha mostrato un ottimo accordo: la frequenza misurata pari a 2.3 Hz ha trovato una buona corrispondenza nel modello che ha fornito un valore di 2.63 Hz.
Il comportamento delle pareti del campanile sotto le azioni sismiche è stato analizzato mediante analisi di pushover. A causa dell’assenza di impalcati rigidi, sono stati considerati diversi punti di controllo per il tracciamento delle curve di capacità, che hanno mostrato tra loro un buon accordo. Le analisi di pushover sono state effettuate con caricamento proporzionale alle masse e ai primi modi di vibrare, che coinvolgevano più del 75% della massa nelle due direzioni principali.

Figura 5: Mappa di danneggiamento nel campanile al termine del caricamento laterale

Il passo successivo è stato quello di progettare gli interventi di rinforzo e di modificare il modello numerico per simulare lo stato di progetto. I valori del modulo di reazione verticale sono stati incrementati per tenere conto del consolidamento effettuato attraverso l’iniezione di resine nel terreno; i carichi agenti sulle volte sono stati diminuiti per tener conto dello svuotamento delle stesse; le volte sono state poi consolidate attraverso elementi di rinforzo. Il modello così ottenuto è stato utilizzato per valutare il livello di sicurezza statica e sismica globale dell’edificio nello stato di progetto, verificando quindi l’efficacia e la validità degli interventi scelti.