Vibrazioni ambientali e indotte dal traffico sui beni culturali, che effetto hanno? Il caso del Colosseo

La vulnerabilità delle strutture storiche ai sismi e alle vibrazioni indotte da traffico

Molti monumenti sono stati distrutti da eventi naturali, soprattutto da terremoti. Inoltre, l’invecchiamento naturale dei materiali, l’erosione dovuta al vento, alla pioggia e all’inquinamento e agli effetti delle escursioni termiche, possono determinare un continuo deterioramento delle superfici esposte con una significativa riduzione della resistenza dei materiali e, quindi, della capacità strutturale.

A questo processo partecipano anche le vibrazioni indotte dal traffico, incrementando la vulnerabilità alle azioni statiche e dinamiche e favorendo un crollo improvviso in caso di sisma.

In molti casi, le strutture storiche sono state costruite senza tener conto delle azioni orizzontali e, pertanto, sono molto vulnerabili alle azioni sismiche e alle vibrazioni indotte dal traffico, queste ultime diventate importanti soltanto nella seconda metà del ventesimo secolo.

Il comportamento di una struttura storica è alquanto complesso anche a causa della scarsa conoscenza dell’effettiva geometria e delle caratteristiche dei materiali, nonché delle condizioni di vincolo interne e esterne. Pertanto, i modelli strutturali necessitano di opportune validazioni sperimentali; a tal fine, le vibrazioni indotte dal traffico rappresentano una sollecitazione continua, a costo zero.

L’impegno dell’ENEA nella salvaguardia dei beni culturali dalle vibrazioni ambientali e indotte dal traffico

Negli anni ’80 dello scorso secolo, i ricercatori dell’ENEA organizzarono un importante progetto che prevedeva campagne di rilievi di vibrazioni su diversi monumenti di Roma, tra cui le Colonne Coclidi, l’Obelisco Flaminio, il Colosseo, l’Arco di Costantino, il Tempio di Minerva Medica e altri.

Ciascuna struttura fu strumentata con una rete di velocimetri.

I rilievi di vibrazioni furono eseguiti in diverse condizioni di traffico e i dati furono analizzati nel dominio del tempo e della frequenza, evidenziando i valori massimi delle vibrazioni e le caratteristiche dinamiche delle strutture. Alcuni di essi, come le Colonne Coclidi e il Colosseo, sono stati oggetto di successive campagne sperimentali.

Lo studio delle vibrazioni ambientali e indotte dal traffico ha riguardato altre strutture monumentali.

Tra queste: Villa Farnesina, protetta da una pavimentazione antivibrante posta al di sotto della pavimentazione stradale del vicino Lungotevere; il Tempio Rotondo al Foro Boario, per il quale la Sovrintendenza Archeologica di Roma aveva avviato un programma di lavori per il consolidamento strutturale; il Duomo di Orvieto, dove per effetto del sisma umbro-marchigiano del 1997 si erano aperte alcune preoccupanti lesioni nella volta della Cappella del Corporale; l’Obelisco Lateranense, oggetto di un approfondito studio sui materiali, mediante prove soniche, e sulla struttura.

Lo studio delle vibrazioni ambientali e indotte dal traffico sul Colosseo

Tra gli studi di maggior interesse va citato quello eseguito sul Colosseo, sul quale sono state condotte due campagne sperimentali, rispettivamente nel 1985 e nel 2014.

La sperimentazione ha riguardato, in particolare, la porzione rimanente della parete nord.

L’analisi nel dominio del tempo ha evidenziato vibrazioni di maggiore ampiezza in prossimità dell’estremità ovest della parete, durante i passaggi della metropolitana.

L’analisi spettrale ha consentito di ricavare le proprietà dinamiche della parete, ossia le frequenze di risonanza e le forme modali associate.

Le prime due riguardano gli speroni, dello Stern e del Valadier rispettivamente; le successive impegnano l’intera parete.

Lo studio è descritto dettagliatamente nell’articolo:

Bongiovanni G., Buffarini G., Clemente P., Rinaldis D., Saitta F. (2017). Dynamic characteristics of the Amphitheatrum Flavium northern wall from traffic-induced vibrations. Annals of Geophysics, Vol. 60, No. 4, S0439, INGV, Rome, online 12 July 2017, reperibile al link o scaricabile in PDF in fondo all'articolo.

Di seguito altri articoli di interesse, su monumenti di Roma:

• The flaminio obelisk in Rome: Vibrational characteristics as part of preservation efforts

• Protection of a monumental building against traffic-induced vibrations

• Experimental vibration analyses of a historic tower structure

• Time and Frequency Domain Analyses in the Experimental Dynamic Behaviour of the Marcus Aurelius’ Column