In equilibrio sulle punte

Panoramica sulle guglie colpite dal sisma del 2012, analisi georeferenziata e proposte di consolidamento

La tesi elaborata intende fornire una prima catalogazione e una relativa analisi georeferenziata delle guglie collocate nell'area colpita dal sisma del maggio del 2012. Tale zona di cratere si estende per oltre 2700 km2, comprendendo un settore di Pianura Padana di intersezione tra tre regioni: Emilia Romagna, Lombardia e Veneto; interessando cinque diverse province: Bologna, Ferrara, Modena, Reggio Emilia, Mantova e Rovigo. La guglia si è rivelata infatti altamente vulnerabile al sisma. Fenomeno che si è riscontrato in un elevato numero di casi, spesso anche in mancanza di altre lesioni, è il distacco e il ribaltamento della parte superiore della guglia, in corrispondenza dell'elemento sommitale di pietra (in quanto costituisce una discontinuità materica o perché non adeguatamente collegato alla muratura sottostante) o lungo i giunti di malta, punti deboli della muratura. Altra causa può essere la disgregazione locale del materiale. Le Linee guida [1] prevedono un piano di frattura inclinato di 45°, a taglio. Tuttavia più frequentemente si sono verificate lesioni orizzontali, originate dal ribaltamento per pressoflessione. [2] Quindi il primo proposito è progettare un database, tramite il software ArcGIS Pro, che divenga un possibile strumento per il monitoraggio del rischio sismico e delle vulnerabilità delle guglie censite.

Tipologie costruttive
Sono quindi state prese in analisi le guglie realizzate in muratura, tecnica maggiormente diffusa per la messa in opera di tali manufatti architettonici. Per definizione le guglie sono elementi spiccatamente verticali dallo sviluppo conico o piramidale, con base quadrata o poligonale. Per poter costruire tali geometrie venivano progettati mattoni ad hoc. Tale attenzione costruttiva lascia ipotizzare che tali manufatti fossero realizzati "a regola d'arte", il che può rappresentare un primo elementare presidio antisismico. È quindi possibile distinguere almeno quattro tipologie di apparecchiature murarie, tra le guglie prese in esame.

Strumento GIS

I vantaggi dello strumento GIS
Il numero ingente di guglie censite nella suddetta area, ben settantasette, ha comportato la necessità di una catalogazione sistematica e organizzata; possibile attraverso un software GIS, Geographic Information Systems. La scelta del programma da utilizzare è ricaduta su ArcGIS Pro. Il pregio di tale sistema consiste nella possibilità di collegare dati informativi di qualsiasi genere, siano essi numerici o testuali, a precise coordinate spaziali in un dato Sistema di Riferimento Geografico, cioè di collocare gli oggetti in questione (le guglie) nel territorio, con un margine di errore dell'ordine di pochi metri. Inoltre il geodatabase progettato non vuole essere solo un semplice sistema di archiviazione "passivo", ma anche configurarsi come uno strumento operativo per la prevenzione del rischio sismico, interrogabile per comprendere le reali vulnerabilità dei beni oggetto di studio; permettendone l'identificazione immediata e corretta sul territorio; non solo in fase emergenziale, al fine di garantire un primo intervento più rapido; ma anche nella gestione corrente. Per tali ragioni l'uso del sistema GIS non solo è utile, ma è oggi indispensabile.

Progettazione di un geodatabase
Il primo passo per la progettazione di un geodatabase consiste nella definizione dei modelli logico e fisico, cioè schemi che traducono le entità e i fenomeni del mondo reale in dati organizzati, leggibili dal sistema GIS. Il modello logico descrive le relazioni di cardinalità, che intercorrono tra le varie entità.
Ad esempio a ogni guglia è stato associato il comune di appartenenza (tramite la voce "codice_istat") e i valori delle accelerazioni subite, ricavati dalle shakemaps del 20 e 29 maggio 2012. Le shakemaps sono una traduzione grafica dello scuotimento del suolo indotto dal terremoto, registrato grazie ai sismometri, installati sul territorio. Tali mappe sono funzionali a una valutazione rapida, quasi in tempo reale, del evento sismico avvenuto e della sua diffusione. Il modello fisico invece definisce sia la geometria dell'oggetto (ogni guglia è un punto) sia il sistema geografico di riferimento (WGS84 UTM32). Entrambe le scelte sono naturale conseguenza dell'utilizzo di Google Earth Pro per la localizzazione delle guglie sul territorio. Tale programma impiega proprio il suddetto sistema di riferimento, dal quale si ricavano le due coordinate (latitudine e longitudine) di ogni guglia, che quindi viene identificata come un punto.
Inoltre il modello fisico indica quante più possibili caratteristiche attribuibili a ogni guglia, organizzandole in tabelle. A ogni manufatto sono state associate più di trenta voci, andando a definire un vasto archivio di informazioni; che non solo descrivono in modo esaustivo il bene; ma che potranno anche rendere davvero efficace la seconda fase di interrogazione del database. Quest'ultima si è però concentrata solo sui dati che si sono rilevati maggiormente significativi, quali la tecnologia muraria utilizzata; la maggiore accelerazione subita; la collocazione del campanile rispetto ad altre strutture (isolato o affiancato), poiché tale caratteristica identifica una differente risposta al sisma; e infine il livello di danno subito, quest'ultimo viene definito in base al materiale fotografico a disposizione. I livelli sono sei dove 0, rappresenta assenza di danno, e 5, il crollo.

Analisi dei risultati
Se da una parte il suddetto metodo di classificazione dei danni ha permesso una rapida valutazione del livello di danneggiamento di ogni guglia censita; dall'altra non ha consentito di distinguere, nella maggior parte dei casi, se il quadro fessurativo fosse implicabile alla prima o alla seconda scossa. Di conseguenza, analizzando separatamente le shakemaps del 20 e del 29 maggio, non emergeva una correlazione tra le relative accelerazioni e il danno subito. Mentre invece sovrapponendo le shakemaps delle due scosse si è riscontrato come in realtà le guglie più danneggiate si disponessero in corrispondenza delle due zone epicentrali e quindi come vi fosse un effettivo aumento del livello di danno al crescere dell'accelerazione. Per poter quindi effettuare un confronto reale tra i livelli di danno e l'accelerazione subita è stato considerato solo il valore di PSA più alto subito da ogni guglia tra le due scosse. Si è riusciti quindi a fare emergere la curva di tendenza che definisce la funzione tra danno e accelerazione, suddividendo i valori della PSA maggiore in cinque range, rendendo più agile la lettura dei dati a disposizione. Tuttavia è possibile notare come alcuni casi non seguano la tendenza. Tali punti sono significativi, perché dimostrano come alcuni manufatti siano più o meno resistenti di altri al sisma. Infatti a parità di accelerazione subita, risultano più gravemente danneggiate le guglie realizzate con la tecnica del mattone quadrato disposto a 45° e quelle con cuneo piatto. Al contrario le guglie con conci disposti a correre risultano meno vulnerabili. Inoltre da un'analisi statistica dei dati è emerso come, a parità di accelerazione subita, risultino meno danneggiate le guglie appartenenti a campanili affiancati ad altre strutture, probabilmente perché questi ultimi sono soggetti a spostamenti minori in sommità; infatti, a differenza dei campanili isolati, non sono liberi di oscillare e ciò ha comportato solitamente danni più gravi, causati da fenomeni di martellamento con la struttura adiacente e quindi fratture sub-orizzontali. [3]
Le suddette considerazioni sono state ricavate dall'interrogazione del database progettato, che ha prodotto quindi dati originali, deducibili a fronte di un'iniziale e indispensabile operazione di inserimento dati.

I casi di studio
Da uno studio ad ampia scala delle guglie dell'area di cratere, si passa quindi all'approfondimento di tre casi: San Nicola di Bari a Cortile, frazione di Carpi (MO); Sant'Egidio a Cavezzo (MO) e Sant'Agostino a Sant'Agostino (FE). Tutti e tre riportano il meccanismo di dissesto che comporta la perdita della parte terminale della guglia. È stata quindi realizzata la modellazione e l'analisi statica e dinamica dei suddetti campanili e delle loro guglie, tramite l'impiego del programma Abaqus CAE.

Spunti tecnologici
Dopo aver visionato gli interventi fino ad ora effettuati sulle guglie danneggiate, si intende fornire un'indicazione di proposte di consolidamento, che siano poco invasive e alla stesso tempo adattabili facilmente alle differenti caratteristiche dei beni della stessa tipologia. Per ognuna delle guglie dei tre suddetti casi di studio sono state modellate tre proposte di consolidamento:
1. un'unica molla di connessione tra la punta e il castello delle campane;
2. più molle di connessione tra la punta e il castello delle campane;
3. un contrappeso (pendolo) ancorato alla punta della guglia.

Al fine di diminuire le tempistiche di calcolo del programma, si è deciso di utilizzare i modelli delle sole guglie per l'elaborazione degli interventi. Tali modelli sono stati poi sottoposti ad analisi dinamica.

Conclusione
L'elaborazione del database GIS ha permesso di svolgere alcune considerazioni, confrontando con agilità l'ingente numero di dati raccolto e soprattutto di georeferenziarli con una metodologia scientifica. Ad esempio si è potuto constatare una correlazione tra livello di danno e tecnologia muraria.
Ecco quindi che il geodatabase creato si potrà configurare come uno strumento operativo per la prevenzione e l'analisi del rischio sismico dell'elemento architettonico oggetto di tesi; poiché, inserendo le shakemaps di qualsiasi sisma, prodotte in tempo reale dall'INGV, si potranno conoscere nell'immediato le accelerazioni a cui è sottoposto ogni elemento censito, oltre al vantaggio, non indifferente in situazioni emergenziali, di poter identificare univocamente il bene sul territorio e rendere quindi più celere la fase di rilievo speditivo.
Per quanto concerne i risultati delle analisi condotte, tramite Abaqus, sui modelli dei campanili e delle guglie illustrati, non si può non tener conto di alcune criticità e limiti. Innanzitutto la mancanza di dati a monte, dovuta all'assenza di sismografi a distanze ravvicinate ai casi studio; nonostante sia stato possibile appurare che, anche qualora fossero presenti, non sempre le registrazioni si siano dimostrate affidabili. Altra incertezza è data dalla componente suolo, che può far variare notevolmente lo spettro del sisma. Inoltre dall'analisi del modello ad elementi finiti non è possibile far emergere eventuali condizioni del bene che potrebbero aver contribuito all'attivazione del meccanismo di dissesto tipico della guglia; quali un avanzato stato di degrado, una cattiva o assente manutenzione, dovuti alla posizione di tale elemento architettonico, particolarmente esposto e difficilmente ispezionabile. Infatti soltanto modellando la guglia con una discontinuità in corrispondenza del piano di scorrimento reale, l'analisi restituisce il meccanismo di dissesto tipico. Al fine di evitare la perdita della sommità della guglia, sono state avanzate alcune proposte, che però necessitano di essere declinate e variate a seconda del caso in esame; tuttavia sempre nell'ottica del minimo intervento. Infatti i risultati dell'analisi dinamica dimostrano come tutte le proposte di intervento non siano sempre valide a prescindere, ma come la loro efficacia dipenda da fattori intrinsechi del singolo bene in esame. A dimostrazione che non esiste un intervento migliore in assoluto, ma un intervento idoneo per ogni caso.

[1] Ministero per i Beni e le Attività Culturali, Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale allineate alle nuove Norme tecniche per le costruzioni (DM 14 gennaio 2008), Circolare n. 26/2010.
[2] COÏSSON E., "Torri e Campanili", da BLASI C., Architettura storica e Terremoti: Protocolli operativi per la conoscenza e la tutela, Wolters Kluwers, Milano 2013.
[3] BLASI C., Il consolidamento dei campanili danneggiati dal sisma: riflessioni su conservazione e sicurezza, in DI FRANCESCO C., A sei mesi dal sisma, Bologna 2014.

 

Tesi di laurea Magistrale, Università di Parma - DIA
Relatrice: Eva Coïsson
Correlatori: Barbara Caselli, Daniele Ferretti

 

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