9/10 | giugno - dicembre 2019

Conoscere, progettare, realizzare.
Riparazione dei danni e miglioramento sismico
di Palazzo Schifanoia

Pubblicato su “MuseoinVita” | 9-10 | 2019

Il progetto per la riparazione dei danni con miglioramento sismico di Palazzo Schifanoia, conseguentemente agli eventi che hanno colpito la nostra regione nel maggio 2012, ha avuto inizio verso la fine dello stesso anno, a seguito dell’inserimento dell’immobile danneggiato nei Piani Annuali Opere Pubbliche – Beni Culturali – Edilizia Scolastica – Università della Regione Emilia Romagna.

Quando ci si trova ad affrontare un progetto strutturale su un edificio esistente, e ancor più su un edificio monumentale di tale importanza storica e culturale, il necessario e imprescindibile presupposto da cui partire non può essere che la conoscenza del bene. Per conoscenza si intendono tutte quelle informazioni che ci consentono di avere una completa consapevolezza di come è organizzato strutturalmente l’oggetto su cui si deve intervenire.

Conoscere: un percorso a tappe

Nell’approcciarsi al progetto di Palazzo Schifanoia, il primo e importante punto di partenza è stata l’analisi storico-critica che mediante ricerche storiche, di archivio e reperimento di documenti ci ha consentito di ricostruire la sequenza delle fasi di trasformazione edilizia e le modifiche subite nel tempo dall’edificio: prima edificazione, ampliamenti, sopraelevazioni, crolli e riparazioni hanno permesso di effettuare ipotesi che sono state una indispensabile guida per le successive operazioni di studio dell’esistente. E’ stato molto utile anche l’esame delle documentazioni relative a lavori recenti, come ad esempio gli interventi eseguiti nel secolo scorso.

La fase successiva, necessaria alla prosecuzione del percorso conoscitivo, è stata quella del rilievo, declinato secondo diverse forme. Innanzitutto, il rilievo geometrico dell’edificio. Poi, il rilievo strutturale dell’edificio. Quest’ultimo ha consentito di individuare gli elementi cosidetti “portanti” sia dal punto di vista statico che “sismo-resistente” e, per differenza con il rilievo geometrico globale, le parti non strutturali o che rivestono carattere secondario. Infine, il rilievo del quadro fessurativo e di danneggiamento che ha avuto lo scopo di individuare le parti che sono state oggetto di necessaria riparazione e ha orientato la comprensione delle problematiche statiche e dei possibili cinematismi in caso di sisma, costituendo una sorta di fotografia della risposta del fabbricato alle azioni che lo hanno sollecitato.

La terza e fondamentale tappa del cammino conoscitivo è stata quella che ci ha portato all’interno della materia, ovvero la sequenza di operazioni costituite da saggi, prelievi, indagini in situ e di laboratorio che ci ha svelato le caratteristiche meccaniche dei materiali, oltre che il loro stato di conservazione.

Non ultima, ha rivestito grande importanza la conoscenza del terreno di fondazione oltre che la tipologia dell’apparato fondale: dallo studio di entrambe è stato possibile ricavare spiegazioni ai fenomeni deformativi in essere, oltre che informazioni essenziali sull’intensità del sisma con cui eseguire i calcoli strutturali del fabbricato.

Capire l’edificio

Il Palazzo Schifanoia è situato nella parte Sud Est di Ferrara, al confine interno delle mura storiche della città. Oggi è un edificio costituito da due unità strutturali adiacenti, che si trovano in un contesto di aggregato edilizio: sul lato orientale l’edificio confina con la struttura costituente l’ex Caserma Militare di Cisterna del Follo, mentre dal lato occidentale sono presenti edifici adibiti ad abitazioni private.

Il Palazzo si sviluppa su circa 1400 mq distribuiti longitudinalmente con asse parallelo alla strada (Fig. 1). La parte occidentale del fabbricato, di superficie pari a circa 400 mq, costituisce il nucleo originario trecentesco. Ad oggi tale nucleo è costituito da un piano terra, un piano primo situato solamente in alcune porzioni del fabbricato e da un sottotetto. Sono presenti tre vani centrali, aventi un unico volume di altezza pari a circa 7 m: a metà dell’altezza di tali vani sono presenti soppalchi in acciaio e vetro appoggiati puntualmente alle murature trasversali (intervento della fine del secolo scorso). Sono inoltre presenti ulteriori tre vani aventi, tra piano terra e piano primo, solai latero-cementizi di relativamente recente realizzazione. Il sottotetto su impalcato ligneo è praticabile per sola manutenzione.

Fig. 1 – Rilievo: sezione di Palazzo Schifanoia (prima degli interventi)

La parte orientale del Palazzo risale, invece, alla prima metà del Quattrocento, subendo poi modifiche sino alla fine del medesimo secolo. Ha uno sviluppo in pianta di circa 1000 mq e, nella configurazione pre-intervento, era suddiviso in tre piani: seminterrato, piano rialzato e piano nobile. È presente anche un sottotetto, come praticabile per sola manutenzione, la cui superficie calpestabile è sostenuta dalle catene delle capriate portanti del tetto. Il piano seminterrato aveva altezza variabile da 1,80 m a 2,50 m, il piano rialzato circa 5 m, mentre il piano nobile raggiunge i 6,50 m. Le continue modifiche a cui l’ala quattrocentesca è stata soggetta durante i secoli, hanno fatto sì che il piano di calpestio dei diversi ambienti presenti al piano rialzato e al piano seminterrato non fosse ad una quota uniforme.

Dal punto di vista strutturale, l’edificio risulta interamente realizzato in muratura portante a diversi spessori che, nell’ala del Quattrocento, vanno restringendosi con l’altezza. La costruzione ha uno sviluppo planimetrico (Fig. 2) costituito da un sistema di muri portanti perimetrali e interni, disposti secondo due direzioni ortogonali, e da un sistema di orizzontamenti intermedi. La destinazione d’uso dell’intero immobile è quella di museo e deposito di beni storico-artistici.

Fig. 2 – Rilievo: planimetria delle strutture del piano nobile (Palazzo Schifanoia, prima degli interventi)

Dal punto di vista dei materiali, l’edificio presenta murature principali a tessitura regolare, in mattoni pieni e malta di calce di qualità compatibile con l’epoca costruttiva. I solai di piano sono nella quasi totalità lignei, con orditura principale, orditura secondaria e tavolato singolo. Il coperto è a tre falde, con cantonali, capriate, travi principali in legno massiccio, travetti secondari e tavelle.

Il quadro delle lesioni sismiche

A seguito degli eventi sismici del maggio 2012 si sono verificate numerose riaperture di lesioni esistenti, (Fig. 3) fra cui anche quelle originate dal sisma del 1570; fratture che in passato non avevano subito vere e proprie riparazioni, ma solo ripristini non strutturali.

Fig. 3 – Riapertura di lesioni antiche: a sinistra, Salone dei Mesi, scomparto di Maggio, a destra Sala delle Virtù

Si sono altresì evidenziate una serie di lesioni ricorrenti quali:

lesioni diffuse delle piattabande in mattoni dei soprafinestra e delle porte;
lesioni diagonali passanti dell’angolo sommitale delle pareti trasversali, causate dalla spinta esercitata dai puntoni del coperto (che in corrispondenza dei muri portanti erano privi di catene) e manifestazione di principio di ribaltamento delle pareti di facciata;
lesioni diagonali diffuse nelle pareti trasversali del piano ammezzato;
lesioni verticali causate dal distacco tra murature ortogonali scarsamente ammorsate;
distacco delle travi e dei travetti lignei degli orizzontamenti dalle murature perimetrali;
caduta di elementi non strutturali come cornicioni, comignoli e coppi.

L’analisi del quadro fessurativo, manifestatosi in conseguenza agli eventi sismici del maggio 2012, ha portato a prevedere interventi strutturali per il ripristino dei danni subiti e di rafforzamento volti al miglioramento della risposta sismica globale delle due unità strutturali che compongono il Palazzo. Le analisi strutturali in campo sismico eseguite, hanno coinvolto quindi sia i cinematismi locali (ribaltamenti di facciata) sia quelli globali (funzionamento dell’edificio come un sistema tridimensionale). Dal punto di vista dei carichi statici è stato garantito l’adeguamento alla normativa.

Riparare i danni, migliorare la risposta sismica

I principali interventi di progetto hanno riguardato pertanto:

interventi di riparazione delle lesioni mediante iniezioni con coli di miscela legante, ristilatura profonda dei giunti e tecniche di scuci-cuci (ove possibile, in quanto l’edificio ha la maggior parte delle pareti decorate da affreschi);
integrazioni murarie per chiudere vuoti o nicchie;
irrigidimento dei solai di sottotetto attraverso l’inserimento di un nuovo strato di tavolato fissato all’orditura secondaria e perimetralmente alla muratura con profilo metallico tassellato;
irrigidimento e contestuale consolidamento statico dei solai del piano nobile, mediante inserimento di due nuovi strati di tavolato inclinato a 45° fissato diffusamente sia all’orditura primaria sia all’orditura secondaria e perimetralmente alla muratura con piatto metallico tassellato;
demolizione di buona parte dei solai incongrui di interpiano e eliminazione del piano seminterrato nell’ala quattrocentesca;
solidarizzazione reciproca delle travi principali del coperto mediante barre filettate e resine epossidiche o viti da legno e consolidamento dei nodi delle capriate mediante nuova ferramenta;
inserimento di catene metalliche in corrispondenza dei puntoni che ne sono sprovvisti e che sono stati causa di spinte orizzontali e lesioni sulla muratura;
ricostruzione dei camini o loro rinforzo con sistemi antiribaltamento progettati appositamente.

L’esecuzione delle opere è iniziata nell’aprile del 2018, con la consegna dei lavori alle imprese appaltatrici, ed è terminata nel marzo del 2020.
I consolidamenti hanno avuto inizio dall’ala trecentesca, la porzione del Palazzo che necessitava di un minor numero di interventi: si è cominciato, quindi, con l’irrigidimento dei solai lignei di sottotetto (Fig. 4) mediante la posa di un ulteriore tavolato a incrociare l’esistente e alla posa di un cordolo metallico perimetrale ai campi di impalcato al fine di solidarizzarli alle murature e di fornire un efficace sistema di ritenuta contro il ribaltamento legato ai cinematismi locali.

Fig. 4 – Irrigidimento dei solai di sottotetto e cordoli metallici

A livello delle coperture è stato poi eseguito un intervento di mutua connessione tra gli elementi lignei del tetto e tra elementi lignei e muratura mediante l’impiego di viteria e, nel caso delle capriate, di piastre metalliche. Tale intervento consente in caso di sisma di evitare perdite di appoggio o sfilamenti di travi o travetti, che possono creare importanti fenomeni a catena.

Il cantiere nell’ala quattrocentesca ha avuto inizio con la rimozione dei solai incongrui degli ammezzati e la riparazione/integrazione delle murature mediante le tecniche del restauro. Sono state impiegate malte da restauro a base di calce e le integrazioni murarie sono state eseguite con mattoni geometricamente analoghi a quelli esistenti in modo da fondersi strutturalmente in maniera omogenea con il tessuto esistente e non creare inclusioni aventi rigidezze sostanzialmente differenti dal costruito storico.

Si è proseguito con gli interventi nei sottotetti, analoghi a quelli realizzati nell’ala trecentesca, arricchiti dagli interventi sulle capriate.

L’intervento sui solai del piano nobile e sulle travi composte

L’intervento sicuramente più importante e impegnativo ha riguardato l’irrigidimento con contestuale consolidamento statico dei solai lignei del piano nobile: si tratta di solai a doppia orditura (travi e travetti) con tavolato ligneo, aventi la particolarità che gli elementi principali sono travi composte.

Le travi composte (Fig. 5) hanno avuto un’ampia diffusione nella città estense nel periodo rinascimentale: il loro impiego risponde all’esigenza di fornire, a causa della luce elevata dei solai che devono sostenere, sezioni di dimensioni maggiori (sviluppate prevalentemente in altezza) non ottenibili da un unico fusto arboreo. I vari elementi lignei erano lavorati in maniera tale da essere collaboranti tra loro attraverso riseghe, dentature e spinottature meccaniche che ne garantivano l’unione e la trasmissione mutua degli sforzi.

Fig. 5 – Rilievo: travi composte del Salone dei Mesi

Il comportamento delle travi composte è particolare, non trattandosi di vere e proprie travi e avendo una certa somiglianza con capriate estremamente ribassate (ovvero con i puntoni molto inclinati). La fase progettuale è stata convalidata durante il periodo del cantiere da una serie di prove di carico: esse sono state eseguite, una volta scoperto il tavolato, al fine di poter verificare passo passo il comportamento deformativo del manufatto “nudo”, ritarando a ritroso il modello di calcolo tridimensionale, che era stato costruito per la verifica degli impalcati nello stato di fatto, agli elementi finiti. Una volta che le deformazioni tra la realtà del cantiere e la modellazione al calcolatore hanno avuto qualitativamente un comportamento analogo, si è proceduto ad inserire gli elementi di consolidamento e a confermare, se necessario con le opportune modifiche, le ipotesi di progetto.

Fig. 6 – a sinistra, irrigidimento e consolidamento dei solai mediante triplo tavolato e connettori; a destra, ferramenta di collegamento del solaio con le murature perimetrali

Il consolidamento è avvenuto, come previsto, realizzando doppi tavolati incrociati sul tavolato esistente, a 45° rispetto all’orditura del solaio, ancorati con ferramenta (Fig. 6) ai muri perimetrali di ogni ambiente e resi collaboranti ai travetti secondari e alle travi composte mediante spinottature metalliche in fori con resina.

Fig. 7 – Inserimento dei conci di travi lignee in estradosso tra i travetti

Preliminarmente, tra i travetti secondari e sopra le travi composte, sono stati inseriti dei conci lignei (Fig. 7) opportunamente sagomati e solidarizzati, al fine di impedire la problematica di inflessione degli spinotti di collegamento tra la “soletta lignea” e le travi composte stesse. In taluni casi è stato necessario, sopra al tavolato, integrare l’intervento con piatti metallici (Fig. 8) ad alto spessore (30 mm) al fine di aumentare l’inerzia della sezione.

Fig. 8- Irrigidimento e consolidamento dei solai mediante triplo tavolato, piatto metallico ad alto spessore e connettori

La rimozione delle pavimentazioni esistenti e relativi riempimenti ha mostrato durante il corso dei lavori una grande variabilità di livelli e ha reso necessario un riadattamento di alcuni interventi. In particolare, il limitato spessore a disposizione nel Salone dei Mesi ha reso necessaria una integrazione intradossale (Fig. 9) studiata appositamente per integrarsi con il progetto di restauro e costituita da tiranti metallici.

Fig. 9 – Impiego di tiranti intradossali nel consolidamento del Salone dei Mesi

Durante le fasi del cantiere si è inoltre notato come alcuni abbassamenti dei solai rilevati nei punti di appoggio non fossero congruenti con più limitate deformazioni (Fig. 10) presenti nelle murature. Questo ha consentito di ipotizzare l’esistenza di cedimenti fondali di alcune pareti, avvenuti già nei secoli passati, ai quali si era posto rimedio semplicemente riparando le murature: la conferma di ciò si è avuta in almeno tre maschi murari dove, nella fase di rimozione dei pavimenti al vecchio livello seminterrato, si è scoperto che tali murature, prive di fondazione, poggiavano solamente su un sottile strato di macerie (per approfondire clicca qui). In questo caso si è dovuto intervenire in corso d’opera con sottofondazioni di nuova progettazione.

Fig. 10 – Evidente obliquità del solaio (a sinistra) dovuta a pregressi cedimenti causati da elementi murari privi di fondazione (a destra)

L’importanza delle parti non strutturali del Palazzo

Infine, ritengo importante ricordare gli interventi che hanno riguardato alcune parti non strutturali del Palazzo, quali ad esempio i camini e i cornicioni che hanno subito lesioni o crolli durante gli eventi sismici: spesso infatti queste parti degli edifici, tipicamente non calcolate per le azioni sismiche, possono creare importanti lesioni alle persone che si trovano a transitare nei pressi del fabbricato. In particolare, relativamente ai camini, sono stati progettati telai metallici antiribaltamento a ridottissimo impatto visivo sia nel caso dei manufatti da ricostruire sia nel caso dei manufatti da conservare.

Multidisciplinarietà, spirito collaborativo e amore verso l’opera d’arte

Da quanto detto fin qui risulta evidente come sia stato fondamentale partire da una conoscenza approfondita del bene perché ci ha consentito, malgrado alcune fisiologiche modifiche, di vedere realizzato il progetto strutturale nel modo in cui era stato concepito. La complessità dei beni monumentali fa sì che i tecnici debbano avere l’elasticità di assecondare comunque le evidenze del cantiere, essendo in grado di modificare dettagli e particolari nell’ottica di conservare però l’unitarietà del progetto originario.

Il percorso progettuale si fonde con l’esecuzione delle opere e tutti gli attori devono essere motivati da uno spirito collaborativo e unidirezionale. Ogni singola scelta è stata condivisa in una dimensione di multidisciplinarietà, nella quale non esistono aspetti specialistici a sé stanti (architettura, strutture, impianti) ma sono mutuamente influenzati gli uni dagli altri.

Lavorare su edifici come Palazzo Schifanoia è qualcosa che va al di là della professione e tocca molti aspetti, come la passione, la curiosità, il mettersi a disposizione, il rispetto e l’amore verso l’opera d’arte che si spera di contribuire a tramandare sempre più bella, sempre più sicura, sempre più fruibile, ma anche riconoscibile in tutti i suoi passaggi attraverso i secoli, dalle sue origini ad oggi.

Nell’ambito del cantiere “Lavori di riparazione e miglioramento strutturale post sisma Palazzo Schifanoia di Ferrara” l’Ingegnere Marco Roversi, con l’Ingegnere Ottavia Vitarelli, Studio Colombi Roversi & Associati, ha svolto l’incarico di Progettista Strutturale e Direzione Operativa Strutture.