Come ha fatto la Torre di Pisa a sopravvivere ai terremoti?
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Dal 1372 la Torre di Pisa si erge da Campo dei Miracoli con la sua ormai caratteristica pendenza, la quale rende il monumento un esempio vivente di errata progettazione ma che però nasconde al suo interno anche una sofisticata soluzione ingegneristica. La Torre iniziò a sprofondare già durante la sua costruzione a causa del terreno molle al di sotto di essa, un’argilla normalconsolidata, e nel corso degli anni sono stati diversi gli interventi per cercare di raddrizzarla, anche completamente. Vari furono infatti i dibattiti circa la tipologia e il fine degli interventi, fino a quando non si convenne di lasciare intatta la sua pendenza, diventata ormai una caratteristica essenziale del monumento, decidendo però di consolidare le sue fondazioni per scongiurare il crollo.
L’intervento di consolidazione è un fiore all’occhiello dell’ingegneria geotecnica, studiato nei minimi dettagli per decine di anni e realizzato da alcuni tra gli esponenti più importanti della materia come Jamiolkowsky e Viggiani. Quello che però in tanti si sono sempre chiesti, senza riuscire a trovare una risposta certa, è come potesse un monumento, già in precario equilibrio di suo, resistere ai tanti eventi sismici che hanno frequentemente scosso il centro Italia in questi secoli. Ora la risposta sembra essere più vicina.
La ricerca
Il professor George Mylonakis del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Bristol insieme ad altri 16 membri, compone il team, guidato dal professor Camillo Nuti dell’Università di Roma Tre, che vuole esplorare il mistero della Torre di Pisa, che da anni ormai lascia perplessi tantissimi ingegneri in giro per il mondo. Nonostante abbia una pendenza ormai stabile di circa cinque gradi, la Torre alta, 58 metri, è riuscita a sopravvivere senza danni ad almeno quattro forti terremoti, uno nel ’500 e uno nel ’700 con epicentro ad alcune decine di chilometri da Pisa. Data la vulnerabilità della struttura, in molti si aspettavano che essa avrebbe dovuto subire gravi danni o addirittura collassare a causa della moderata attività sismica della zona. Sorprendentemente questo non è mai accaduto, disorientando gli ingegneri per molto tempo. Dopo aver studiato le informazioni sismologiche, geotecniche e strutturali disponibili, il gruppo di ricerca ha concluso che la sopravvivenza della Torre può essere attribuita a un fenomeno noto come interazione dinamica suolo-struttura (DSSI).
Che cosa è la DSSI
Una definizione concisa ma al contempo sufficientemente completa e rigorosa del termine interazione terreno-struttura comporta già di per sé una notevole difficoltà, data la complessità del tema. In generale l’interazione terreno-struttura comprende quei fenomeni il cui effetto è di modificare la risposta della struttura rispetto a quella che si otterrebbe considerando la stessa su base fissa. La risposta dinamica di una struttura fondata su un deposito di terreno deformabile è generalmente influenzata dall’interazione della stessa con il terreno e la fondazione, in termini di variazione del periodo, o frequenza, di oscillazione e del fattore di smorzamento del sistema terreno-struttura rispetto a quelli della medesima struttura fondata su un substrato rigido. L’interazione terreno-struttura comprende i fenomeni, in ambito sia statico sia dinamico, che coinvolgono un sottosuolo e una sovrastruttura, compresa la sua fondazione, caratterizzati da un certo rapporto finito di rigidezza relativa. Molto spesso in presenza di eventi sismici intensi, la non linearità del comportamento del terreno può giocare un ruolo importante e se ne deve tenere conto per una stima corretta degli effetti DSSI. La DSSI è un fenomeno complicato, oggetto di studi dettagliati, che tiene impegnati ricercatori di tutto il mondo da diversi anni.
Il segreto della Torre di Pisa
La notevole altezza e rigidezza della torre, combinata con la morbidezza del terreno di fondazione, fa sì che le caratteristiche vibrazionali della struttura siano sostanzialmente modificate, in modo tale che la torre non entri in risonanza con il movimento del terreno, come invece normalmente farebbe su un terreno roccioso.
“Abbiamo dimostrato che la sua pendenza in realtà l’ha salvata” – spiega Camillo Nuti sulle pagine de Il Tirreno, capo del team e ordinario di Tecnica delle Costruzioni al dipartimento di architettura dell’Università di Roma Tre. “L’edificio risponde con un movimento assiale a ogni sollecitazione del terreno. Praticamente è come se la Torre, sotto, avesse un isolatore sismico.
Anche il professor Mylonakis, presidente del Geotechnics and Soil-Structure Interaction e capo dell’Earthquake e Geotechnical Engineering Research Group presso il Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Bristol, ha dichiarato: “Ironia della sorte, lo stesso terreno che ha causato la pendenza e ha portato Torre sull’orlo del collasso, può essere accreditato per aiutarla a sopravvivere a questi eventi sismici.” I risultati dello studio saranno annunciati formalmente alla 16a Conferenza europea sull’ingegneria sismica che si terrà a Salonicco, in Grecia, dal 18 al 21 giugno 2018.