Miglioramento sismico dei campanili storici con tecnologia ISAAC: il caso del campanile di Grottaminarda

Il miglioramento sismico dei campanili storici richiede soluzioni compatibili con i vincoli conservativi. Il caso del campanile di San Michele Arcangelo a Grottaminarda evidenzia l’efficacia dell’integrazione tra interventi locali e controllo attivo delle vibrazioni tramite Active Mass Damper. Il sistema consente di ridurre le oscillazioni indotte da sisma e vento, agendo sulla prima forma modale e incrementando lo smorzamento equivalente. Il risultato è un significativo aumento della sicurezza strutturale, senza alterare la materia storica né i percorsi di carico, rendendo l’approccio replicabile su edifici vincolati.

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Un patrimonio storico in equilibrio tra memoria e sicurezza

Ogni campanile è una struttura che concentra in sé storia e identità. Il Campanile di San Michele Arcangelo, a Grottaminarda (AV), di proprietà dell’Arciconfraternita, ente privato profondamente legato al territorio, rappresenta un caso emblematico: una torre in muratura irregolare, di origine altomedievale, situata in zona sismica 1, uno dei contesti a più alta pericolosità del territorio italiano.

Con una configurazione snella, articolata su tre livelli e caratterizzata da una forte eterogeneità materica, il campanile è particolarmente sensibile agli effetti dinamici, sia sismici sia dovuti a forti venti.

In queste condizioni, la sicurezza strutturale non è solo una questione normativa, ma una responsabilità verso la comunità e il patrimonio culturale.

Obiettivi di progetto: migliorare senza alterare

L’intervento si è posto un obiettivo chiaro: incrementare l’indice di sicurezza sismica (IS-V) di almeno il 10%, evitando soluzioni invasive incompatibili con il valore storico del bene.

Questo ha imposto una doppia sfida progettuale: da una parte migliorare la risposta sismica globale, dall’altra preservare l’integrità materica e architettonica.

Nel progetto di messa in sicurezza della torre campanaria, la sfida non era solo tecnica, ma strategica. Come evidenziano gli ingegneri Michelarcangelo Loffa ed Emanuele Amura, coinvolti lato committenza:

“Nel progetto di messa in sicurezza della torre campanaria della chiesa di San Michele Arcangelo a Grottaminarda ci siamo trovati di fronte a una sfida non banale: ottenere un miglioramento sismico di almeno il 10% su una struttura già oggetto di importanti interventi dopo il terremoto dell’Irpinia del 1980. La torre, infatti, presentava un nucleo interno in cemento armato realizzato negli anni ’90, la cui rimozione sarebbe stata complessa e potenzialmente rischiosa per la stabilità dell’edificio.”

La strategia adottata non è stata quella di sostituire, ma di integrare e valorizzare l’esistente, trasformando un vincolo in risorsa.

Analisi della vulnerabilità: comportamento dinamico e prima forma modale

Dal punto di vista strutturale, il campanile presentava criticità tipiche delle torri in muratura:

• bassa resistenza a trazione,
• discontinuità nei materiali,
• elevata snellezza,
• dominanza della prima forma modale, con amplificazione delle oscillazioni.

In particolare, le vibrazioni sulla prima forma risultavano critiche perché:

• governano la risposta globale della torre,
• amplificano gli spostamenti in sommità,
• aumentano il rischio di meccanismi locali e ribaltamenti.

Per questo motivo, il progetto ha integrato interventi tradizionali con una strategia avanzata di controllo attivo delle vibrazioni.

Il sistema degli interventi: un approccio integrato

Il miglioramento sismico è stato ottenuto attraverso un insieme coordinato di interventi:

Interventi strutturali locali

• ancoraggio alla base del nucleo interno in c.a.;
• iniezioni profonde per migliorare l’interazione tra setto in c.a. e muratura;
• ristilatura dei giunti della muratura esterna;
• rinforzo dei solai in c.a. con elementi in acciaio.

Intervento dinamico innovativo

• installazione di un sistema Active Mass Damper (AMD) di ISAACin corrispondenza della cella campanaria.

Questa combinazione ha permesso di agire sia sulla capacità resistente sia sul comportamento dinamico globale.

Active Mass Damper: controllo attivo delle vibrazioni

Il cuore innovativo dell’intervento è rappresentato dall’installazione del sistema ISAAC Electro-Pro 20x, costituito da un asse inerziale attivo.

Si tratta di una tecnologia che opera secondo tre fasi fondamentali:

1. Rilevazione
   Sensori accelerometrici misurano in tempo reale vibrazioni, drift e accelerazioni.
2. Elaborazione
   Modelli dinamici e controlli in retroazione stimano lo stato della struttura.
3. Azione
   Il sistema genera forze in controfase rispetto al moto della struttura, riducendo le oscillazioni.

Il risultato è un incremento dello smorzamento equivalente e una significativa riduzione delle ampiezze di vibrazione.

"Abbiamo scelto un approccio diverso: non eliminare quell’intervento, ma trasformarlo in una risorsa strutturale, rendendolo parte attiva della risposta sismica della torre. L’installazione di un sistema Active Mass Damper ha permesso di controllare le oscillazioni dovute sia agli eventi sismici sia alle azioni ambientali come il vento, particolarmente rilevanti in questa zona. Il dispositivo riduce non solo le vibrazioni proprie della torre, ma anche quelle indotte dal complesso della chiesa, che durante un sisma possono generare effetti di ‘frusta’ e amplificare le sollecitazioni nel punto di collegamento tra le due strutture, un fenomeno che nel terremoto del 1980 portò al crollo della cella campanaria" - dichiarano Loffa e Amura.

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Perché una soluzione attiva in un edificio storico

Nel caso di Grottaminarda, la scelta dell’AMD è stata guidata da esigenze precise:

• non invasività: installazione nel nucleo interno, senza alterare la muratura storica;
• efficacia dinamica: controllo mirato sulla prima forma modale;
• continuità strutturale: nessuna modifica significativa ai percorsi di carico.

In strutture storiche vincolate, dove l’intervento edilizio è limitato, la possibilità di agire sul comportamento dinamico senza intervenire sulla materia rappresenta un cambio di paradigma.

Risultati attesi: un miglioramento sismico del 40%

Grazie all’approccio integrato e al contributo del sistema AMD, il progetto prevede:

• un miglioramento sismico ben superiore al 10% richiesto, (stimato in circa il 40% sulla base dei modelli FEM sviluppati dai progettisti),
• una riduzione significativa delle vibrazioni indotte da sisma e vento,
• un controllo degli effetti di interazione con la chiesa (effetti “a frusta”),
• un aumento della sicurezza globale senza interventi invasivi.

Il sistema consente quindi di ridurre la domanda sismica, invece di aumentare esclusivamente la capacità resistente.

"La collaborazione con i progettisti del sistema è stata fondamentale: insieme abbiamo affrontato sia le sfide di installazione, legate agli spazi ridotti, sia quelle teoriche, sviluppando modelli FEM in grado di stimare la risposta della struttura dopo l’intervento. Il risultato atteso è un miglioramento sismico complessivo di circa il 40%, ben oltre il 10% richiesto dalla committenza, ottenuto senza interventi invasivi sulla struttura storica, poiché l’installazione ha interessato esclusivamente il nucleo interno realizzato negli anni ’90.” - commenta l'Ing. Amura.

Retrofit del patrimonio storico: indicazioni per la pratica professionale

Il caso del campanile di Grottaminarda dimostra che oggi è possibile:

• integrare ingegneria strutturale tradizionale e tecnologie attive,
• rispettare i vincoli conservativi,
• ottenere risultati misurabili e documentabili.

Il caso offre indicazioni metodologiche trasferibili ad altri contesti di patrimonio vincolato: l’integrazione tra rinforzi strutturali localizzati e controllo attivo delle vibrazioni consente di raggiungere obiettivi di miglioramento sismico significativi operando entro i margini imposti dai vincoli conservativi. Agire sul comportamento dinamico della struttura — anziché esclusivamente sulla capacità resistente — si conferma una strada percorribile, documentabile e compatibile con le esigenze delle Soprintendenze.

La sicurezza sismica è un lavoro di squadra.
ISAAC affianca i professionisti in ogni fase del progetto: contattaci per un confronto sul tuo intervento.
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FAQ

1. Cos’è un Active Mass Damper (AMD) e come si differenzia da uno smorzatore passivo?

Un Active Mass Damper è un sistema di controllo dinamico che interviene in tempo reale sul comportamento della struttura. A differenza dei dispositivi passivi, che dissipano energia in modo “reattivo”, l’AMD utilizza sensori, algoritmi di controllo e attuatori per generare forze controllate in controfase rispetto al moto dell’edificio.

Questo consente di adattare continuamente la risposta del sistema alle vibrazioni, aumentando lo smorzamento equivalente e riducendo in modo mirato le oscillazioni strutturali.

2. Perché il controllo della prima forma modale è così importante nei campanili?

Nei campanili, che sono strutture molto snelle e sviluppate in altezza, il comportamento durante il sisma è dominato principalmente dal primo modo di vibrare, cioè quello che descrive l’oscillazione globale della torre.

Questo modo concentra gli spostamenti soprattutto in sommità e le sollecitazioni alla base. Inoltre, proprio questa oscillazione globale può favorire l’attivazione di meccanismi locali, come il ribaltamento (rocking) o il distacco di porzioni murarie.

Per questo motivo, intervenire sulla prima forma modale significa agire direttamente sul comportamento complessivo della struttura, riducendo sia gli spostamenti in alto sia le sollecitazioni alla base e, di conseguenza, il rischio di danni e meccanismi locali.

3. L’installazione di un AMD modifica il comportamento statico della struttura?

No. L’AMD è progettato per intervenire sul comportamento dinamico della struttura, cioè durante eventi come il sisma o il vento, senza modificare in maniera significativa il comportamento statico.

Pur introducendo una massa aggiuntiva e sistemi di supporto locali, questi effetti sono progettati per non alterare i percorsi di carico né lo schema resistente globale.

Questo aspetto è particolarmente importante negli edifici storici, dove è fondamentale non modificare l’equilibrio strutturale esistente né introdurre interventi invasivi.

4. È compatibile con edifici vincolati?

Sì. Una delle principali caratteristiche dei sistemi AMD è la loro non invasività. L’installazione avviene generalmente in posizioni strategiche (come sottotetti o celle campanarie), senza interventi diretti sugli elementi storici.

Inoltre, la reversibilità e la leggibilità dell’intervento li rendono compatibili con i requisiti delle Soprintendenze, facilitando il processo autorizzativo in contesti vincolati.

5. Quali sono i vantaggi rispetto a un intervento strutturale tradizionale?

L’approccio con sistemi attivi consente di affiancare o, in alcuni casi, ridurre la necessità di interventi invasivi. I principali vantaggi sono:

• riduzione dell’impatto sull’edificio esistente,
• tempi di installazione contenuti,
• continuità d’uso durante i lavori,
• possibilità di intervento anche in contesti con forti vincoli architettonici.

Il beneficio principale è la possibilità di ridurre la domanda sismica, invece di intervenire esclusivamente sull’aumento della capacità resistente.