Indagini geofisiche e patrimonio artistico si incontrano a Firenze

L’Italia è un paese sismico. Sapere come potrebbe rispondere un edificio alla sollecitazione di un terremoto è importante anche per la tutela del patrimonio artistico del nostro paese.

di Valerio Materni, Fabio Giannattasio e Riccardo Azzara

Com’è noto, il nostro è un Paese a elevato rischio sismico e, in quanto tale, le strutture antropiche possono subire danni più o meno gravi a seguito di un evento. Il comportamento di un edificio, sia esso storico o moderno, rispetto un eventuale terremoto dipende sia dall’impiego di tecniche e materiali da costruzione antisismici che dalle caratteristiche geologiche del sottosuolo. Pertanto, conoscere il sottosuolo è di fondamentale importanza per studiare e mitigare i rischi associati all’accadimento di un terremoto e l’impatto che esso può avere all’interno di un’area fortemente antropizzata.

Al fine di tutelare il patrimonio artistico di Firenze, il Dipartimento di Architettura dell’Università cittadina lavora da qualche tempo a un progetto di ricerca mirato a valutare la Resilienza dei Sistemi Museali (Progetto Resimus) che prevede l’analisi della vulnerabilità sismica dei principali musei del centro storico della città e del patrimonio culturale in essi contenuti.

In questo ambito, grazie ad una collaborazione con l’INGV, è stata intrapresa una campagna di studio, mirata alla caratterizzazione del sottosuolo in corrispondenza del Museo Nazionale del Bargello.

Effettuare misure geofisiche all’interno di una città come Firenze, densa di palazzi, di persone e con traffico sostenuto, può risultare molto complicato. Per il personale INGV è stata una vera e propria sfida che ha consentito di verificare l’efficacia di tecniche innovative di indagine geofisica anche in condizioni così complesse.

L’impiego delle tecniche di prospezione geofisica in area urbana ha come obiettivo quello di riuscire a caratterizzare il sottosuolo in un contesto nel quale coesistono complessità geologiche e logistiche.

Nel caso di Firenze sono state utilizzate due diverse tecniche per esplorare il suolo al di sotto del manto stradale in corrispondenza del Museo Nazionale del Bargello: la tomografia elettrica capacitiva e l’indagine sismometrica attraverso la registrazione di rumore sismico ambientale.

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Opere d’arte e sismometri (foto di R. Azzara)

Fare una tomografia significa rappresentare tridimensionalmente la zona indagata attraverso la sovrapposizione di informazioni associate a singoli strati, analogamente a quanto avviene in campo medico per la diagnostica mediante Tomografia Computerizzata (TC). Nel caso specifico della tomografia elettrica capacitiva, un trasmettitore e una serie di ricevitori vengono trascinati sul manto stradale nell’area di interesse. I dati acquisiti vengono elaborati per poter ricavare informazioni su alcune caratteristiche geofisiche del sottosuolo (resistività elettrica) da interpretare in chiave geologica e archeologica. Rispetto alla geoelettrica classica, questa tecnica non necessita dell’utilizzo di picchetti di metallo infissi nel terreno e pertanto consente una rapida caratterizzazione (pochi minuti) dei primi metri del sottosuolo, minimizzando quindi i disagi alle usuali attività di una grande città.  

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Credit V. Sapia

Parallelamente alle misure di geoelettrica capacitiva sono state effettuate, all’interno e all’esterno del Museo del Bargello, misure sismometriche di rumore sismico ambientale. Il rumore sismico ambientale è la vibrazione continua del terreno che si registra sulla superficie della Terra anche in assenza di eventi sismici. Le sue cause possono essere naturali (moto degli oceani e mari, presenza di fiumi o laghi, vento, pioggia) o artificiali (presenza di attività industriali, motori, traffico veicolare o ferroviario, presenza di individui). Esso presenta un segnale facilmente registrabile e denso di informazioni. È particolarmente utile per fornire le principali caratteristiche di propagazione sia per il terreno che per le strutture edificate. Al pari della geoelettrica capacitiva, il metodo è totalmente non invasivo e, nel caso dell’uso all’interno di edifici, non interferisce con il normale utilizzo delle strutture, rivelando la propria idoneità nelle applicazioni di monitoraggio di beni culturali e monumentali. Nell’ambito di questo studio sono state installate stazioni sismometriche triassiali in diverse configurazioni all’esterno e all’interno del cortile del Palazzo del Bargello e all’interno della Torre Volognana.

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Area di studio del Museo Nazionale del Bargello con ubicazione dei tracciati dei rilievi geoelettrici eseguiti (frecce rosse). Le stelle gialle indicano la posizione delle stazioni sismometriche. A destra sono indicate le quote di installazione delle stazioni sismiche all’interno della Torre Volognana.

L’esperimento ha prodotto risultati significativi e molto incoraggianti.

L’utilizzo della tomografia elettrica capacitiva ha fornito importanti informazioni sulle caratteristiche geologiche dei primi metri di sottosuolo. Il risultato è di particolare rilievo sia per le informazioni relative alle proprietà fisiche del terreno su cui poggia il Museo, sia perché ha messo in evidenza come il metodo possa essere utilizzato con successo in condizioni dove le indagini geofisiche tradizionali non possono essere applicate, come è il caso di aree urbane densamente popolate come Firenze.

La campagna di misure sismometriche di rumore sismico ambientale ha confermato l’efficacia del metodo nel fornire dati utili alla determinazione dei parametri strutturali di un edificio. L’elaborazione dei dati ha consentito di caratterizzare le modalità di oscillazione della Torre e di fare ipotesi su quelli dell’intero edificio. Le misure sismiche sul terreno hanno integrato i risultati ottenuti dalle indagini di geoelettrica capacitiva, in modo da fornire ulteriori informazioni sulle caratteristiche del sottosuolo.

Le informazioni relative alle caratteristiche dinamiche del suolo e la conoscenza sperimentale dei parametri strutturali dell’edificio saranno utilizzati per elaborare un quadro sulla possibile risposta dell’edificio del Museo allo scuotimento del suolo prodotto da un evento sismico. A partire da questo, la fase successiva della ricerca sarà utilizzare tali informazioni per dar modo al Dipartimento di Architettura dell’Università di Firenze di pianificare una strategia per la messa in sicurezza dei patrimoni  contenuti all’interno del Museo in caso di un evento sismico.


In copertina foto di F. Giannatasio

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