PALAZZO COMUNALE

  • 1)

INQUADRAMENTO DEL BENE OGGETTO DI STUDI

Il Palazzo, sede del Comune di Mirandola, al momento delle attività di Ricerca risultava inagibile a causa degli ingenti danni provocati dal sisma che ha colpito l’Emilia Romagna nel 2012 e oggetto di un intervento di recupero interamente finanziato dal Commissario alla Ricostruzione per un importo di circa 7,45 milioni di euro.

Dal punto di vista morfologico, l’edificio presenta dimensioni in pianta 18,00 x 14,00 m circa e si sviluppa su quattro piani fuori terra (piano terra, ammezzato, primo e sottotetto), per un’altezza massima pari a 16 m circa. La struttura portante è in muratura, con copertura in legno.

  • 2)

RICERCA STORICO-CRITICA

Come desunto dalla ricerca storica, l’edificio presenta un nucleo originario databile all’anno 1450 il quale ha subito nel corso dei secoli una evoluzione costruttiva riassumibile in ben sette fasi distinte. Lo studio dell’evoluzione storica dell’edificio è utile alla lettura dell’edificio e all’interpretazione critica dello stato di danno.

 

FASE 0) Nel 1450 ha inizio la costruzione del fabbricato.

FASE 1) Loggiato Nord: Nel 1468, al fine di completare l’edificio con un prospetto elegante, viene realizzato il corpo nord consistente in un loggiato prospiciente la piazza.

 

FASE 2) Loggiato Sud: Nel 1783 è stato eseguito un secondo intervento importante consistente nella realizzazione del loggiato sud, con la contestuale demolizione delle case adiacenti al Palazzo Comunale.

 

FASE 3) Interventi strutturali: Nel 1841 è stato completato per tre colonne del loggiato nord un intervento di restauro strutturale e conservativo, resosi necessario a causa di alcuni cedimenti manifestatisi sulle murature. Nel 1868 sono stati realizzati due pilastri di dimensione 80 cm ai due lati della facciata principale, nell’ambito di un progetto di restauro e riduzione delle arcate della facciata principale a luce minore.

FASE 4) Rifacimento facciate: Alla fine dell’800 sono stati eseguiti degli interventi finalizzati ad uniformare tutte le facciate dell’edificio.

 

FASE 5) Interventi sulla facciata Nord: Nella prima metà del 900, data la necessità di porre fine ai problemi di instabilità dell’edificio, sono stati eseguiti nuovi interventi consistenti nella riforma dei pilastrini d’angolo con la riduzione delle arcate, Avviene il puntellamento della Loggia Nord mediante pilastri in muratura distanziati tra loro di 2,00 m e travi lignee utili al sostegno degli orizzontamenti.

 

FASE 6) Risistemazione interna: Nella seconda metà degli anni ‘20 è stato eseguito un sostanziale intervento di risistemazione al fine di migliorare la distribuzione degli ambienti interni, con realizzazione dello scalone monumentale

 

FASE 7) Ultimi interventi: Dopo il 1968 è stata eseguita la sostituzione delle travi lignee dei solai con travi in acciaio. Dal sottotetto è stato ricavato un nuovo piano.

APPLICAZIONE DEL PROTOCOLLO DI INDAGINE DEL PROGETTO DI RICERCA

ESTENSIONE DEL MODELLO SVILUPPATO NEL CAMPO PROVE DI MIRABELLO ALLE PROBLEMATICHE DI LIQUEFAZIONE E ANALISI DEI TERRENI NEL SOTTOSUOLO IN PRESENZA DI EDIFICIO: IL PALAZZO COMUNALE DI MIRANDOLA

 

 

 

PARTE A – PROVE CONVENZIONALI

  • 3)

FASE 0: INDAGINE  GEORADAR

OBIETTIVI GENERALI DELL’APPLICAZIONE DELLA TECNICA: Il rilievo preliminare con georadar è stato impiegato al fine di valutare le caratteristiche superficiali del terreno in ambiente urbano attorno all’edificio in relazione alla localizzazione di reti e sottoservizi, all’andamento delle tubazioni, alla mappatura di eventuali rilevanze strutturali ed archeologiche.

MOTIVAZIONI: al fine di trasporre in ambiente urbano la metodologia operativa precedentemente sviluppata in campo aperto, si è reso necessario eseguire una “scansione” del sottosuolo che consentisse di applicare successivamente le diverse tecniche di indagine in condizioni di sicurezza, salvaguardando l’integrità dei sottoservizi e delle strutture interrate. L’indagine georadar è stata impiegata in modo rapido, non lesivo ed economico se rapportato ad altri metodi di indagine diretti per supportare la esatta ubicazione dei sottoservizi in funzione delle attività geognostiche, geosismiche e geofisiche (sondaggi, Cpt, geofisica)

programmate  intorno al Palazzo che prevedevano:

 

  • n. 1 sondaggio verticale fino a 30 mt;
  • n. 4 prove CPT;
  • n.2 prove Masw;
  • n.96 esecuzione di fori e ubicazione picchetti metallici profondi fino a 1 m per la geoelettrica superficiale 2D;
  • n. 10 sondaggi profondi fino a 13 m per inserire le catene di misura per la geoelettrica 3D.

APPLICAZIONE DEL METODO GEORADAR AL CASO IN ESAME:

A seguito di un sopralluogo preliminare, verificata la situazione logistica del contorno, presa visione dei vari cantieri presenti, individuate le aree non rilevabili, si è deciso al fine di programmare le attività di indagine di suddividere l’area di studio in quattro  settori, rispettivamente:

•    la parte Nord (Piazza della Costituente), profili in colore blu;

•    la parte Sud (Piazza Giuseppe Mazzini), profili in colore verde;

•    la parte Ovest (Vicolo del Palazzo), profili in colore rosso;

•    la parte Est (Via Curtatone), profili in colore arancio.

Ciascun settore è stato coperto da una griglia di misura GPR con maglia da 1,00 x 1,00 m. La prospezione completata intorno al Palazzo, misura  complessivamente circa 1500 m.

Eseguita la mappatura geofisica con prospezione di georadar e acquisita tutta la documentazione in possesso al gestore dei servizi è stato possibile appurare delle discordanze discrete tra quanto rilevato e quanto documentato nelle tavole fornite. La mappatura dettagliata ha consentito pertanto di ridurre al massimo il pericolo di danneggiamento dei sottoservizi nelle operazioni di sondaggi e nell’esecuzione dei fori preliminari alla geoelettrica.

Interpolando i vari radar grammi dei reticoli effettuati è stato possibile produrre “slice” areali a tre profondità differenti, rispettivamente a 0,30 m, a 0,50 m e a 1 m dal piano campagna.

Va sottolineato che, la presenza di zone discontinue nella graficizzazione dei target, è imputabile all’impossibilità logistica di eseguire la prospezione di superficie a causa di ostacoli vari presenti sul terreno da indagare.

La situazione che emerge dall’analisi delle slice a 0,30 m di profondità è che, la porzione di terreno compresa tra queste e il p.c. è esente dalla presenza di sotto servizi, le uniche anomalie evidenziate nelle slice, sono riconducibili alla presenza di possibili cavi elettrici presenti nella parte Nord su Piazza Della Costituente.

 

Fig. GPR.1 – Anomalie nel terreno alla profondità di 0,30 m  evidenziate in viola nella parte Nord rispetto al palazzo comunale su Piazza Della Costituente

Alla profondità di 0,50 m rispetto al p.c., si iniziano a riscontrare anomalie del terreno riconducibili alla presenza di possibili sotto servizi che corrono lungo Via Curtatone e Vicolo del Palazzo (Figura GPR.2a e GPR.2b).

Nella parte più a Sud rispetto al palazzo comunale, nell’area di indagine che interessa Piazza Giuseppe Mazzini si riscontra un’anomalia del terreno riconducibile alla presenza di un sottoservizio che corre lungo la direzione Est/Ovest (GPR.2c).

 

Fig. GPR.2 – Anomalie nel terreno alla profondità di 0,50 m rispetto al p.d.c. evidenziate in viola; a) Vicolo del Palazzo, b) Via Curtatone, c) Piazza Giuseppe Mazzini

Alla profondità di 1 m rispetto al p.c. si riscontrano numerose anomalie nel terreno in tutte le quattro aree di indagine riconducibili alla presenza di sotto servizi, mettendo in evidenza la reale posizione e la direzione di quest’ultimi.

 

 

L’immagine GPR.3 mette a confronto l’area di Piazza Giuseppe Mazzini indagata alla profondità di 0,50 m (Figura GPR.3a) e alla profondità di 1 m (Figura GPR.3b) mettendo in evidenza la presenza di anomalie nel terreno riconducibili alla presenza di sotto servizi a diverse profondità di posa.  

 

Fig. GPR.3 – a) Area di Piazza Giuseppe Mazzini indagata a 0,50 m di profondità dal p.d.c. con anomalie evidenziate in viola; b) Area di Piazza Giuseppe Mazzini indagata a 1 m di profondità dal p.d.c. con anomalie evidenziate in viola.

Grazie all’indagine georadar è stato possibile realizzare una pianta delle posizioni reali dei sottoservizi presenti nell’intorno del palazzo comunale di Mirandola.

E’ stato poi possibile confrontare tale pianta con il tracciato di posa indicativo di massima della tubazione dell’acqua, del gas e della fognatura fornito dall’ente gestore.

Sovrapponendo le due piante è stato possibile evidenziare, zone in cui le posizioni reali dei sottoservizi presenti nell’area coincidono con i tracciati di massima e zone in cui le posizioni reali dei sotto servizi differiscono anche di alcuni metri dalle posizioni di massima riportate in carta.

È stato possibile infine ubicare le zone adatte all’esecuzione delle prove geognostiche – utili per la caratterizzazione del terreno – esenti da sottoservizi, salvaguardando quest’ultimi da possibili danneggiamenti in fase di perforazione.

Tavola di confronto tra la mappatura dei sottoservizi eseguita con indagine geofisica Georadar e il tracciato degli impianti fornito dalla società di gestione dei servizi

  • 4)

FASE 1: CAMPAGNA DI INDAGINI GEOGNOSTICHE “CONVENZIONALI”

Ubicati i sottoservizi attorno al Palazzo Comunale e individuate delle aree idonee ad operare in condizioni di sicurezza, la prima fase della campagna di ricerca è consistita nell’esecuzione di prove “convenzionali” – in accordo a quanto previsto dalle attuali Norme Tecniche per le Costruzioni nel capitolo 6 – necessarie a:

  • caratterizzare dal punto di vista geologico, geotecnico e sismico l’area su cui sorge l’edificio
  • ricavare un primo set di dati atti previsione della stabilità alla liquefazione.

 

Il Programma di indagine è stato articolato come segue:

 

  • Sottofase 1.1 – INDAGINE GEOLOGICA utile alla definizione delle unità litotecniche, degli eventuali processi geomorfici e alla modellazione geologica del sito (6.2.1. DM 14/01/08).

 

  • Sottofase 1.2 – INDAGINE GEOTECNICA necessaria a fornire tutti i dati geotecnici utili per il progetto, la caratterizzazione e la modellazione del volume significativo di terreno interessato (6.2.2. DM 14/01/08).

 

  • Sottofase 1.3 – VALUTAZIONE DELLA RISPOSTA SISMICA DEL SITO (ai sensi del D. M. 14/01/2008 NNTC), ai fini della verifica agli Stati Limiti Ultimi (SLU) (6.4 del D.M. 14/01/08) e della verifica di possibili fenomeni di liquefazione, al fine della progettazione per azioni sismiche.

INQUADRAMENTO GEOLOGICO: 

L’area oggetto di studio è posta nel centro storico del Comune di Mirandola (MO). Dal punto di vista geologico nell’area affiorano i depositi di argille sabbiose e sabbie argillose come illustrato e riportato nella “Carta della litologia di superficie”, tratta dalla “Carta geologica d’Italia”.

L’area oggetto di studio è posta nella bassa pianura modenese, in una zona pianeggiante alla quota topografica media di circa 17.00 m s.l.m..

Inoltre la “Carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica” redatta dalla Regione Emilia Romagna (Ordinanza n.70 del 13/09/2012) classifica l’area in oggetto come zona potenzialmente suscettibile alla liquefazione (L).

Un altro dato interessante è deducibile dalla “Carta dei fattori di amplificazione e del rischio di liquefazione” a cura della Regione Emilia Romagna (Ordinanza n.70 del 13/09/2012), in cui si evince che l’area in oggetto ricade nella zona LQ2, inerente terreni suscettibili di liquefazione tra 10 e 20 m dal piano campagna. L’edificio oggetto di studio viene inoltre classificato nel Piano della Ricostruzione del Comune di Mirandola come INAGIBILE (E) secondo quanto riportato nella “mappa del danno (schede AEDES), mappa delle ordinanze di demolizione, mappa delle richieste pervenute di revisione del vincolo di tutela” (tavola PdPIC.QC.3_VAR2), di cui viene riportato qui a fianco un estratto.

INQUADRAMENTO GEOGNOSTICO:

La campagna geognostica inerente lo studio del terreno di fondazione del Palazzo Comunale è stata espletata mediante le seguenti indagini:

  • n. 3 prove penetrometriche statiche con punta elettrica e piezocono CPTU;
  • n. 1 sondaggio a carotaggio continuo;
  • n.1 indagine sismica in foro down hole;
  • n. 1 indagine sismica con metodologia ESAC;
  • n. 2 indagini sismiche con metodologia Re.Mi;
  • n. 2 indagini sismiche con metodologia MASW;
  • n. 4 indagini sismiche passive HVSR;

Durante l’esecuzione del sondaggio a carotaggio continuo sono stati prelevati n.9 campioni rappresentativi del terreno di fondazione. Sui campioni prelevati, allo scopo di valutare le caratteristiche geotecniche del terreno di

fondazione dell’area oggetto di studi, sono state eseguite analisi di laboratorio di geotecnica, consistenti in:

  • n. 5 analisi granulometriche (AGI 1994, ASTM D421-02, ASTM D422-02, ASTM D1140-00, ASTM D2217-98);
  • n. 2 limiti di consistenza di Atterberg ( ASTM D 4318);
  • n 1 prova di compressione triassiale o cilindrica non consolidata – non drenata U.U. (AGI 1994);
  • n. 1 prove di taglio non consolidato non drenato e n.1 prova di taglio consolidato drenato (AGI 1994, ASTM D 3080-03);
  • n. 2 prove edometriche con edometro a fulcro fisso (AGI 1994, ASTM D 2435-03, ASTM D 3877-02, ASTM D 4546-03, ASTM D 4186-89).

 

L’integrazione delle analisi in situ e di laboratorio hanno evidenziato la presenza in loco di granulometrie riferibili a:

  • Limo con argilla;
  • Sabbia argillosa;
  • Limo sabbioso ed argilloso.

 

In modo schematico, la colonna stratigrafica “media” può essere così sintetizzata (a partire dalla superficie) come segue:

  • 0 - 8 metri: terreni argillosi.
  • 8 - 27 metri: alternanze di terreni sabbiosi e limoso-sabbiosi passanti a terreni marcatamente sabbiosi.

 

Il rilievo della falda freatica da parte di geo Group ha fornito i seguenti risultati:

  • CPTU 1 : -27.01 m da p.c. – livello falda freatica -3.50 m da p.c.
  • CPTU 2 : -26.81 m da p.c. – livello falda freatica -3.50 m da p.c.
  • CPTU 3 : -23.63 m da p.c. – livello falda freatica -3.20 m da p.c.
  • CPTU 4 : -12.12 m da p.c. – livello falda freatica -3.20 m da p.c.

 

Le figure seguenti mostrano alcuni stralci relativi alle prove CPTU.

In base alla nuova classificazione sismica, redatta al fine di definire un sistema normativo per la progettazione antisismica e acquisire dei criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale, il Comune di Mirandola ricade in classe 3.

 

Per effettuare, invece, la caratterizzazione sismica del terreno sono state eseguite n.1 indagine in foro DOWN HOLE, n. 1 indagine sismica con metodo ESAC, n. 2 indagini sismiche con metodo Re.Mi., n. 2 indagini sismiche con metodo MASW e n. e indagini sismiche passive HVSR da cui si sono ricavati i risultati esposti di seguito.

 

Gli spettri H/V ottenuti dall’elaborazione delle n. 4 indagini sismiche passive HVSR eseguite in sito non hanno evidenziato alcuna frequenza caratteristica di sito. Secondo la classificazione del suolo della nuova normativa sismica per gli edifici (D.M. 14 Gennaio 2008) si classifica il terreno di fondazione come appartenente alla categoria C, corrispondente a depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fine di media consistenza con spessori superiori a 30 metri, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu30 < 250 KPa nei terreni a grana fine).

 

Sulla base dei contenuti del D.M. 14/01/2008 “Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni” è stato definito un parametro di accelerazione massima attesa ag in relazione ad un tempo di riferimento TR stimato di 712 anni, considerando una classe d’uso pari a III. Per l’area in oggetto, identificata dalle seguenti coordinate geografiche (ED50): Latitudine: 44.887929° e Longitudine: 11.067172°, tale parametro è risultato pari ad ag attesa= 0.166g. Quindi, secondo l’approccio semplificato (D.M. 14/01/2008), dopo gli opportuni calcoli, si ottiene il seguente valore di Amax = 0.239g.

 

VERIFICA DI LIQUEFAZIONE:

 

Dopo aver caratterizzato il terreno attraverso l’interpretazione di dati da prove penetrometriche statiche CPT, è stata eseguita una stima del rischio di liquefazione di terreni sotto falda in condizioni sismiche, mediante il metodo semplificato di “Robertson e Wride”.

I metodi semplificati richiedono che venga definito un sisma di progetto, attraverso l'introduzione dell'accelerazione sismica orizzontale massima in superficie e della magnitudo di riferimento.

Tutti i metodi semplificati permettono di esprimere la suscettibilità alla liquefazione del deposito attraverso un coefficiente di sicurezza, dato dal rapporto fra la resistenza al taglio mobilitabile nello strato ( R ) e lo sforzo tangenziale indotto dal sisma (T), come di seguito riportato:

Un deposito dovrà essere considerato suscettibile di liquefazione se il coefficiente di sicurezza Fs sarà minore di 1.

La grandezza T dipende dai parametri del sisma di progetto (accelerazione sismica e magnitudo di progetto). R è funzione delle caratteristiche meccaniche dello strato, principalmente del suo stato di addensamento, e può essere ricavato direttamente attraverso correlazioni con i risultati di prove penetrometriche statiche.

Per l’esecuzione delle verifiche della suscettività del sito al fenomeno di liquefazione sono state considerate le metodologie semplificate proposte da Robertson & Wride (1998) e Boulanger & Idriss (2008). Il metodo di Robertson e Wride (1998) permette di correlare la resistenza al taglio R mobilitata nel terreno con i risultati delle prove penetrometriche statiche.

 

La verifica alla liquefazione è stata eseguita sulle n. 3 verticali di prova statiche elettriche con piezocono CPTU eseguite in sito tramite l’utilizzo del software CLiq v. 1.7.1.6 prodotto da GeoLogisMiki – Geotechnical Software.

 

Dalle verifiche alla liquefazione eseguite per l’area in oggetto sono stati ottenuti i seguenti valori:

5)

RILIEVO GEOMETRICO – STRUTTURALE CON TECNOLOGIA LASER SCANNER

A supporto dell’attività di ricerca è stato eseguito un rilievo metrico con Laser Scanner Terrestre (LST) distanziometrico a tempo di volo (ToF) ScanStation C10 di Leica Geosystems. L’utilizzo di tale strumentazione ha assicurato una risoluzione ed un’accuratezza di rilievo sub-centimetriche.

 

Dal modello preliminare 3D a nuvola di punti, ciascuna nuvola è stata analizzata e scomposta in elementi architettonici semplici e architettonici tipologici. Per ogni tipologia di elemento da ricostruire è stato realizzato un modello a superfici triangolari (mesh) aderente alla sua forma geometrica rilevata.

 

L'estrazione delle rappresentazioni geometriche bidimensionali (piante, sezioni, prospetti), ad una scala di riferimento 1:100, è avvenuta utilizzando come base il modello a superfici ottenuto con la procedura precedentemente descritta.

 

Le tavole ad oggi realizzate sono:

 

  • n°5 piante: Piano Terra, Piano Rialzato, Piano Primo, Piano Secondo, Piano Sottotetto in scala 1:100;
  • n°4 prospetti esterni scala 1:100;
  • n°5 (quattro) sezioni verticali scala 1:100.

6)

MODELLAZIONE AGLI ELEMENTI FINITI E VERIFICA DI VULNERABILITA’ SISMICA

SINTESI DEL PERCORSO DI VERIFICA:

Terminata la prima fase di accertamenti geognostici sul terreno, così come descritto in precedenza, ed effettuati i rilievi per la ricostruzione geometrica del fabbricato con laser scanner, si è proceduto con la definizione di un modello numerico strutturale che riproduce l’edificio esistente in termini di dimensioni degli elementi strutturali, dettagli costruttivi e di caratteristiche meccaniche dei materiali.

Ai fini della modellazione è stato impiegato il programma di calcolo Sismicad 12.4, dedicato al progetto e verifica di elementi strutturali. Il programma utilizza come analizzatore e solutore del modello strutturale un proprio solutore agli elementi finiti tridimensionale fornito col pacchetto.

Si è proceduto nella valutazione del fattore di accelerazione fa,SLV, (IR), indicatore di rischio sismico definito dal rapporto tra l’accelerazione al suolo che porta al raggiungimento dello Stato Limite di salvaguardia della Vita (SLV) e quella corrispondente al periodo di ritorno di riferimento (ag, SLV), entrambe riferite alla categoria di suolo C, come dedotto dalle analisi sismiche del suolo. Sul modello di calcolo sono state condotte analisi sismiche di tipo globale attraverso analisi Pushover.

Sulla base, sempre, dei contenuti del D.M. 14/01/2008 è stato definito un parametro di accelerazione massima attesa ag in relazione ad un tempo di riferimento TR stimato di 949 anni, considerando una classe d’uso pari a IV. Per l’area in oggetto, identificata dalle seguenti coordinate geografiche (ED50): Latitudine:44,887929° e Longitudine: 11,067172°, tale parametro è risultato pari ad ag attesa= 0.187g. L’accelerazione orizzontale di picco attesa ag è definita in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido (suolo categoria A) e con superficie topografica orizzontale. Per l’area studiata, sita, come suddetto in una zona di pianura e appartenente, quindi alla categoria topografica T1, si ottiene un fattore topografico ST pari a 1.0. In base a tali valori del fattore stratigrafico SS e del fattore topografico ST il calcolo dell’accelerazione massima orizzontale Amax è risultato pari a 0.264g.

IDENTIFICAZIONE DEL LIVELLO DI CONOSCENZA DELLE STRUTTURE:

Per quanto concerne il numero dei rilievi e delle prove in sito eseguite per caratterizzare il fabbricato, è necessario sottolineare che questa fase è limitata all’esecuzione di alcuni accertamenti sulle strutture mediante endoscopie e saggi, mentre per le proprietà meccaniche dei materiali si è fatto riferimento ai valori di riferimento della tabella C8A.21 della Circolare n°617/C.S.LL.PP. del 2009.

Sulla base del primo set di dati raccolto, si intende raggiunto il livello di conoscenza limitato LC1, al quale corrisponde il fattore di confidenza FC = 1,35.

ESITO DELLE VERIFICHE: 

 

La vulnerabilità sismica viene valutata in base al fattore di accelerazione fa,SLV, o IR definito dal rapporto tra l’accelerazione al suolo che porta al raggiungimento dello Stato limite di salvaguardia della Vita (SLV) e quella corrispondente al periodo di ritorno di riferimento, entrambe riferite alla categoria del suolo corrispondente. L’indice calcolato è pari a fa,SLV: 0,665.

PARTE B:

SVILUPPO DI UN APPROCCIO INNOVATIVO

 BASATO SULLA TOMOGRAFIA DI RESISTIVITA’ ELETTRICA

7)

FASE 2: INDAGINE GEOELETTRICA DI SUPERFICE

OBIETTIVI GENERALI DELL’APPLICAZIONE DELLA TECNICA:

Il nodo centrale del progetto di ricerca è consistito nell’attività sperimentale finalizzata alla verifica dell’approccio diagnostico del sottosuolo, mediante tomografia della resistività elettrica (ERT), quale tecnica di rilievo e caratterizzazione delle litologie liquefacibili con attività sismica.

Lo scopo delle indagini è quindi la caratterizzazione del sottosuolo da un punto di vista geologico-stratigrafico impiegando metodi geofisici di tipo geoelettrico in configurazione tomografica al fine di:

  • identificare le porzioni di sottosuolo potenzialmente soggette al fenomeno della liquefazione;
  • caratterizzare dal punto di vista geofisico le litologie interessate dal fenomeno della liquefazione manifestatosi nella zona in occasione del sisma del 20 maggio 2012 ai fini dell’esportabilità della metodologia di studio in ogni altro contesto comparabile.

 

PRINCIPI DELLA TECNICA DI RESISTIVITA’ ELETTRICA DI SUPERFICE:

La tecnica geofisica utilizzata è stata quella della tomografia della resistività elettrica in superficie (ERT). Il sistema permette di ricostruire la distribuzione spaziale in 3 dimensioni della resistività reale nel sottosuolo con una risoluzione che dipende dalla distanza tra gli elettrodi.

Un numero elevato di elettrodi (molte decine) viene opportunamente disposto sul terreno da indagare; tutti gli elettrodi sono collegati, mediante un apposito cavo multiconduttore, allo strumento di acquisizione.

Le misure finalizzate alla ricostruzione delle resistività nel sottosuolo vengono effettuate utilizzando dispositivi riconducibili ad uno schema di configurazione a quadripolo. Uno strumento, denominato georesistivimetro, immette nel sottosuolo mediante due elettrodi - in genere indicati con A e B - una corrente nota I e misura, tramite due altri elettrodi - M e N - la differenza di potenziale ΔV che tale corrente produce nei punti del terreno nel quale sono stati posti gli elettrodi stessi.

La tecnica ERT consente di passare automaticamente ad una seconda coppia di trasmissione e così via fino a raggiungere il numero massimo di misure indipendenti sui quadripoli ABMN programmati nello strumento. Si ottengono così centinaia/migliaia misure per ciascuna sezione di interesse e, con un apposito algoritmo di inversione, è possibile ricostruire la distribuzione di resistività reale del sottosuolo.

Essendo il terreno disomogeneo, la differenza di potenziale ΔV è funzione, oltre che della distanza tra gli elettrodi, anche della distribuzione di resistività nel sottosuolo: di conseguenza il valore di resistività è una funzione della posizione dei mezzi stessi nel sottosuolo. L’obiettivo della ERT è dunque quello di ricostruire al meglio forma, posizione e resistività dei mezzi a partire da più misure di resistività apparente.

Per quanto riguarda l’interpretazione delle sezioni geoelettriche, in funzione dei terreni presenti nelle aree indagate, è possibile schematizzare nel modo seguente:

•    Alta resistività (colorazione rosso – arancio): terreni di riporto asciutti, sabbie e ghiaie, materiali elettricamente isolanti, guaine, solette e condutture in cemento, trovanti, frammenti litoidi, massicciate stradali e ferroviarie, cavità, fluidi resistivi.

•    Bassa resistività (colorazione blu – viola): terreni limo-argillosi, argille, strutture elettricamente conduttive, masse metalliche, griglie elettrosaldate, cisterne metalliche, serbatoi, binari ferroviari, zone umide, fluidi conduttivi

APPLICAZIONE DEL METODO GEOELETTRICO AL CASO IN ESAME:

 

La campagna geofisica è stata effettuata perimetralmente al Palazzo Comunale di Mirandola in un contesto pertanto completamente urbanizzato. Le misure geofisiche sul campo hanno interessato un perimetro di circa 140 metri lineari per un’area di circa 1200 m2 localizzata intorno al Palazzo Comunale. Il terreno si presenta pianeggiante e completamente pavimentato. La campagna di misurazione ERT 3D da superficie è stata eseguita disponendo gli elettrodi perimetralmente alla sagoma di ingombro del fabbricato ed in adiacenza ai porticati. Per ubicare la posizione dei picchetti metallici si è fatto riferimento ai risultati della mappatura dei sottoservizi mediante indagine georadar.

Nel caso in esame, le misure ERT sono state condotte in superficie mediante profilo 3D a 65 elettrodi con acquisizione su loop perimetrale continuo, con infissione nel terreno di elettrodi in acciaio inox della lunghezza di 30 cm successivamente collegati tra loro mediante cavo multi-conduttore. Tale cavo, collegato allo strumento di misura (georesistivimetro Syscal Pro Switch 96), consente la trasmissione della corrente su una coppia di elettrodi e la registrazione della caduta di potenziale su un numero di coppie MN fino a 10 simultaneamente. La misurazione così condotta su tutte le combinazioni elettrodiche possibili, consente una ricostruzione 2D e/o 3D della resistività elettrica del sottosuolo.

L’indagine si è articolata nelle 5 fasi principali delineate schematicamente di seguito:

•    Installazione dei 65 elettrodi di misura (senza arrecare danno alla pavimentazione) perimetralmente alla struttura con spaziatura 3 metri e successivo collegamento a cavi multipolari e connessione allo strumento di misura;

•    Rilievo della posizione effettiva dei fori rispetto a quella di progetto;

•    Acquisizione dei dati dopo verifica ed eventuale minimizzazione delle resistenze di contatto;

•    Controllo della qualità dei dati acquisiti, con eliminazione di valori negativi ed outliers o con deviazione standard alta, ed elaborazione del modello di resistività tridimensionale;

 

I principali parametri di acquisizione delle misure ERT di superficie sono stati i seguenti:

•    Geometria elettrodi: superficiale a 65 elettrodi + polo remoto;

•    Spaziatura elettrodica: 3 metri.

•    Acquisizioni: 2 array in configurazione polo-dipolo; la prima con polo remoto ubicato esternamente su Piazza della Costituente e la seconda con polo remoto interno all'edificio.

•    Totale misure quadripolari acquisite (solo per prima acquisizione): 9247;

Misure elaborate rimaste dopo controllo Q/A: 7723.

RISULTATI DELLA TOMOGRAFIA ELETTRICA NEL SITO IN ESAME:

La progettazione delle sequenze di misura per le acquisizioni sopra specificate è stata eseguita al fine di ottenere il modello, al di sotto degli elettrodi, della resistività elettrica del sottosuolo. Le misure ERT di superficie sono servite ad analizzare il sottosuolo con particolare attenzione alle porzioni più superficiali e centrali del volume investigato oltre a consentire la progettazione e localizzazione ottimale dei fori per le misure 3D. La profondità di esplorazione finale raggiunta è stata di circa 10-12 m.

Come già accennato, sono state acquisite 9247 misure quadripolari (impiegando sequenza “universale”) ridottesi a 7723 dopo i controlli di qualità dei singoli dati. Il processing delle misure è stato effettuato mediante inversione con modello 3D agli elementi finiti (software ERTLab64) utilizzando una mesh con celle di dimensioni pari a metà della spaziatura elettrodica, con semispazio omogeneo di partenza con resistività di 30 Ω*m.

Dalle mappe di resistività ottenute mediante misure di superfice si nota chiaramente una certa eterogeneità nelle porzioni più superficiali, legata ai disturbi dovuti alle strutture antropiche presenti nei primi decimetri di sottosuolo oltre che alla presenza di un locale seminterrato situato al centro del fabbricato. Tali misure da superficie mostrano anche una certa difficoltà nel risolvere da sole lo strato indicato come potenzialmente liquefacibile (di spessore metrico e situato a cavallo degli 8 metri di profondità dal p.c.) a causa del forte contrasto elettrico con lo strato conduttivo situato al di sopra.

Geoelettrica di superficie 3D

video3d

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FASE 3: INDAGINE GEOELETTRICA DI PROFONDITA’

APPLICAZIONE DEL METODO GEOELETTRICO IN FORO AL CASO IN ESAME:

Al fine di effettuare l’analisi richiesta, è stata adottata la tecnica della tomografia geoelettrica in foro (borehole ERT) in configurazione tridimensionale con acquisizione cross-hole.

Per quanto più onerosa in termini di installazione, l’ERT in foro offre, rispetto a quella di superficie, il mantenimento della stessa risoluzione spaziale per tutto il tratto/volume indagato senza perdita di dettaglio al crescere della profondità.

 

La scelta del numero e della posizione delle verticali di installazione dei cavi per misure in foro, al fine di ottenere una copertura completa ed uniforme del volume da studiare, è stata condizionata da:

•    dimensioni del perimetro da strumentare;

•    accessibilità locale intorno al fabbricato (dove erano attivi altri cantieri di ristrutturazione e consolidamento).

Per l’esecuzione delle misure 3D sono stati predisposti 10 fori perimetralmente alla sagoma del fabbricato (porticati compresi). Le misure cross-hole hanno previsto l’installazione

 

in foro di cavi speciali per ERT appositamente realizzati in poliuretano ad elevata resistenza meccanica per un totale di 240 sensori di misura ed una profondità di esplorazione di 14 metri dal p.c.

 

L’indagine si è articolata nelle fasi principali delineate schematicamente di seguito:

•    Realizzazione di 10 fori (profondi 15 metri) collocati perimetralmente alla struttura da studiare, ciascuno attrezzato con cavo da 24 elettrodi e spaziatura di 0.6 metri;

•    Rilievo della posizione effettiva dei fori rispetto a quella di progetto;

•    Acquisizione dei dati (16 diverse acquisizioni tra gruppi di tre fori alla volta);

•    Controllo della qualità dei dati acquisiti, con eliminazione di valori negativi ed outliers o con deviazione standard alta ed elaborazione del modello di resistività tridimensionale.

I principali parametri di acquisizione delle misure ERT di superficie sono stati i seguenti:

•    Geometria elettrodi: 10 fori a 24 elettrodi spaziati di 60 cm.

•    Acquisizioni: polo-dipolo su geometria a 3 fori con misure cross-cable a ricevitore orizzontale e verticale.  

•    Totale misure acquisite: circa 56000 (con duplicati da lati triangoli adiacenti).

•    Totale misure elaborate dopo controllo Q/A: 43000.

 

Le misure di ERT cross-hole sono state eseguite a gruppi di 3 fori per volta e sono stati acquisiti i seguenti array elettrodici:

•    Polo-dipolo a ricevitore verticale, con trasmettitore (AB) in un foro e dipolo di ricezione (MN) in un secondo foro. Tutte le combinazioni di trasmissione-ricezione per le possibili coppie di fori sono state acquisite. La larghezza dei dipoli di ricezione utilizzata è stata di 0.7, 1.4 m e loro multipli fino a 3.5 metri.

 

Polo-dipolo a ricevitore orizzontale, con trasmettitore (AB) in un foro ed elettrodi di ricezione (MN) a diverse profondità in due distinti fori, di nuovo acquisiti per tutte le combinazioni di tre fori. In questo caso, le misure nelle quali A e B si trovano sul baricentro di MN (geometria equatoriale con k altissimo) vengono scartate in fase di processing.

Sono state acquisite circa 56.000 misure quadripolari ridottesi a circa 43.000 dopo opportuni controlli di qualità.

 

RISULTATI EMERSI DALL’APPLICAZIONE DELL’INDAGINE SUPERFICIALE E IN FORO: INTERPRETAZIONE DEI DATI E CORRELAZIONE CON LE ALTRE TECNOLOGIE APPLICATIVE

I piani orizzontali relativi ai risultati congiunti superficie/foro consentono di appurare la presenza, a partire dalla superficie, di un primo livello a resistività superiore ai 30 Ohm*m, passante poi ad un livello argilloso-limoso (resistività tra 3-10 Ohm*m e colorazione blu-viola). Al di sotto è presente lo strato sabbioso potenzialmente liquefacibile situato mediamente tra i 7.5 ed i 9 metri di profondità (resistività intorno ai 20-30 ohm*m e colorazione verde) sovrapposto ad un livello più resistivo (resistività fino a 50 ohm*m).

Dal confronto tra le sezioni ERT verticali e i risultati delle prove geotecniche, come riportato nella figura precedente, si nota un’ottima corrispondenza tra le due tecniche di indagine. Molto netto e discriminabile è lo strato già indicato come liquefacibile dalle analisi sismiche della campagna geognostica.

 

In ultima analisi è stata effettuata una sovrapposizione tra i quattro prospetti principali del fabbricato e la mappatura a colori dello stato di danno riscontrato sulle facciate dai rilievi con tecnologia laser scanner.

In considerazione del fatto che la prospezione geofisica è stata effettuata su terreni già sottoposti a sollecitazione sismica, l’analisi di questi elaborati porta a correlare le porzioni di facciata maggiormente lesionate con le sottostanti porzioni di sottosuolo interessate da elevate variazioni laterali di resistività elettrica sia a partire dalla superficie che a livello dello strato argilloso conduttivo (colorazione blu-viola); in merito a tale livello, è possibile imputare tali variazioni (indicate da colorazione variabile tra i blu ed il celeste) all’effetto indotto dal sisma sul sottostante strato sabbioso liquefacibile. Si ritiene infatti che tale fenomeno possa aver generato delle modifiche nell’assetto tessiturale/strutturale/giaciturale dello strato con conseguente riduzione dei valori di resistività elettrica (fino a 3 Ohm*m) al di sotto di quelli tipici delle argille superficiali padane (intorno a 5-10 Ohm*m).

 

Le misure ERT da superficie hanno consentito di accrescere l’informazione geoelettrica relativamente alla porzione più superficiale del sottosuolo rispetto alle misure in foro.

Queste ultime hanno consentito di raggiungere la massima profondità di esplorazione senza decadimento del potere risolutivo consentendo di ricostruire, dopo opportuna integrazione con le misure ERT di superficie, un modello elettro-stratigrafico completo ed in ottimo accordo con i risultati desunti dalle indagini dirette.

Il caso in esame ha mostrato chiaramente la necessità di operare in maniera integrata sia da superficie che da foro (cross-hole) soprattutto quando l’obbiettivo è costituito da un volume di sottosuolo di grandi dimensioni non accessibile dalla superficie per presenza di manufatti (edificio nel caso specifico).

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FASE 4: INDAGINI APPROFONDITE DI VERIFICA

Eseguite le indagini geofisiche avanzate e individuata un’anomalia nel terreno dalla geoelettrica in foro, in corrispondenza della catena cross-hole “E”, sono state ubicate ed eseguite delle indagini geognostiche di approfondimento in corrispondenza dell’anomalia, a ridosso del prospetto est del fabbricato, consistenti in n°1 prova penetrometrica CPT e n°1 sondaggio a carotaggio continuo per il prelievo di campioni indisturbati e l’esecuzione delle analisi di laboratorio.

 

Dall’esecuzione delle prove penetrometriche statiche con piezocono CPTU sono stati ottenuti i parametri geotecnici e la litostratigrafia del. È stata inoltre rilevata la soggiacenza della falda freatica mediante l’utilizzo di un freatimetro elettroacustico. Il livello della falda freatica è stato individuato a -3,20 m dal piano campagna.

Sui campioni prelevati, allo scopo di valutare le caratteristiche geotecniche del terreno di fondazione dell’area oggetto di studi, sono state eseguite le seguenti analisi di laboratorio di geotecnica consistenti in n°11 analisi granulometriche.

La verifica alla liquefazione è stata eseguita anche sulla nuova verticale di prova statica elettrica con piezocono CPTU tramite l’utilizzo del software CLiq v. 1.7.1.6 prodotto da GeoLogisMiki – Geotechnical Software. Tale verifica è stata svolta per tutte le verticali utilizzando il valore di accelerazione massima al suolo pari a Amax = 0.239g (secondo l’approccio semplificato NNTC), la magnitudo di riferimento M = 6.14 e la soggiacenza della falda pari a Dw = - 3.20 m da p.c., secondo quanto rilevato durante l’esecuzione delle indagini. Dalle verifiche alla liquefazione eseguite per l’area in oggetto sono stati ottenuti i valori che seguono

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RI-VERIFICA DI VULNERABILITA’ SISMICA

Attraverso le indagini di tipo geofisico avanzate, si è visto come sia stato possibile determinare la reale situazione del terreno nell’area di interesse, denotando perciò la possibilità di avere rischio di liquefazione in porzioni al di sotto del fabbricato.

Al fine di tener conto del rischio di liquefazione al di sotto dell’edificio, ai fini del calcolo della vulnerabilità del fabbricato, è stata considerata l’amplificazione dell’azione sismica.

Per valutare l’amplificazione dell’azione sismica è stato necessario valutare lo Spettro di Risposta relativo alla risposta sismica locale (RSL), riferito allo stato limite di Salvaguardia della vita, che ha permesso di valutare il nuovo coefficiente di amplificazione stratigrafica (Ss) sempre riferito al terreno di classe C. Di seguito viene riportato lo spettro di risposta, e i nuovi valori utilizzati nel calcolo della nuova vulnerabilità sismica.

 

Le modalità di verifica per la determinazione della vulnerabilità sismica sul fabbricato sono esattamente uguali a quelle precedentemente illustrate, dove però sono stati modificati il parametro di amplificazione stratigrafica e lo spettro relativo alla risposta sismica locale.

 

la vulnerabilità sismica è stata valutata in base al fattore di accelerazione fa,SLV o IR (definito dal rapporto tra l’accelerazione al suolo che porta al raggiungimento dello Stato limite di salvaguardia della Vita e quella corrispondente al periodo di ritorno di riferimento, entrambe riferite alla categoria del suolo corrispondente)

 

In questo secondo caso, dopo aver tenuto conto del fattore di amplificazione stratigrafica a causa della liquefazione, è stato calcolato tale indice di rischio pari a fa,SLV: 0,563.

 

Dal confronto tra i risultati ottenuti in precedenza e quelli appena ricavati dalle ultime verifiche, si può notare come il valore di indice di rischio abbia subito una variazione in riduzione della vulnerabilità pari al 15% e permette di poter affermare quanto la presenza di terreni potenzialmente liquefacibili possa essere pericolosa, soprattutto se non valutata e considerata mediante una indagine di tipo convenzionale.

 

Concludendo, perciò, si ritiene comunque che la metodologia ERT costituisca un valido strumento di supporto per la caratterizzazione stratigrafica ai fini della prevenzione dal rischio sismico per liquefazione soprattutto in unione con i sistemi tradizionali di indagine diretta (CPTU, sondaggi, prove), anche quando questa costituisce un aumento degli oneri da sostenere da parte della committenza.

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