Gli effetti delle vibrazioni urbane sui monumenti storici: lo studio ENEA sul patrimonio di Roma

Le vibrazioni generate dal traffico urbano e dall’ambiente circostante possono avere un impatto significativo sulla conservazione dei monumenti storici, soprattutto nei contesti urbani più complessi. Proprio da questa consapevolezza prende avvio lo studio pubblicato da ENEA, dedicato ad alcuni dei più importanti beni monumentali di Roma, dal Colosseo all’Arco di Costantino. L’analisi, basata sui dati raccolti durante una campagna sperimentale del 1985, offre oggi una lettura aggiornata grazie alle evoluzioni delle tecnologie di monitoraggio. I risultati consentono di comprendere meglio il comportamento dinamico delle strutture e di valutare i possibili effetti delle vibrazioni nel tempo. Un contributo utile non solo alla ricerca, ma anche alle strategie di tutela e conservazione del patrimonio storico.

Dai dati del 1985 nuove informazioni sul comportamento dinamico dei monumenti

Le vibrazioni generate dal traffico urbano e dalle attività presenti nelle grandi città possono diventare uno strumento prezioso per comprendere lo stato di salute dei monumenti storici. È quanto emerge da uno studio pubblicato da ENEA, che ha analizzato il comportamento dinamico di alcuni tra i più importanti monumenti di Roma, utilizzando come base i dati raccolti durante una campagna sperimentale condotta nel 1985 e riletti alla luce delle più recenti conoscenze e tecnologie di monitoraggio.

Lo studio, come riportato in un comunicato stampa ENEA, ha interessato l’Arco di Costantino, il Colosseo, il Tempio di Minerva Medica, i Trofei di Mario, la Colonna di Marco Aurelio, la Colonna Traiana e le Terme di Caracalla. L’obiettivo è stato valutare l’intensità delle vibrazioni ambientali e di quelle prodotte dal traffico, individuando allo stesso tempo le principali caratteristiche dinamiche delle strutture e possibili indicazioni utili per la loro conservazione.

Il valore dello studio risiede anche nella possibilità di disporre di una base sperimentale risalente a oltre quarant’anni fa, particolarmente utile per confrontare nel tempo l’evoluzione del comportamento strutturale dei beni monumentali.

“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 Giacomo Buffarini, ricercatore del Laboratorio ENEA di Analisi e modelli per le infrastrutture critiche del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili e coautore dello studio.

Secondo Buffarini, i dati raccolti nel 1985 costituiscono “una base di riferimento unica” per mettere a confronto campagne di misura successive e verificare nel tempo eventuali modifiche delle condizioni strutturali dei monumenti.

Le misure vennero effettuate attraverso sismometri installati a differenti livelli delle strutture, in grado di misurare la velocità del punto di applicazione. La frequenza di acquisizione era pari a 200 Hz, corrispondente a un campionamento ogni 0,005 secondi.

All’epoca la registrazione avveniva ancora in modalità analogica su pellicola e richiedeva una successiva digitalizzazione per poter svolgere le analisi numeriche. ENEA, che condusse le attività in collaborazione con ISMES, disponeva già allora di competenze avanzate nel campo del monitoraggio dinamico delle strutture.

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Vibrazioni più elevate nelle parti sommitali delle strutture

Le analisi evidenziano, in termini generali, come l’ampiezza delle vibrazioni tenda ad aumentare procedendo dalla base verso la sommità dei monumenti, anche se con differenze rilevanti in funzione delle caratteristiche geometriche e strutturali di ciascun manufatto e della distanza dalle sorgenti delle vibrazioni.

Non tutti i monumenti, infatti, reagiscono nello stesso modo alle sollecitazioni provenienti dal traffico ferroviario, stradale o dall’ambiente circostante. La risposta dipende dalle dimensioni, dalla massa, dalla geometria e dalle caratteristiche meccaniche delle strutture.

Arco di Costantino e Colosseo: amplificazioni contenute, più significativo il Tempio di Minerva Medica

Per Arco di Costantino e Colosseo lo studio rileva amplificazioni relativamente contenute, con differenze moderate tra le vibrazioni registrate alla base e quelle misurate nelle parti più elevate.

Nel caso dell’Arco di Costantino, le analisi hanno mostrato come la struttura tenda a vibrare soprattutto secondo le proprie frequenze naturali, comprese indicativamente tra 1 e 10 Hz. Il passaggio della metropolitana non sembra determinare fenomeni critici di risonanza. È stata invece individuata l’influenza del vicino Colosseo, la cui grande massa contribuisce in maniera significativa alla dinamica del contesto circostante.

Più evidente è il fenomeno riscontrato nel Tempio di Minerva Medica, dove nella parte superiore della struttura sono stati misurati valori medi di velocità delle vibrazioni pari a 0,71 mm/s, con picchi che raggiungono 2,21 mm/s. Un risultato legato anche alla vicinanza della linea ferroviaria.

Un comportamento analogo, anche se meno accentuato, è stato rilevato per la Colonna Traiana e per le Terme di Caracalla. I Trofei di Mario e la Colonna di Marco Aurelio, invece, presentano livelli di vibrazione più contenuti e differenze meno marcate tra la base e la sommità.

I valori restano entro i limiti, ma per i monumenti fragili serve maggiore cautela

Secondo quanto riportato da ENEA, i valori massimi delle vibrazioni rilevate sono risultati sempre inferiori ai limiti di riferimento, avvicinandosi alle soglie previste soltanto in alcuni casi.

Il tema, tuttavia, non può essere affrontato considerando esclusivamente il superamento o meno di un limite numerico. Le soglie normalmente utilizzate, infatti, fanno riferimento a edifici storici in condizioni ordinarie di conservazione. Nel caso di strutture molto antiche, già degradate o interessate da precedenti danneggiamenti, potrebbe essere necessario adottare criteri maggiormente cautelativi.

“L’effetto delle vibrazioni dipende infatti non solo dalla loro intensità, ma anche dalle caratteristiche meccaniche della struttura e dal suo stato di conservazione”, sottolinea Buffarini. Di conseguenza, anche valori inferiori ai limiti normalmente adottati devono essere analizzati con attenzione quando interessano monumenti fragili o già compromessi.

Il riferimento richiamato nello studio è la UNI 9916, che individua differenti livelli di attenzione in funzione della velocità delle vibrazioni. Valori compresi tra 0,5 e 2 mm/s possono essere adottati come riferimento particolarmente cautelativo per edifici fragili o degradati; tra 2 e 3 mm/s si entra generalmente in una fascia di attenzione per i beni culturali, mentre valori superiori richiedono valutazioni sempre più approfondite in relazione alle effettive condizioni della struttura.

Il traffico urbano può diventare uno strumento per il monitoraggio strutturale

Un ulteriore elemento evidenziato dallo studio riguarda la possibilità di sfruttare le vibrazioni ambientali e quelle generate dal traffico come una sorta di “eccitazione naturale” delle strutture.

Le sollecitazioni prodotte dalla circolazione dei mezzi si propagano infatti attraverso la pavimentazione, gli strati della fondazione stradale e il terreno, raggiungendo anche gli edifici circostanti. La loro misurazione consente quindi di studiare la risposta dinamica di un monumento senza dover ricorrere necessariamente a sollecitazioni artificiali.

L’analisi del comportamento sotto vibrazioni ambientali può fornire informazioni utili anche per comprendere meglio la possibile risposta delle strutture alle azioni sismiche, che rappresentano una delle principali cause di danneggiamento del patrimonio costruito nei centri storici.

Il problema diventa ancora più rilevante quando un eventuale terremoto interessa strutture che presentano già fenomeni di degrado progressivo. Nel lungo periodo, infatti, anche le vibrazioni indotte dal traffico possono contribuire, insieme ad altri fattori, al deterioramento di edifici particolarmente vulnerabili.

Per questa ragione, ENEA sottolinea l’importanza di effettuare campagne di misura periodiche. Il confronto nel tempo dei parametri dinamici potrebbe consentire di individuare variazioni nel comportamento della struttura e quindi possibili segnali precoci di degrado.

“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.

Lo studio conferma quindi il ruolo del monitoraggio dinamico come strumento di supporto alla conoscenza, alla prevenzione e alla conservazione del patrimonio storico. La disponibilità di dati raccolti a distanza di decenni rappresenta inoltre un patrimonio informativo particolarmente significativo per valutare l’evoluzione delle strutture e definire strategie di tutela sempre più mirate.

Fonte: comunicato stampa ENEA.