Fondazioni storiche su pali in legno: valutazione strutturale e modelli predittivi per i ponti storici di Amsterdam

Le città del Nord Europa costruite su terreni alluvionali poggiano spesso su sistemi di fondazione realizzati con pali in legno installati secoli fa. Amsterdam rappresenta uno dei casi più emblematici, con infrastrutture e edifici storici sostenuti da migliaia di pali immersi permanentemente in acqua. Valutare lo stato di conservazione e la capacità portante residua di questi elementi è una sfida complessa, perché il degrado non è direttamente visibile. Una ricerca presentata ad ANIDIS 2025 propone un approccio integrato basato su prove sperimentali, indagini diagnostiche e modellazione predittiva per stimare l’evoluzione del degrado e la sicurezza strutturale delle fondazioni lignee nel lungo periodo.

Le città del Nord Europa costruite su terreni alluvionali devono gran parte della loro stabilità a sistemi di fondazione su pali in legno installati secoli fa. Amsterdam rappresenta uno dei casi più emblematici: gran parte degli edifici e delle infrastrutture della città storica poggia su pali lignei infissi in terreni limosi e argillosi fino a raggiungere strati più compatti di sabbia. La durabilità di queste strutture ha sempre rappresentato una questione cruciale per la conservazione del patrimonio urbano, soprattutto perché i pali restano nascosti nel sottosuolo e quindi difficili da ispezionare direttamente.

Una recente ricerca presentata da Giorgio Pagella e collaboratori alla conferenza ANIDIS 2025 (Assisi, 7–11 settembre) affronta proprio questo tema, proponendo un approccio sperimentale e modellistico per valutare la capacità portante residua delle fondazioni lignee di alcuni ponti storici nel centro di Amsterdam. Lo studio combina una vasta campagna sperimentale su pali estratti con tecniche di indagine non distruttiva e lo sviluppo di un modello predittivo della vita utile.

Le fondazioni su pali nel contesto geotecnico di Amsterdam

Il sistema di fondazione tradizionale di Amsterdam si basa su pali in legno lunghi mediamente tra 12 e 15 metri, infissi attraverso spessi depositi di limi e argille fino a raggiungere uno strato di sabbia densa. I pali lavorano prevalentemente per appoggio sullo strato sabbioso e costituiscono il supporto di strutture sovrastanti realizzate mediante tavolati lignei incrociati e murature. Questo schema costruttivo è stato impiegato per secoli non solo nei ponti, ma anche negli edifici della città storica.

Una caratteristica fondamentale di queste fondazioni è che i pali rimangono permanentemente sotto il livello dell’acqua. L’ambiente saturo e povero di ossigeno impedisce infatti lo sviluppo di funghi lignivori aerobici, che sono tra i principali responsabili del degrado del legno negli edifici storici. Tuttavia, l’assenza di ossigeno non esclude completamente i processi di degradazione: nel tempo possono svilupparsi fenomeni di degrado batterico e forme di soft rot, che agiscono lentamente ma in modo progressivo sulle fibre legnose.

Questa situazione pone un problema tecnico significativo. I pali non sono visibili e il degrado spesso non è riconoscibile esternamente: anche elementi fortemente degradati possono apparire visivamente integri. Solo l’estrazione di campioni o prove meccaniche dirette permettono di individuare il legno che ha perso consistenza, diventando soffice e spugnoso.

La presente relazione è stata presentata in occasione del XX Convegno ANIDIS (Assisi, 7-11 settembre 2025) e gli autori sono: Giorgio Pagella, Michele Mirra, Geeri Ravenshorst, Wolfgang Gard, Jan Willem Van de Kuilen.

Una campagna sperimentale su pali con oltre tre secoli di storia

Per comprendere meglio i meccanismi di degrado e la resistenza residua delle fondazioni, i ricercatori hanno condotto un’ampia campagna sperimentale su pali estratti da due ponti nel centro di Amsterdam. Complessivamente sono stati analizzati 60 pali, appartenenti a diverse epoche costruttive, con date documentate che vanno dal 1727 al 1922. Questo ha permesso di confrontare elementi con storie di carico e tempi di esposizione molto differenti, fino a quasi tre secoli.

I pali sono stati analizzati lungo tutta la loro lunghezza, distinguendo tre sezioni principali: testa, parte intermedia e punta. Su ciascuna porzione sono stati eseguiti test microbiologici per identificare i processi di degradazione, analisi del grado di deterioramento e prove di compressione per valutare la resistenza meccanica residua.

I risultati hanno evidenziato che i pali con età compresa tra circa 100 e 150 anni mantengono una resistenza a compressione molto simile a quella del legno sano, con variazioni limitate lungo la loro lunghezza. Differenze più significative emergono invece nelle punte dei pali, dove il diametro è minore perché corrisponde alla parte superiore originaria dell’albero. In queste zone la resistenza risulta naturalmente inferiore e più vulnerabile ai fenomeni di schiacciamento sullo strato sabbioso.

Nei pali più antichi, con circa 300 anni di permanenza nel terreno, è stata osservata invece una riduzione più significativa delle proprietà meccaniche. In alcuni casi la resistenza a compressione risulta ridotta fino a circa il 50% rispetto al materiale originario, segno di un degrado progressivo dovuto principalmente all’attività batterica che agisce dagli strati esterni verso l’interno del legno.

Diagnosi in situ e micro-drilling: verso una quantificazione del degrado

Uno degli aspetti più innovativi della ricerca riguarda l’impiego di tecniche di indagine semi-distruttive per la diagnosi in situ delle fondazioni. In particolare è stata sperimentata l’applicazione di misure di micro-drilling, tecnologia già diffusa nel restauro degli edifici storici in legno e nota in Italia anche attraverso strumenti come il resistografo.

Il principio della tecnica è semplice: una sottile punta perfora il legno registrando la resistenza opposta dal materiale durante la penetrazione. Il profilo di resistenza consente di distinguere le zone sane da quelle degradate. Nei pali analizzati, le parti deteriorate mostrano una netta diminuzione della resistenza alla perforazione, mentre il nucleo centrale del legno mantiene valori più elevati.

Inizialmente questa tecnica fornisce solo indicazioni qualitative sullo stato del materiale. Tuttavia, combinando le misure di micro-drilling con i risultati delle prove di compressione sui campioni estratti, i ricercatori hanno sviluppato una correlazione capace di quantificare lo spessore effettivo dello strato degradato. In questo modo diventa possibile stimare in modo scientificamente fondato la riduzione della sezione resistente del palo senza doverlo estrarre completamente.

Un modello predittivo per la vita utile delle fondazioni lignee

Sulla base dei dati raccolti è stato sviluppato un service life model capace di descrivere l’evoluzione del degrado nel tempo. Il modello assume che il deterioramento batterico interessi principalmente il sapwood, ovvero la parte più esterna del legno, mentre il durame rimane sostanzialmente non attaccato dai batteri. Il fronte di degrado avanza quindi progressivamente dall’esterno verso l’interno con una velocità che può essere approssimata come lineare nel tempo.

Il modello integra inoltre una funzione di accumulo del danno legata ai livelli di stress cui i pali sono stati sottoposti durante la loro vita utile. Grazie ai dati storici forniti dal Comune di Amsterdam è stato possibile ricostruire la load history dei ponti dal XVIII secolo fino a oggi, considerando l’evoluzione dei carichi: dal traffico di carrozze trainate da cavalli fino ai moderni tram urbani.

Le tensioni medie a cui i pali risultano sottoposti sono dell’ordine di 1–2 MPa, valori molto inferiori alla resistenza a compressione del legno saturo, che si colloca intorno ai 18 MPa. Nonostante ciò, nel lungo periodo il degrado biologico e l’accumulo di danno possono determinare una riduzione progressiva della capacità portante. Il modello consente quindi di simulare nel tempo sia la riduzione della sezione resistente sia la conseguente diminuzione della capacità portante dei pali.

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Durabilità sorprendente e prospettive di ricerca

Uno degli aspetti più interessanti emersi dallo studio è la notevole durabilità delle fondazioni lignee in ambiente saturo. Anche dopo tre secoli di servizio, molti pali mostrano ancora una capacità portante largamente superiore ai carichi effettivamente applicati. In molti casi la resistenza residua è ancora due o tre volte maggiore rispetto alle sollecitazioni attuali.

Questo conferma che le condizioni anaerobiche tipiche delle fondazioni immerse in acqua rappresentano un ambiente sorprendentemente favorevole alla conservazione del legno nel lungo periodo. Allo stesso tempo, la possibilità di quantificare il degrado attraverso tecniche di micro-drilling e modelli predittivi apre nuove prospettive per la gestione delle infrastrutture storiche.

Gli sviluppi futuri della ricerca prevedono l’introduzione di modelli probabilistici per descrivere meglio la variabilità del tasso di degrado e l’interazione terreno–palo. Inoltre si prevede di integrare nel modello gli effetti delle azioni dinamiche e sismiche. Anche se i Paesi Bassi non sono caratterizzati da forte sismicità naturale, alcune aree del nord del paese registrano micro-sismicità indotta dall’estrazione di gas naturale, che potrebbe interagire con i processi di degrado nel lungo periodo.

La metodologia proposta rappresenta dunque un passo importante verso una valutazione strutturale più consapevole delle fondazioni storiche in legno, non solo ad Amsterdam ma anche in molte altre città europee costruite su terreni alluvionali, come Amburgo, Stoccolma o Göteborg. In questi contesti, la combinazione tra indagini sperimentali, diagnostica in situ e modellazione predittiva può diventare uno strumento fondamentale per garantire la sicurezza delle infrastrutture senza compromettere il patrimonio storico esistente.

IN SINTESI
-Uno studio presentato ad ANIDIS 2025 analizza la durabilità delle fondazioni su pali in legno di alcuni ponti storici nel centro di Amsterdam, con elementi datati tra il 1727 e il 1922.
-Una campagna sperimentale su 60 pali estratti ha permesso di valutare degrado biologico e resistenza meccanica residua mediante analisi batteriche e prove di compressione lungo tutta la lunghezza del palo.
-I risultati mostrano che il degrado è principalmente dovuto ad attacchi batterici anaerobici e che, dopo circa 300 anni, la resistenza a compressione può ridursi fino al 50%, pur rimanendo spesso superiore ai carichi applicati.
-L’uso di tecniche di micro-drilling consente di individuare e quantificare in situ lo spessore dello strato degradato, migliorando la diagnosi delle fondazioni lignee senza dover estrarre i pali.
-Sulla base dei dati sperimentali è stato sviluppato un modello predittivo di vita utile che integra avanzamento del degrado e storia dei carichi per stimare l’evoluzione della capacità portante nel tempo.

DI SEGUITO LA REGISTRAZIONE INTEGRALE DELL'INTERVENTO DI GIORGIO PAGELLA.

Il testo è stato elaborato mediante la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA.