Terremoti e Palazzi Storici: Come Litostratigrafia ed Equotip Svelano i Segreti del Sottosuolo di Camerino

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante, un po’ come fare i detective, ma invece di cercare indizi in una scena del crimine, andremo a scavare – letteralmente e metaforicamente – sotto le fondamenta di antichi palazzi. Parleremo di come la scienza ci aiuta a capire perché, durante un terremoto, alcuni edifici storici soffrono più di altri, anche se sembrano simili e si trovano a due passi di distanza. E lo faremo prendendo spunto da uno studio recentissimo che ha analizzato il caso di Camerino, un gioiello marchigiano duramente colpito dal sisma del 2016.

Il Contesto: Il Terremoto del 2016 e il Mistero di Camerino

Ricorderete tutti il terremoto del Centro Italia del 2016. Un evento drammatico che ha lasciato ferite profonde in tante comunità, tra cui quella di Camerino. Qui, nel suo centro storico, è successa una cosa che ha subito incuriosito gli esperti: due edifici medievali in muratura, molto vicini tra loro e con caratteristiche costruttive simili, hanno riportato danni di entità notevolmente diversa. Come mai? La risposta, amici miei, si nasconde spesso proprio lì, sotto i nostri piedi: nel sottosuolo.

È ormai risaputo che la geologia locale e le caratteristiche geotecniche dei terreni possono giocare un ruolo cruciale. Pensate all’amplificazione sismica: è come se il terreno, in certi punti, “alzasse il volume” delle onde sismiche, sottoponendo gli edifici sovrastanti a scosse più intense. Questo può dipendere da tanti fattori: la stratigrafia del suolo (come sono disposti gli strati), la loro rigidezza, la velocità delle onde di taglio (le famose Vs), e persino da come il terreno si comporta sotto sollecitazioni cicliche, come quelle di un terremoto.

Ecco perché è fondamentale definire con precisione il modello geologico del sito, comprese le proprietà del bedrock (la roccia “sana” in profondità), per capire questi effetti locali. E qui entra in gioco il lavoro di cui vi parlo oggi.

Un’Indagine Approfondita: Entra in Scena l’Equotip

L’obiettivo dello studio era proprio quello di affinare la comprensione dei fattori di amplificazione a Camerino. Per farlo, i ricercatori hanno messo insieme un sacco di dati: analisi lito-stratigrafiche (cioè come sono fatti e disposti gli strati di roccia), dati geotecnici e geofisici. Ma la vera chicca, secondo me, è stata l’integrazione di analisi meccaniche in situ con uno strumento chiamato Equotip.

L’Equotip è un durometro portatile, una specie di “sondino” che misura la durezza della roccia basandosi sul rimbalzo di un corpo battente. È uno strumento non distruttivo, il che è fantastico quando si lavora su affioramenti rocciosi magari alla base di edifici storici! Questi test, combinati con dati da sondaggi geognostici e indagini geofisiche (come MASW e HVSR, che ci danno informazioni sulla velocità delle onde sismiche nel terreno), hanno permesso di “fotografare” con grande dettaglio il sottosuolo sotto i due edifici incriminati.

Si è così potuto identificare importanti contrasti litologici e geotecnici, rivelando una significativa eterogeneità stratigrafica tra i due siti. Immaginatevi il sottosuolo non come una massa uniforme, ma come una torta a strati, dove ogni strato ha consistenza e sapore diverso!

Camerino, per chi non lo sapesse, sorge su una collina all’interno del bacino torbiditico omonimo. La formazione geologica prevalente è quella di Camerino, caratterizzata da un’alternanza di arenarie e peliti. Pensate a correnti sottomarine che nel corso di milioni di anni hanno depositato sabbie (che diventeranno arenarie) e argille/limi (che diventeranno peliti). Queste alternanze, a volte, creano delle vere e proprie “sorprese” geotecniche.

Palazzo Ducale vs. Palazzo Delle Esposte: Due Storie Sotterranee Diverse

I due protagonisti della nostra storia sono Palazzo Ducale e Palazzo Delle Esposte. Entrambi costruiti nel XV secolo, entrambi con piante allungate e grandi porticati interni, ed entrambi realizzati principalmente con le arenarie locali. Eppure, i danni sono stati diversi. Palazzo Delle Esposte ha subito danni più gravi (classificato L4, il livello massimo), con parziale ribaltamento della facciata, crolli di muri e solai. Palazzo Ducale, pur avendo subito danni significativi (con parti classificate L2, L3 e L4), ha mostrato una condizione complessivamente meno critica.

L’indagine dettagliata ha svelato il perché. Sotto Palazzo Ducale, il primo sito, si è trovata un’alternanza di strati con rigidezza e velocità sismiche variabili. In particolare, è stata identificata una sequenza di quattro unità lito-stratigrafiche principali all’interno della litofacies arenacea (FCIc):

• Unità 1 (0-3.5 m): strati sottili di arenaria alternati a piccole quantità di argille siltose, caratterizzata da bassa velocità delle onde di taglio (Vs media = 419 m/s), moderata alterazione e bassi valori di durezza Equotip. Una porzione quindi più “debole”.
• Unità 2 (3.5-13 m): strati spessi di arenarie litiche, con valori Equotip leggermente più alti e Vs media = 744 m/s. Più rigida.
• Unità 3 (fino a circa 20m, identificata come bedrock sismico): arenarie in strati medi alternate a marne argillose, con Vs media = 839 m/s e valori Equotip indicativi di roccia più competente.
• Unità 4 (20-25 m): strati spessi di arenaria litica, poco alterata, con Vs altissima (1200 m/s) e i valori Equotip più elevati. Molto rigida.

Sotto Palazzo Delle Esposte, invece, la stratigrafia è risultata più omogenea nei primi metri, ma con una porzione superficiale più alterata e, soprattutto, una sorpresa più in profondità. Qui sono state distinte sette unità:

• Unità 1 (0-1.0 m): terreno di riporto (Vs media = 339 m/s).
• Unità 2 (1.0-3.0 m): depositi eluviali (Vs media = 490 m/s).
• Unità 3 (fino a 7 m): arenarie in strati medi alternate a marne argillose (Vs media = 651 m/s).
• Unità 4 (7-13 m): strati spessi di arenarie litiche (Vs media = 797 m/s).
• Unità 5 (13-15.5 m): qui la sorpresa! Un’inversione di velocità, con Vs media che scende a 581 m/s. Si tratta di strati sottili di arenaria alternati ad argille siltose, una zona potenzialmente più debole incastrata tra strati più competenti. Questa unità è risultata geologicamente correlabile all’unità più superficiale (Unità 1) di Palazzo Ducale, sulla base di simile grado di alterazione e valori Equotip.
• Unità 6 e 7 (oltre 15.5 m): substrato intatto e non alterato (bedrock sismico), con Vs che risalgono a 857 m/s e 1087 m/s.

L’affioramento analizzato sotto Palazzo Delle Esposte, situato alla transizione tra le unità 5 e 6, ha mostrato un’alterazione più marcata (grado III-IV ISRM) e valori di durezza Equotip più bassi rispetto a quelli di Palazzo Ducale, indicando anche una minore percentuale di strati arenacei. Questo significa che il substrato roccioso tra 3 e 15.5 metri di profondità sotto Palazzo Delle Esposte è significativamente alterato.

Dalla Roccia ai Modelli: Come si “Legge” il Sottosuolo

Tutti questi dati – stratigrafia, spessori, Vs, valori Equotip, grado di alterazione, peso di volume delle unità – sono confluiti nella creazione di modelli ingegneristico-geologici super dettagliati per entrambi i siti. È un po’ come costruire l’identikit del sottosuolo! Questi modelli sono stati poi utilizzati come input per le analisi di risposta sismica locale.

Per queste analisi, si è usato un software chiamato DEEPSOIL. In pratica, si “simula” il passaggio delle onde sismiche (quelle registrate durante il terremoto del 2016-2017) attraverso i profili di terreno ricostruiti, per vedere come il suolo modifica il segnale sismico dalla profondità (bedrock) fino alla superficie. Si tiene conto anche del comportamento non-lineare dei terreni, cioè del fatto che la loro rigidezza e capacità di smorzamento cambiano al variare dell’intensità dello scuotimento.

Per ogni unità geotecnica identificata (ad esempio, SFCOS per le argille siltose alternate ad arenarie sottili alterate, o LPS per le arenarie litiche più integre), sono state assegnate curve specifiche che descrivono come si riduce il modulo di taglio (G/G0) e come varia lo smorzamento (D) all’aumentare della deformazione di taglio (γ). Queste curve sono state scelte da un database nazionale, associandole alle unità geologico-ingegneristiche definite negli studi di microzonazione sismica.

L’Amplificazione Sismica: Quando il Terreno Fa la Differenza

E i risultati? Beh, hanno confermato che il diavolo, come si suol dire, sta nei dettagli! Le analisi hanno calcolato il fattore di amplificazione (AF), che è il rapporto tra lo spettro di risposta in superficie e quello sul bedrock. Un AF maggiore di 1 significa che il terreno amplifica le scosse.

A Palazzo Ducale, l’amplificazione maggiore (un picco di circa 3.5) si è verificata a periodi molto brevi (circa 0.1 secondi). La variazione principale del moto sismico avveniva nei primi 3 metri circa, suggerendo che lo strato superficiale meno rigido fosse il principale responsabile dell’amplificazione.

A Palazzo Delle Esposte, la situazione è apparsa più complessa. Il moto sismico cambiava “ripidità” più volte risalendo in superficie, specialmente intorno ai 14 metri (dove c’è l’inversione di velocità) e nei primissimi metri. Anche qui un picco di amplificazione intorno a 0.1 secondi, ma leggermente più alto (circa 3.7). Ma la cosa interessante è che, confrontando i due siti, Palazzo Delle Esposte ha mostrato un’amplificazione generalmente maggiore per periodi di interesse ingegneristico (tra 0.1 e 1.1 secondi).

Questo significa che la stratigrafia più articolata sotto Palazzo Delle Esposte, con i suoi contrasti di impedenza dovuti all’alternanza di strati con diverse proprietà meccaniche e la presenza di quello strato più “debole” (SFCOS, l’unità 5) a circa 13 metri, ha probabilmente contribuito ad amplificare maggiormente il moto sismico. E questo si correla bene con i danni maggiori osservati sull’edificio!

Se consideriamo i fattori di amplificazione medi nei periodi di interesse ingegneristico (0.1-0.5 s), Palazzo Ducale ha un AF medio di 1.7, mentre Palazzo Delle Esposte di 1.8. Anche se la differenza può sembrare piccola e con un certo margine di errore statistico, le differenze geologiche e geotecniche sono sostanziali e giocano un ruolo fondamentale.

Questi risultati sono coerenti con le mappe di danneggiamento storico di Camerino (terremoti del 1799 e 1997-98) e con quella del 2016, che mostrano una concentrazione di danni maggiori proprio nell’area centro-meridionale della città, dove si trova Palazzo Delle Esposte. È come se il terreno “rispondesse” in modo coerente ai terremoti nel tempo.

Implicazioni e Sviluppi Futuri: Proteggere il Nostro Patrimonio

Cosa ci insegna tutto questo? Innanzitutto, l’importanza cruciale di un modello geologico-ingegneristico super dettagliato per le analisi di risposta sismica locale, specialmente nei centri storici, dove la geologia può cambiare anche a brevissima distanza. L’integrazione di dati sedimentologici e meccanici dagli affioramenti, come quelli ottenuti con l’Equotip, è stata fondamentale per distinguere tra roccia integra e alterata e per caratterizzare le variazioni lito-stratigrafiche.

Questo approccio permette di identificare fattori di amplificazione distinti e, quindi, di capire meglio perché certi edifici soffrono di più. E capire è il primo passo per agire! Questi studi sono oro colato per sviluppare strategie di rinforzo mirate, che tengano conto delle specifiche condizioni geologiche e stratigrafiche di ogni sito. Non si può fare di tutta l’erba un fascio, specialmente quando si tratta di salvare il nostro preziosissimo patrimonio storico-architettonico.

Inoltre, queste conoscenze sono vitali per la pianificazione urbana: identificare le aree a maggior rischio da prioritizzare negli interventi di mitigazione e, al contempo, quelle più stabili per nuove costruzioni o per la rilocalizzazione di funzioni critiche.

Certo, ci sono sempre margini di miglioramento. Ad esempio, si potrebbero usare modelli 2D o 3D per la risposta sismica, integrare più dati da monitoraggi sismici diretti, o caratterizzare ancora meglio i materiali da costruzione degli edifici storici. Ma la strada intrapresa è quella giusta: una sinergia sempre più stretta tra ingegneria e geologia per salvaguardare i nostri tesori architettonici e renderli più resilienti per le generazioni future. Un lavoro da veri “detective della terra”, non trovate?

Fonte: Springer