Studio Tecnico Macchi - Ingegneria strutturale - Milano

I gravi dissesti, riscontrati fin dalla costruzione della cupola del Duomo nel 1885, possono essere ricondotti a due diverse patologie e sono il motivo degli interventi di consolidamento strutturale ora conclusi.
La prima patologia riguardava gli 8 pilastri sostenenti tamburo e cupola. Essi erano fortemente fratturati sulle superfici marmoree, con tipologie di scagliature, fessurazioni e schiacciamenti, inequivocabili denunce di una rottura di compressione in atto, aggravata da una difettosa lavorazione dei blocchi.
Le caratteristiche costitutive dei pilastri sono state studiate in dettaglio con carotature ed endoscopie, e sulla totalità attraverso georadar e tomografie soniche.
L'elevato stato di tensione che è risultato dall'analisi numerica agli Elementi Finiti tridimensionali è risultato dovuto anche ad un marcato stato di flessione dei pilastri: la struttura portante risultava all'inizio di un collasso, contenuto dalle opere provvisionali adottate subito dopo la chiusura della Cattedrale nel 1996.

La seconda patologia riguardava il tamburo e la cupola: impressionanti fessure erano visibili anche da lontano, e raggiungevano 6 cm di spessore. Questa patologia, a nostro avviso disaccoppiabile dalla prima, è stata frutto del dissesto verificatosi nel 1885, quando, al disarmo della cupola, si ruppe la catena che ne doveva equilibrare la spinta.

Anche tali strutture necessitavano di un intervento strutturale, che è stato completato con riparazioni estese alla navata ed ai transetti.

Per consentire la realizzazione degli interventi in condizioni di assoluta sicurezza è stato necessario realizzare opere di salvaguardia che costituiscono da sole delle rilevanti opere di ingegneria strutturale, consistenti in:

- cerchiature provvisorie dei pilastri;

- incatenamento del tamburo;
- puntellazione in acciaio che raggiunge i 28 m di altezza, in grado di sopportare, attraverso 24 centine, i 24 - archi del tiburio che scaricano correntemente sui pilastri un carico di circa 20000 t;

- sistema di monitoraggio continuo della struttura, degli incatenamenti e delle aree di lavoro.

L’intervento sui pilastri ha previsto il "trasferimento parziale degli sforzi", attenendosi ai seguenti principi:
- conservare sia gli esistenti paramenti, sia l'attuale nucleo, e migliorare le condizioni di contatto tra corsi sovrapposti;
- arrestare i fenomeni di fratturazione mediante un ritrasferimento di sforzo al nucleo centrale;
- precomprimere il nucleo centrale con barre inox;
- trattenere i paramenti da instabilità laterali;
- garantire la sostituibilità delle parti metalliche (barre).
L'intervento ha operato contemporaneamente sugli 8 pilastri, a partire dall'alto verso la base, in modo di non consentire mai cedimenti differenziali alla base della cupola superiori ad 1 mm. Per garantire tale condizione è stato installato un sistema livellometrico elettronico, all'altezza della cornice della cupola, connesso con il sistema di monitoraggio continuo.

Per quanto riguarda la cupola, il criterio adottato è stato quello di non introdurre forzate modifiche dell'attuale stato fessurato, che potrebbero dar origine a nuovi inattesi stati di tensione: le quattro grandi fessure al centro dei lati lunghi dell'ottagono sono passanti e si comportano come giunti di dilatazione. Ma poiché i calcoli hanno mostrato che la nuova configurazione, che ha trasformato la cupola in due archi perpendicolari, è molto più sfavorevole per le otto nervature principali, fortemente inflesse, è risultato necessario intervenire sulle nervature, conferendo loro una maggiore capacità di resistere alle tensioni di trazione attraverso l'applicazione estradossale di leggere strisce di fibra di carbonio. Si è analogamente garantito, sempre all'estradosso, un legame deformabile tra nervature e vele del guscio interno (le vele in mattoni hanno spessore di 25 cm, che si riduce a soli 12 cm nelle parti alte).

Puntellazione dell'Ottagono

Calcolo agli elementi finiti - sezione pilastro

Calcolo agli elementi finiti - cupola fessurata

Precompressione del pilastro - tassello inox

Posizione barre di precompressione dei pilastri

Lamine di carbonio sulle nervature