Nocera Umbra

PARTE II - Analisi del comportamento dinamico della torre di Nocera Umbra (Campanaccio)

Nel corso della sequenza Umbro-Marchigiana del settembre 1997- aprile 1998, l’area di Nocera Umbra è stata teatro di crolli parziali o totali di edifici del centro storico, in prevalenza a causa dei due terremoti del 26 Settembre 1997 (M_W=5.7, alle 00:33 GMT, e M_W=6.0 alle 09:40 GMT).
In considerazione del livello di danno subito nell'intera area urbana della città, il caso di Nocera Umbra è stato selezionato come rappresentativo dei tipici insediamenti storici dell'Appennino centrale, dove il patrimonio artistico degli antichi e vulnerabili centri storici è circondato da una edilizia periferica più recente.

Dopo una campagna preliminare di acquisizione dati da parte dell'INGV, nel sito dove è installato l'accelerografo ENEL è stato riscontrato un notevole effetto di amplificazione locale, malgrado la litologia affiorante possa essere classificata come roccia.
In seguito ad un rilevamento geologico di dettaglio, tale amplificazione è stata messa in relazione alla presenza di una zona di taglio che mette in contatto tettonico i calcari Meso-Cenozoici della Scaglia con i depositi della Marnoso-Arenacea e del Bisciaro, su cui è installato l'accelerografo ENEL (vedi relazione INGV).

Successivamente, è stato svolto un rilevamento di dettaglio della distribuzione e del livello del danneggiamento sismico dell'intera area urbana in funzione delle classi di vulnerabilità EMS-98 degli edifici e delle variazioni laterali dei caratteri geologici superficiali (vedi relazione UNIROMA3). Tutto il patrimonio monumentale di Nocera Umbra mostra gli effetti della crisi sismica. Il Campanaccio che è un torrione risalente al sec. XI, unico resto della Rocca, edificato sulla sommità del colle, è stato più volte ricostruito e ristrutturato. Anche l’evento del 26 settembre 1997 ha causato un crollo parziale della parte superiore. Tra i monumenti civili, oltre al già citato Campanaccio, sono da notare La Palombara, torre di avvistamento del periodo bizantino, e la Porta S. Francesco ora detta Porta Vecchia.

La struttura, come già accennato, sorge alla sommità del colle su cui è stato edificato il centro storico. Essa è stata notevolmente danneggiata dagli eventi principali della crisi sismica Umbro-Marchigiana del 26 settembre 1997 e seguenti. In particolare si è avuto il crollo della porzione muraria compresa tra il primo e secondo piano e la sommità. La porzione crollata è ben evidenziata nei prospetti della torre. Inoltre sono presenti sul prospetto NORD delle lesioni passanti sulla muratura tra il terzo ed il quarto piano. Sempre sul prospetto NORD si nota una presso inflessione della muratura (spanciamento) sul muro EST a partire dal primo-secondo piano sino al quarto. Nella torre sono presenti danni ulteriori (ad esempio crollo parziale della volta in corrispondenza del vano scala all’altezza del primo piano e del secondo). Per una descrizione dettagliata del danno si rimanda alle figure. La torre si eleva per un’altezza di 28,60 metri tra il piano terra e la copertura. Tra il piano terra della torre e la base della torre sul prospetto OVEST vi è un ulteriore dislivello di circa 3 metri, che fa salire l’altezza della torre, su tale lato, a più di 30 metri. Il basamento, di dimensioni pari a circa 10 m x 12 m, va rastremandosi sino quasi al primo piano, costituendo un tronco di piramide a base quadrata, che si congiunge ad un corpo murario di forma all’incirca di un parallelepipedo a base quadrata (di dimensioni di circa 7 metri x 8 metri). Il basamento è costituito da conci di pietra, mentre la torre è in muratura a sacco con paramento esterno in opera mista. I solai sono costituiti da volte a botte in pietra. Il Campanaccio è oggetto di un piano di interventi che ne prevedono oltre alla ricostruzione della parte crollata in mattoni e al restauro delle lesioni (opere già effettuate) l’isolamento sismico alla base. Al momento delle misure la struttura oltre ad essere puntellata in corrispondenza dei cantonali, ove sono evidenti distacchi del tessuto murario, era completamente avvolta da un ponteggio metallico, che ne ha reso più rigido il comportamento specialmente in direzione WE.

Gli elaborati grafici che seguono sono estratti dalle tavole gentilmente forniteci dalla Soprintendenza per i Beni Ambientali Architettonici Artistici e Storici dell'Umbria:

Pianta

Estratto dalla Tavola n. 11S

Sezione B-B'. Rilievo Strutturale e del quadro fessurativo

Estratto dalla Tavola n. 11S

Prospetto Ovest. Rilievo strutturale e del quadro fessurativo

Estratto dalla Tavola n. 10S

Prospetto Nord. Rilievo strutturale e del quadro fessurativo
Estratto dalla tavola n.9S

L’ENEA, come contributo all’analisi della vulnerabilità del patrimonio storico-monumentale di Nocera Umbra, ha strumentato la torre con una rete velocimetrica temporanea costituita da 8 velocimetri Kinemetrics SS-1 a corto periodo (P= 1 sec.) e valori di sensibilità dell’ordine di 140-160 mm/sec/mVolt. Gli otto velocimetri sono stati collegati tramite cavi a due fili ad un acquisitore HP-3566A. Le configurazioni di misura sono riportate in fig. 1a, 1b, 1c e 1d (noc1, noc2, noc3 e noc4). Per ciascuna configurazione sono state effettuate 5 misure da 64 secondi ciascuna (quindi per la configurazione 1 avremo ad esempio noc0101, noc0102, …, noc0105) del rumore ambientale, ad eccezione della seconda configurazione in cui le misure effettuate sono state soltanto 3. La prime tre configurazioni sono state studiate per individuare, principalmente, il comportamento della torre in direzione NS, mentre la quarta corrisponde alla terza configurazione ruotata di 90 gradi in senso orario e quindi realizzata per individuare il comportamento della torre in direzione WE.

Nelle figure che vanno da "noc0101T" a "noc0405T" sono riportate le storie temporali delle registrazioni (suffisso T ), mentre nelle figure da "noc0101A" a "noc0405A" sono riportati gli autospettri (suffisso A); infine nelle figure che vanno da "noc0101 CSD" a "noc0405 CSD" sono riportati tutti i cross-spettri delle possibili combinazioni a 2 a 2 dei sensori velocimetrici (suffisso CSD). Da una prima disamina delle storie temporali alla base della torre si nota che le ampiezze relative al rumore ambientale sono molto basse (vedi ad esempio noc0101T: ch01, ch02 e ch03). Tuttavia le figure dei corrispondenti autospettri (noc0101A: ch01, ch02 e ch03) mostrano dei picchi negli intervalli 2.5 – 3.5 Hz e 7 – 9 Hz che presumibilmente sono dovuti a modi propri della struttura. Di particolare rilevanza è il picco a 3.2 Hz presente, oltre che nei canali ch01 e ch03, anche nei canali ch04 e ch05, posizionati al secondo piano della torre sulle pareti in direzione NS e nei canali ch06 e ch07 posti in sommità e nella medesima direzione. Il picco a 3 Hz è invece visibile negli autospettri dei canali ch03 (alla base), ch08 (in sommità) posizionati su muri orientati in direzione ortogonale con i precedenti. I valori dei picchi degli auto-spettri sono crescenti all’aumentare della quota a cui sono misurati e mostrano una leggera prevalenza sulla parete OVEST della torre (ch02, ch05, ch07) rispetto alla parete EST (ch03, ch04, ch06). Dall’esame dei cross-spettri si nota in generale una bassa coerenza in tutto l’intervallo di frequenza considerato (0-20 Hz) quando il cross è riferito a sensori posizionati alla base. La coerenza assume valori vicini all’unità solo per cross-spettri di misure effettuate in sommità ed al secondo piano. Inoltre il valore della fase in tutti i cross-spettri significativi per il primo intervallo in frequenza (4-5, 4-6, 5-7, 6-7) mostrano un valore della fase nullo in corrispondenza dell’intervallo di frequenze significativo, che fa supporre che tali modi siano perfettamente traslazionali. Tali osservazioni non si ripetono in modo analogo nell’analisi dei risultati ottenuti nelle altre prove. Infatti, se nella terza prova i risultati ottenuti sono simili alla prima, negli autospettri dei canali ch03, ch04, ch05, ch06, ch07, della seconda prova si osservano picchi in corrispondenza di 2.8 Hz che nella prima prova era visibile solo negli autospettri dei canali posti ai piani superiori in direzione WE (ch04, ch05, ch06, ch07) mentre il canale ch08 mostra, oltre al picco a 3 Hz, un secondo picco a 4 Hz. Nei canali ch06 e ch07 sono visibili dei picchi anche per frequenze intorno a 7 Hz. Nella prova 4 gli autospettri alle frequenze a 2.8 e 3.2 Hz hanno valori di picco molto simili, permane la frequenza a 4 Hz nel canale ch08 e nei canali 6 e 7 oltre ai succitati picchi intorno a 7 Hz, compare un picco fra 9 e 10 Hz. La 5 prova non fornisce ulteriori informazioni sul comportamento dinamico del Campanaccio.

La seconda configurazione, studiata come ulteriore ripetizione di quanto fatto nella prima, ha avuto il solo scopo di testare i sensori al piano terra (scambio tra ch03 ch01) per verificare la veridicità del basso livello di rumore misurato. Nella terza configurazione invece, il canale di misura al piano terra, in direzione WE (ch01), è stato spostato al livello dei sensori ch03 e ch04. Da un’analisi degli autospettri ch01 e ch08 si nota la presenza dei picchi a 3 e 4 Hz che hanno valori maggiori al canale ch08, confermando così che si tratta frequenze associate a modi di vibrare della struttura. Analogamente, in direzione NS si ripetono le situazioni identificate con le configurazioni 1 e 2, così come per la configurazione 4 che tende però a meglio evidenziare il comportamento della torre in direzione NS. Infatti i canali ch01, ch04, ch06 e ch08, orientati in direzione NS confermano la presenza di un picco a 3 Hz ma anche di eventuali risonanze strutturali vicino a 7 e 9-10 Hz.

Dall’esame dei cross-spettri della configurazione 1 e 2 (canali ch07 e ch08) si notano picchi nel cross-spettro a 6.7 e 7.3 Hz in fase e con elevata coerenza (~1). Tale osservazione è confermata dalla presenza di tali picchi nei cross tra i canali ch06 e ch07 con buon valore della coerenza e in opposizione di fase. Tali osservazioni fanno ritenere che le frequenze in questione appartengano a modi torsionali (rotazione dei piani della torre attorno ad un asse leggermente spostato dall’asse principale: vedi valore dei picchi degli autospettri ai sensori ch04 e ch05 oltre che ch06 e ch07). Quest’ultima osservazione è confermata dalle misure fatte per le configurazioni 3 e 4. Nella configurazione 4 viene identificato un ulteriore picco a 4 Hz che i cross-spettri tra i canali ch01 e ch04 e ch06 e ch08 mostrano valori della fare nulla e buoni valori della coerenza, facendo supporre che tale frequenza sia associabile ad un modo traslazionale nella direzione NS.

L’analisi dinamica sperimentale della torre del Campanaccio in Nocera Umbra ha evidenziato un comportamento complesso della struttura. Infatti pur utilizzando come fonte di eccitazione il solo rumore ambientale, i risultati ottenuti nelle misure per una stessa configurazione, pur evidenziando le medesime frequenze associabili ai modi di vibrare della struttura, si caratterizzano per valori diversi dei picchi negli autospettri, portando ad esempio ora a prevalere, per la direzione WE, la frequenza del modo traslazionale a 3.2(es. prima prova configurazione 1) Hz ora quello a 2.8 (es. seconda prova configurazione 1). Ciò non accade per la direzione NS ove le frequenze di vibrazione traslazionali a 3 e 4 Hz sembrano mantenere i medesimi rapporti, tra loro, dei picchi degli autospettri ai vari piani. Tuttavia ciò potrebbe essere associato alla presenza del ponteggio di sostegno e puntellamento. Infine si nota la presenza di possibili frequenze associabili a modi superiori (es. a 14.5 Hz) la cui identificazione necessita di un’ulteriore analisi.