Come proteggere gli edifici storici dal rischio sismico senza ricorrere a interventi invasivi o non necessari? Una risposta arriva dal monitoraggio strutturale, dall’analisi delle vibrazioni ambientali e dalla modellazione numerica, strumenti che permettono agli ingegneri di comprendere come una struttura si comporta realmente prima di intervenire.
Gli edifici storici sono spesso considerati monumenti immobili: belli, fragili e congelati nel tempo. Dal punto di vista ingegneristico, tuttavia, sono tutt’altro che statici. Si muovono, si assestano, si fessurano, assorbono vibrazioni e reagiscono quotidianamente all’ambiente circostante.
Questi movimenti sono spesso troppo piccoli per essere percepiti a occhio nudo, ma possono essere sufficientemente significativi da influenzare le decisioni relative alla conservazione, al consolidamento o al recupero di una struttura.
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Edifici storici e rischio sismico: la sfida italiana
La questione è particolarmente rilevante nei Paesi caratterizzati dalla presenza di edifici secolari esposti al rischio sismico. L’Italia è uno degli esempi più evidenti.
I suoi centri storici comprendono chiese, palazzi, edifici civici, corridoi voltati, soffitti affrescati e strutture in muratura costruite molto prima dell’introduzione delle moderne normative edilizie.
Preservare questo patrimonio non significa semplicemente riparare la muratura o aggiungere interventi di consolidamento. Gli ingegneri devono innanzitutto comprendere come l’edificio si comporti realmente.
L’ingegneria sismica applicata al patrimonio storico
L’ingegnere strutturista Nicola Del Lama ha sviluppato la propria attività professionale e di ricerca in questo impegnativo ambito dell’ingegneria sismica applicata alle strutture storiche.
Il suo lavoro si concentra sull’ingegneria sismica applicata al patrimonio storico, un settore nel quale l’esperienza maturata attraverso la pratica professionale si è progressivamente intrecciata con un crescente interesse per la ricerca.
Insieme al collega Magi, esperto di heritage structures e membro di ISCARSAH e ICOMOS, Del Lama ha condiviso nel corso degli anni un particolare interesse per il patrimonio costruito e per le sfide strutturali degli edifici storici.
Il loro percorso professionale si è sviluppato attraverso il lavoro quotidiano su strutture esistenti e progetti di riabilitazione, occupandosi di edifici nei quali la conoscenza dei materiali, delle trasformazioni avvenute nel tempo e dell’effettivo comportamento strutturale è essenziale per intervenire in modo consapevole.
Dalla pratica professionale alla ricerca internazionale
Questa esperienza professionale ha progressivamente alimentato anche un interesse per la ricerca.
Le problematiche incontrate nella pratica progettuale hanno infatti sollevato interrogativi che richiedevano strumenti e metodologie capaci di andare oltre la sola modellazione teorica, incoraggiando così un’apertura verso collaborazioni con la comunità accademica internazionale.
Una parte importante di questo percorso è legata alle relazioni professionali e scientifiche sviluppate nel corso degli anni e, in particolare, alla collaborazione esistente tra Magi e il Prof. Yohei Endo della Shinshu University in Giappone.
Endo coordina attività di ricerca che comprendono, tra gli altri temi, l’identificazione dinamica, il monitoraggio della salute strutturale e lo studio delle murature e delle strutture voltate storiche.
Magi ed Endo avevano già lavorato insieme e pubblicato in precedenza, ponendo le basi per una collaborazione scientifica consolidata.
Il caso di studio di un edificio storico a Firenze
Un’importante opportunità per sviluppare ulteriormente questa collaborazione è emersa nel contesto di un prestigioso edificio storico di Firenze, originariamente commissionato dalla famiglia Medici alla fine del XVI secolo e oggi sede di una prestigiosa istituzione internazionale.
L’edificio rappresenta un caso particolarmente complesso nell’ambito dell’ingegneria delle strutture storiche.
Comprende quasi un centinaio di volte in muratura, molte delle quali differenti tra loro e caratterizzate da geometrie irregolari, spessori ridotti, profili ribassati e intersezioni complesse. La varietà delle configurazioni e delle caratteristiche costruttive rende particolarmente complessa la valutazione del comportamento strutturale delle volte.
In tale contesto, un approccio basato esclusivamente su modelli semplificati e ipotesi conservative potrebbe non essere sufficiente a rappresentare adeguatamente la risposta effettiva della struttura.
Le problematiche incontrate nel progetto hanno quindi offerto l’opportunità di riunire diverse competenze professionali e scientifiche e di indagare, attraverso un’attività di ricerca, alcuni degli aspetti più complessi relativi al comportamento delle strutture voltate storiche.
Il ruolo di Nicola Del Lama nella ricerca
L’esperienza di Endo nello studio dell’identificazione dinamica e delle strutture storiche si è incontrata con l’esperienza sul campo del gruppo professionalmente coinvolto nel progetto.
È in questo contesto che il ruolo dell’ingegnere Nicola Del Lama è diventato centrale.
In qualità di ingegnere direttamente impegnato nelle problematiche strutturali dell’edificio, Del Lama ha portato al gruppo di ricerca le informazioni pratiche che un modello puramente accademico non avrebbe potuto fornire: i vincoli reali della struttura, le condizioni osservate, gli obiettivi dell’intervento di riabilitazione e le questioni tecniche emerse dalla pratica professionale.
Il contributo di Del Lama è stato importante perché ha collegato la ricerca all’edificio reale.
In progetti di questo tipo, la modellazione numerica è utile solo se riflette la struttura effettiva. Del Lama ha contribuito con la conoscenza degli specifici problemi strutturali dell’edificio, dei limiti imposti dalle esigenze di conservazione, dei dati disponibili derivanti dalle indagini e delle questioni ingegneristiche alle quali era necessario rispondere prima di poter prendere decisioni sugli interventi.
Monitoraggio strutturale: come si “ascoltano” gli edifici storici
La collaborazione ha reso possibile lo sviluppo di una ricerca finalizzata a ottenere una comprensione più precisa del comportamento delle volte attraverso l’integrazione di indagini sul campo, misurazioni delle vibrazioni ambientali e modellazione numerica.
Ogni struttura presenta modi naturali di movimento. Anche quando un edificio appare immobile, risponde a piccole vibrazioni ambientali generate dal vento, dal traffico, dall’attività umana e dal contesto urbano circostante.
Questi movimenti, sebbene minimi, possono essere misurati utilizzando strumenti sensibili.
Nel caso specifico sono stati installati accelerometri MEMS su alcune volte selezionate per registrare le loro vibrazioni ambientali. L’obiettivo era quello di “ascoltare” come la struttura si muove naturalmente.
Le misurazioni sono state utilizzate per identificare le frequenze naturali e i modi di vibrare delle volte, ossia i modi in cui la struttura tende a muoversi in condizioni dinamiche.
Questi dati hanno fornito informazioni sul comportamento effettivo della struttura, rendendo possibile il confronto tra le caratteristiche osservate e quelle previste dai modelli numerici.
Modelli FEM e vibrazioni ambientali
Il modello utilizzato in questo tipo di analisi è noto come modello agli elementi finiti, o FEM.
Si tratta di un modello numerico che suddivide la struttura in numerose parti più piccole, consentendo agli ingegneri di analizzare come possano svilupparsi forze, deformazioni, fessurazioni e variazioni di rigidezza.
Tuttavia, un modello complesso non è automaticamente un modello affidabile. La sua affidabilità dipende dalla qualità delle ipotesi e dei dati utilizzati per rappresentare la struttura reale.
Per questo motivo, la calibrazione svolge un ruolo fondamentale.
Il modello deve essere confrontato con le evidenze raccolte sulla struttura reale e progressivamente verificato rispetto al comportamento osservato.
Nel caso studiato, i risultati del modello numerico sono stati confrontati con i dati ottenuti dalle prove di vibrazione ambientale e da altre indagini. Questo processo ha consentito di valutare quanto il modello fosse in grado di rappresentare il comportamento effettivo delle volte e, successivamente, di utilizzarlo come strumento di supporto alla valutazione delle possibili strategie di intervento.
Dati sperimentali e modellazione numerica per il recupero degli edifici
Il valore della collaborazione risiede proprio nell’integrazione di diverse aree di competenza: la conoscenza diretta dell’edificio e delle sue problematiche, l’esperienza professionale nella progettazione e nel recupero delle strutture storiche e la competenza scientifica nell’identificazione dinamica, nel monitoraggio e nella modellazione numerica.
L’esperienza sviluppata attraverso questo caso di studio, tuttavia, non è finalizzata esclusivamente alla comprensione di una singola struttura.
L’obiettivo più ampio è contribuire allo sviluppo e alla diffusione di una procedura nella quale la conoscenza sperimentale dell’effettivo comportamento di una struttura venga integrata con la modellazione numerica e utilizzata per guidare le successive decisioni di valutazione e intervento.
La combinazione di indagini sul campo, identificazione dinamica, monitoraggio, calibrazione dei modelli numerici e analisi strutturale può infatti essere applicata a diverse tipologie di strutture esistenti.
Sebbene l’attività di ricerca sia nata nel contesto del patrimonio storico, gli stessi principi possono essere applicati anche in altri ambiti, tra cui infrastrutture esistenti, ponti e strutture soggette a processi di invecchiamento o a variazioni delle condizioni d’uso.
Dal caso di Firenze a una metodologia più ampia
Il caso fiorentino rappresenta quindi non soltanto un’importante esperienza di ricerca applicata, ma anche un esempio concreto di come le problematiche incontrate nella pratica professionale possano diventare il punto di partenza per lo sviluppo di metodologie con un potenziale campo di applicazione più ampio.
Il lavoro ha portato Del Lama a essere coautore dello studio pubblicato negli atti di SAHC 2025, parte della Springer/RILEM Bookseries, dal titolo “Valutazione del consolidamento applicato a volte in muratura di laterizio e calcestruzzo romano in un palazzo rinascimentale a Firenze, Italia.”
La pubblicazione ha inserito la sua esperienza ingegneristica applicata nell’ambito di SAHC, la International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions, uno dei principali forum internazionali dedicati all’analisi strutturale e alla protezione delle costruzioni storiche.
La pubblicazione costituisce un risultato concreto di questo percorso, ma non rappresenta la conclusione della collaborazione.
Al contrario, l’esperienza maturata ha rafforzato la collaborazione internazionale e creato le condizioni per proseguire le attività di ricerca e sviluppo su tematiche legate alla diagnostica, al monitoraggio e alla valutazione delle strutture esistenti.
Nuove attività di ricerca sono infatti attualmente in fase di sviluppo e dovrebbero concretizzarsi nel prossimo futuro, con l’obiettivo di approfondire ulteriormente l’utilizzo dei dati sperimentali e degli strumenti di analisi avanzata per comprendere il comportamento strutturale e supportare decisioni di intervento più mirate in diversi contesti applicativi.
Comprendere gli edifici storici prima di intervenire
In questo senso, il percorso sviluppato dimostra come la ricerca applicata al patrimonio storico possa nascere direttamente dalle problematiche incontrate nella pratica professionale.
La necessità di comprendere meglio una struttura reale può trasformarsi in una domanda scientifica; la domanda può condurre a una collaborazione internazionale; e la collaborazione può, a sua volta, produrre nuove conoscenze, pubblicazioni e nuove opportunità di ricerca.
La conservazione degli edifici storici richiede infatti un delicato equilibrio. L’obiettivo non è semplicemente aggiungere quanto più consolidamento possibile, ma comprendere ciò di cui una struttura ha realmente bisogno prima di intervenire.
Un approccio basato sulla conoscenza dell’effettivo comportamento dell’edificio può contribuire a ridurre interventi non necessari, proteggere le superfici storiche, utilizzare più efficacemente le risorse disponibili e aumentare l’affidabilità tecnica delle decisioni relative al recupero.
Gli edifici storici non sono semplicemente opere d’arte. Sono scuole, università, musei, spazi civici, uffici pubblici e parti di città vive. Quando vengono recuperati, l’obiettivo è consentire loro di continuare a svolgere la propria funzione in modo sicuro e responsabile, senza cancellare la loro storia.
Gli edifici storici hanno sempre comunicato attraverso fessure, movimenti, deformazioni e cambiamenti nei materiali. La differenza oggi è che gli ingegneri dispongono di strumenti migliori per ascoltarli.
L’esperienza maturata attraverso questa ricerca rappresenta quindi un esempio di come questo “ascolto” possa diventare uno strumento concreto: misurare la struttura, comprenderne l’effettivo comportamento, confrontare i dati con i modelli e utilizzare queste informazioni per guidare le decisioni.
Il valore dell’approccio, tuttavia, va oltre il singolo caso di studio: la stessa logica può contribuire allo sviluppo di nuovi strumenti per comprendere, monitorare e recuperare un’ampia varietà di strutture esistenti.
In un settore nel quale ogni intervento non necessario può alterare permanentemente una parte della storia culturale, comprendere prima di intervenire può rappresentare un modo più rispettoso di proteggere il passato, migliorando al contempo la sicurezza e l’affidabilità delle strutture che continueranno a essere utilizzate in futuro.