ENEA effettua le verifiche strutturali dell'Obelisco Egizio di S. Giovanni in Laterano a Roma per testarne la vulnerabilita' a scosse di terremoto e al traffico - Tecnologie per i beni culturali

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ENEA effettua le verifiche strutturali dell'Obelisco Egizio di S. Giovanni in Laterano a Roma per testarne la vulnerabilita' a scosse di terremoto e al traffico


Intervista a Gerardo De Canio, responsabile del laboratorio Qualificazione materiali, componenti e sistemi dell'ENEA

Quali sono le condizioni riscontrate con le vostre indagini sull’Obelisco?
L’obelisco, che è alto 32 metri ed è costituito da tre blocchi di granito rosso sovrapposti connessi tra loro ed alla base tramite tre giunti, presenta  zone di degrado superficiale e precedenti interventi di  recupero in corrispondenza dei collegamenti fra i vari blocchi.
L’Obelisco, sebbene sia stato ricomposto a seguito di una caduta che lo fece spezzare in tre pezzi, mostra tuttora buone condizioni strutturali. Abbiamo potuto constatare l’altissimo livello tecnologico dell’architettura in età rinascimentale, che è stata in grado di  ricomporre l’obelisco unendo i pezzi in modo da far collimare perfettamente le superfici. Le indagini ENEA hanno infatti evidenziato l’ingegnoso sistema di incastri “a croce” ideato dall’architetto Fontana per ricomporre i tre pezzi  e la complessa ed efficace dislocazione dei blocchi di granito alla base dell’obelisco.

Quali sono gli obiettivi delle vostre attività di ricerca sui beni culturali?
Investire nella conoscenza, nella conservazione, nel restauro, nel recupero e nella fruizione del patrimonio artistico. È  questa la tendenza  oggi più diffusa sia in campo urbanistico che territoriale e ambientale. In questo settore l’ENEA ha sviluppato precise competenze e strutture e  fornisce supporto e consulenza tecnico- scientifica in collaborazione anche con diverse istituzioni nazionali e internazionali. Da più di venti anni l’Ente sviluppa tecnologie non distruttive, che trovano applicazione in vari settori: dal monitoraggio ambientale alla protezione del patrimonio artistico e culturale, alla prevenzione sismica ad a molteplici utilizzi industriali, aeronautici e spaziali.
Il monitoraggio strutturale per la verifica delle condizioni dell’Obelisco Egizio di piazza S. Giovanni in Laterano a Roma è stato uno dei  progetti più interessanti di cui ci siamo occupati.

I risultati degli studi condotti sull’Obelisco potranno essere utilizzati  per controllare  altri monumenti a rischio, ed in particolare, data l’attuale situazione dopo il terremoto in Abruzzo, per verifiche a sollecitazioni sismiche? E ancora come possiamo combattere il degrado ambientale del nostro patrimonio artistico? 
Gli utilizzatori delle attività sono soprattutto i beni culturali e tutte le organizzazioni o pubbliche e private che operano nel campo della conservazione delle opere d’arte e del patrimonio architettonico nazionale.
La stessa metodologia d’indagine usata per l’obelisco lateranense, cioè monitoraggio del traffico  e caratterizzazione meccanica tramite indagini non distruttive con tomografia sonica e georadar,  è stata applicata per il monitoraggio strutturale di altri monumenti. In particolare, le indagini topografiche e radar sono attualmente in corso per il monitoraggio delle colonne e del pavimento del Duomo di Orvieto nell’ambito della convenzione tra l’OPSM (Opera del Duomo di Orvieto) e l’ENEA per la ricollocazione delle statue dei dodici apostoli all’interno della navata centrale e del gruppo scultoreo della “Maestà con Angeli reggicortina e Baldacchino” sulla lunetta del portale maggiore della facciata del Duomo.
Senz’altro la tappa della conoscenza  è essenziale per  la conservazione e la fruizione del patrimonio culturale. Questa è condizione indispensabile per pianificare gli interventi conservativi (anche preventivi) al fine di trasmettere alle future generazioni l’immenso ed importante patrimonio culturale presente nel nostro paese.

Tornando all’Obelisco di S. Giovanni in Laterano, ci può illustrare la storia e le caratteristiche di questo Obelisco?
L’Obelisco Lateranense proviene dal tempio del dio Amon-Ra  a Karnak  nell’antico Egitto, risale infatti al XV secolo a.C. Venne portato a Roma dall’imperatore Costanzo II, figlio di Costantino il  Grande  e collocato nel Circo Massimo. Nei secoli successivi per cause ancora non del tutto chiare cadde spezzandosi in tre pezzi. Nel 1588 fu Papa  Sisto V a volerne  la ricomposizione e la collocazione, su progetto dell’architetto Domenico Fontana, in Piazza San Giovanni in Laterano.  L’obelisco poggia su un basamento alto circa 10 metri e con la croce in sommità raggiunge l’altezza complessiva di oltre 45 metri.

Quali indagini avete condotto sull’Obelisco e con quali obiettivi?
Il cantiere è stato aperto nel periodo maggio 2007 - dicembre 2007 su richiesta della società SEA incaricata di effettuare gli interventi di restauro e pulitura delle superfici dell’obelisco e della fontana adiacente. Sull’obelisco l’ENEA ha realizzato  una serie di complesse indagini condotte con  tecnologie non  distruttive, che non provocano, cioè, alcuna alterazione o danno all’oggetto studiato, e proprio  per questo sono ampiamente utilizzate per la salvaguardia del patrimonio artistico e architettonico. L’elevata specializzazione delle tecniche e l’approccio interdisciplinare consentono di ottenere un’accurata diagnosi delle condizioni dell’opera, per pianificare,  poi, quando necessario, interventi di restauro o consolidamento.
Il nostro obiettivo è stato quello di verificare le sollecitazioni a cui è sottoposto l’obelisco  e che sono dovute principalmente al traffico, controllare lo stato dei giunti di collegamento tra i blocchi di granito e gli eventuali danni dovuti al tempo e all’ambiente - oltre al traffico sono imputati le condizioni atmosferiche e l’inquinamento -  ma soprattutto conservare l’opera per il futuro e prevenire ulteriori danneggiamenti.

Quali sono state le fasi di lavoro e quali strumenti avete utilizzato?
Le indagini sono state condotte attraverso diverse fasi.  Siamo partiti con un monitoraggio strutturale durato 6 mesi, nel periodo Maggio-Dicembre 2007. Mi spiego meglio: abbiamo  disposto dei  sensori sismici alla base e lungo l’altezza dell’obelisco, acquisendo così  una serie di  dati vibrazionali in varie condizioni di esercizio.
Subito dopo è seguita la  fase di caratterizzazione dinamica strutturale tramite l’analisi della risposta dell'obelisco alle vibrazioni naturali (microsismi) e quelle  indotte dal traffico,  e la valutazione delle caratteristiche dinamiche per il calcolo degli scenari di risposta dell’obelisco alle sollecitazioni ambientali estreme.
Per quanto riguarda lo studio delle caratteristiche dei materiali e dei giunti di collegamento tra i blocchi di granito, abbiamo effettuato le seguenti indagini:

  • qualificazione morfologica delle sezioni per individuare vuoti, difetti o lesioni, stimare le proprietà elastiche delle sezioni e le condizioni d’integrità, attraverso Tomografia Sonica
  • individuazione dei perni e delle staffe metalliche alle sezioni d’interfaccia ed alla base, al fine di stimare le caratteristiche dei vincoli, attraverso  indagini Radar
  • realizzazione e validazione in base ai dati sperimentali di un modello numerico dell’obelisco realizzato a fini previsionali, che sia, cioè, in grado di simulare le risposte dell’obelisco alle sollecitazioni ambientali.

In sintesi gli obiettivi delle prove di vibrazioni ambientali sono stati dunque quelli di verificare l’entità delle vibrazioni, soprattutto quelle indotte dal traffico veicolare e metropolitano e di ricavare le proprietà dinamiche dell’obelisco in modo da mettere a punto un modello numerico a  elementi finiti che consenta la  verifica statica e dinamica dell’opera nei confronti delle sollecitazioni esterne.
Voglio far notare anche  che la resistenza che l’obelisco lateranense può offrire in caso di un terremoto dipende dallo stato dei giunti di collegamento i quali possono risentire  degli effetti di carichi dinamici che lo sollecitano costantemente. Questo effetto è particolarmente accentuato nei monumenti siti nei centri urbani, dove le vibrazioni ambientali sono fra le cause principali del lento deterioramento di tali opere. Molto dannose possono essere le vibrazioni provocate dal traffico urbano. Una struttura infatti lentamente danneggiata dalle vibrazioni provocate dal traffico, potrebbe essere più vulnerabile ad un eventuale evento sismico. Da qui l’importanza delle nostre prove che hanno  previsto sia un monitoraggio con sensori sismici che un monitoraggio continuo delle vibrazioni con sensori accelerometrici.
 
Quali sono stati i risultati della campagna diagnostica?
Per quanto riguarda il monitoraggio sismico ed accelerometrico, i risultati delle prove di vibrazioni ambientali condotte possono così sintetizzarsi:

  • sono state individuate le caratteristiche di comportamento dinamiche dell’obelisco, cioè i modi con cui la struttura può oscillare nelle direzioni principali delle facciate Nord-Sud (in asse Via Rasella) ed Est-Ovest ( in asse con la Scala Santa), verificando la compatibilità con le caratteristiche geometriche dell’Obelisco e le presunte proprietà dei materiali
  • per basse sollecitazioni, quali quelle prodotte dalle vibrazioni ambientali e indotte dal traffico, obelisco e basamento si comportano come un unico organismo strutturale grazie al buono stato dei giunti di collegamento tra i blocchi di granito. È stata altresì effettuata un’indagine per l’inquadramento geologico e geotecnica dell’area d’interesse
  • la zona dell’obelisco è interessata da un traffico intenso ma costituito da mezzi sostanzialmente leggeri. La loro distribuzione giornaliera vede durante la mattina ed il tardo pomeriggio la presenza del maggior numero di veicoli. Le velocità di transito sono ovviamente inversamente proporzionali al numero di veicoli. Di notte i pochi passaggi avvengono a velocità più sostenute (50 km/h) anche per l’assenza di una semaforizzazione regolamentata (incrocio con lampeggiamento del giallo). I transiti a bassa – media velocità (20-30 Km/h) di transito sono caratterizzati da un contenuto in frequenza a valori più bassi. Le sequenze analizzate hanno evidenziato i flussi veicolari e le aree di accelerazioni e decelerazioni regolamentate dalla presenza di semafori. I dati vibrazionali acquisiti forniscono una stima dei cicli di sollecitazione ambientale cui il monumento è soggetto: il semaforo sulla via Amba Aradan ha un periodo di riposo di 40 sec, ed in media ad ogni semaforo verde si registra il passaggio di un veicolo pesante (camion, bus, furgoni ); pertanto le time history sono state analizzate su finestre temporali di 120 secondi per potere massimizzare il contenuto d’informazione.

 

 

 

 

  • in termini energetici, le sollecitazioni da traffico sono state normalizzate rispetto al terremoto di riferimento e sono valutate confrontando i contenuti energetici degli spettri di accelerazione del sisma di riferimento e delle vibrazioni da traffico. In altri termini, è stata definita la corrispondenza tra  le sollecitazioni da traffico  e quelle  di un terremoto spettro-compatibile con il sito in esame
  • con riferimento alla norma UNI9916 del 2004, il valore di soglia delle vibrazioni ambientali per strutture di classe 3 (e.g. monumenti) è di 0.25 cm/sec. La massima azione sismica equivalente alle sollecitazioni da traffico in termini velocità spettrale è pari a 0.0034 cm/sec, cioè l’ 1, 36%   del valore prescritto dalla norma UNI9916 del 2004, quindi largamente nei parametri.

 

Le indagini soniche hanno rivelato che l’obelisco è appoggiato su una piastra di granito e che ai 4 spigoli  e lungo il bordo  sono inserite una serie di staffe metalliche e di piastre di bronzo
Le indagini radar alla base hanno rivelato  che:

  • La base su cui poggia l’obelisco presenta una disomogeneità parallela alla superficie e presente su tutte le facciate in accordo risultati della tomografia sonica
  • All’interno del cordolo si evidenzia materiale disomogeneo
  • Vi sono elementi metallici disposti in modo costante a conferma della presenza di staffe di collegamento del cordolo al cemento centrale.

La presenza di un elemento metallico riscontrato simmetricamente in varie sezioni ad una profondità di 50-60 cm.
In conclusione possiamo dire che l’insieme di queste indagini ha fornito informazioni in grado di valutare la vulnerabilità dell’obelisco sia alle sollecitazioni provenienti dal  traffico sia ad eventuali terremoti; in termini energetici, le sollecitazioni da traffico sono state normalizzate rispetto al terremoto di riferimento e sono valutate confrontando i contenuti energetici degli spettri di accelerazione del sisma di riferimento e delle vibrazioni da traffico. In altri parole, è stata definita la corrispondenza tra  le sollecitazioni da traffico  e quelle  di un terremoto spettro-compatibile con il sito in esame. Il rapporto tra l’entità delle sollecitazioni da traffico e del sisma di riferimento è di 4 ordini di grandezza (10-4), pertanto gli effetti del traffico alla base dell’obelisco sono trascurabili nei confronti della  vulnerabilità strutturale.

 

 

 

 

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