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Beni culturali: Roma, ENEA studia l’impatto delle vibrazioni da traffico sui monumenti
ENEA ha pubblicato uno studio sugli effetti delle vibrazioni ambientali[1] e di quelle generate dal traffico urbano su alcuni monumenti storici di Roma - Arco di Costantino, Colosseo, Tempio di Minerva Medica, Trofei di Mario, Colonna di Marco Aurelio, Colonna Traiana e Terme di Caracalla - partendo dai dati raccolti durante la prima campagna sperimentale realizzata nel 1985 e analizzandoli alla luce delle evoluzioni tecnologiche successive.
“Attraverso l’analisi dei dati sperimentali disponibili è stato possibile valutare l’intensità delle vibrazioni nel tempo e individuare le principali caratteristiche dinamiche dei monumenti studiati, fornendo informazioni utili per le attività di monitoraggio e conservazione del patrimonio storico”, spiega il coautore dello studio Giacomo Buffarini, ricercatore del Laboratorio ENEA di Analisi e modelli per le infrastrutture critiche del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili. “I dati raccolti nel 1985 - prosegue - rappresentano una base di riferimento unica per confrontare i risultati di successive campagne sperimentali e valutare l’evoluzione delle condizioni strutturali dei monumenti”.
Le misure pubblicate nello studio sono state effettuate mediante sismometri (strumenti che misurano la velocità del punto in cui sono collocati) installati a diversi livelli dei monumenti, con una frequenza di acquisizione di 200 Hz, pari a un campionamento ogni 0,005 secondi[2].
In generale, i risultati mostrano che le ampiezze delle vibrazioni tendono ad aumentare nella parte sommitale dei monumenti rispetto alla base, seppure con intensità diverse in funzione delle caratteristiche geometrico-strutturali e della distanza dalla sorgente delle vibrazioni.
Ad esempio, l’Arco di Costantino e il Colosseo presentano amplificazioni relativamente contenute, con differenze moderate tra i valori registrati alla base e quelli rilevati in sommità. Per quanto riguarda l’Arco di Costantino, le analisi hanno evidenziato che il monumento tende a vibrare secondo le proprie frequenze naturali (comprese tra 1 e 10 Hz); il passaggio della metropolitana non determina fenomeni critici di risonanza, mentre è stata rilevata l’influenza sul Colosseo che con la sua massa domina la dinamica del contesto ambientale. Più marcato è invece il fenomeno osservato per il Tempio di Minerva Medica, dove in cima alla struttura si raggiungono valori medi di 0,71 mm/s (millimetri al secondo) e picchi fino a 2,21 mm/s, anche per la vicinanza alla linea ferroviaria. Un comportamento analogo, seppure meno evidente, emerge per la Colonna Traiana e le Terme di Caracalla. Al contrario, i Trofei di Mario e la Colonna di Marco Aurelio mostrano livelli di vibrazione più contenuti e differenze meno significative tra base e sommità.
“I valori massimi delle vibrazioni registrati sono risultati sempre inferiori ai limiti di riferimento[3] e solo in alcuni casi prossimi a tali soglie. Tuttavia, questi valori sono stati definiti per edifici storici in normali condizioni di conservazione. Nel caso di strutture antiche, soggette agli effetti del tempo, o di monumenti che presentano già fenomeni di degrado o danni strutturali, è necessario adottare criteri più cautelativi, considerando soglie inferiori per prevenire ulteriori deterioramenti. L’effetto delle vibrazioni dipende infatti non solo dalla loro intensità, ma anche dalle caratteristiche meccaniche della struttura e dal suo stato di conservazione. Per questo, anche vibrazioni inferiori ai limiti standard devono essere valutate con attenzione nel caso di monumenti particolarmente fragili o compromessi”, prosegue Buffarini.
Inoltre, le vibrazioni indotte dal traffico urbano e quelle ambientali possono essere utilizzate come una sorta di ‘eccitazione naturale’ delle strutture, utile per analizzarne il comportamento dinamico e comprendere la risposta degli edifici alle azioni sismiche, tra le principali cause di danno e crollo nei centri storici. Gli effetti dei terremoti possono, infatti, risultare più critici su strutture già indebolite da fenomeni di degrado progressivo, tra cui anche le vibrazioni generate dal traffico nel lungo periodo. “Per questo è importante ripetere periodicamente le misurazioni, così da individuare eventuali variazioni nel comportamento strutturale che possano indicare segnali di degrado e intervenire a tutela del patrimonio monumentale”, conclude Buffarini.
Note
[1] Queste sollecitazioni si manifestano come onde di compressione e di taglio che si diffondono attraverso la pavimentazione, gli strati della fondazione stradale e il terreno, fino a raggiungere gli edifici adiacenti. In numerosi casi, edifici situati lungo strade a intenso traffico hanno evidenziato danni riconducibili proprio a queste vibrazioni indotte. Inoltre, la propagazione nel terreno può favorire fenomeni di compattazione del suolo che, nel lungo periodo, possono determinare cedimenti differenziali delle fondazioni degli edifici circostanti.
[2] La registrazione era di tipo analogico su pellicola e richiedeva una successiva digitalizzazione per effettuare le analisi numeriche; ENEA, che effettuò queste attività in collaborazione con ISMES, era all’avanguardia per il monitoraggio dinamico delle strutture.
[3] Norma UNI-9916 - Limiti tipici per edifici storici: 0.5 – 2 mm/s → livello molto cautelativo (monitoraggio conservativo, edifici fragili o molto degradati); 2 – 3 mm/s → soglia di attenzione comunemente adottata per beni culturali; 3 – 5 mm/s → limite spesso considerato ancora accettabile per edifici storici in condizioni buone; > 5 mm/s → possibile rischio di danni, soprattutto se la struttura è già vulnerabile.