La gestione del rischio idrico negli edifici storici richiede un approccio avanzato e multidisciplinare, in cui il monitoraggio passivo della saturazione del suolo e delle fondazioni si traduce in azioni preventive concrete. Il Tier 2 introduce metodologie tecniche rigorose per la mappatura spaziale e temporale della pressione idrica nel sottosuolo, ma la vera sfida risiede nell’implementazione operativa di un sistema integrato, stratificato e dinamico, capace di tradurre segnali fisici in interventi strutturali mirati e sostenibili. Questo articolo approfondisce, con dettaglio esperto e riferimenti pratici, il processo completo di mappatura dei segnali di saturazione nel tessuto urbano, focalizzandosi su edifici storici dove l’integrità strutturale è fragile e la complessità geologica elevata.
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1. Fondamenti tecnici: dalla tensione idrica al rischio strutturale
Per prevenire infiltrazioni e deformazioni, è essenziale comprendere come la saturazione del suolo influisca sulle murature storiche. La tensione idrica del terreno, misurata in kPa, determina la pressione capillare che agisce sulle fondazioni e sulle pareti in muratura. La dinamica capillare, fortemente dipendente dalla granulometria del terreno (argille vs sabbie), provoca spostamenti di acqua fino a 3-5 metri sotto livello, dove la risposta strutturale si attiva attraverso fessurazioni, dilatazioni e degrado progressivo.
“La saturazione non è un fenomeno statico: la sua evoluzione temporale è la chiave per anticipare il degrado, soprattutto in contesti con stratigrafie eterogenee e antiche strutture non progettate per resistere all’umidità persistente.”
La correlazione tra pressione idrica e deformazione strutturale è quantificabile: una variazione di 10 kPa di pressione idrica può indurre deformazioni di 0.1–0.3 mm in murature in calcestruzzo antico o pietra, con accumuli critici oltre i 50 kPa. Questo processo è accelerato in presenza di ponti idraulici, dove la permeabilità contrasta si trasforma in saturazione localizzata.
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2. Mappatura multi-scala: dalla rete di sensori alla visualizzazione spaziotemporale
La mappatura efficace richiede un sistema integrato di sensori distribuiti, progettati per catturare la variabilità spaziale e temporale della saturazione. Due approcci chiave, derivati dal Tier 2, si combinano per una visione completa:
Sensori piezometrici a fibra ottica distribuita (DAS – Distributed Acoustic Sensing)
Questi dispositivi, installati lungo fondazioni o trincee, misurano variazioni di pressione lungo centinaia di metri con risoluzione centimetrica e temporale sub-oraria. La tecnica trasforma la fibra ottica in un array di sensori virtuali, rilevando variazioni di saturazione attraverso modifiche nella riflettività e attenuazione della luce.
*Fase operativa*:
– Installazione a intervalli di 2–5 metri, con posizionamento in zone critiche (fondazioni, muri a vista, zone di antiche canalizzazioni)
– Calibrazione quotidiana in condizioni di saturazione nota per eliminare errori sistematici
– Acquisizione continua sincronizzata con dati meteorologici locali (precipitazioni, evaporazione)
Sonde capacitive wireless stratificate
Complementari ai sistemi a fibra, queste sonde, inserite a profondità variabili (0–3 m, 3–6 m, 6–10 m), forniscono misure puntuali ad alta frequenza di contenuto volumetrico d’acqua.
*Dati integrati*: correlazione tra segnali capacitivi e variazioni piezoretiche per validare correlazioni fisiche.
Tomografia elettrica non invasiva
Tecnica geofisica che mappa la distribuzione della conducibilità elettrica nel sottosuolo, tradotta in modelli 3D di saturazione. Particolarmente efficace in contesti urbani con stratigrafie complesse, come i centri storici italiani.
*Output*: mappe di resistività elettrica che evidenziano zone di elevata saturazione, compatibili con dati piezometrici per la validazione incrociata.
3. Fasi operative per la mappatura precisa in tessuto urbano
Fase 1: Analisi preliminare GIS e stratigrafica
Integrazione di strati informativi:
– Mappe geologiche regionali (ARPA, ISPRA)
– Storico delle infiltrazioni (cartelle edilizie, segnalazioni comunali)
– Dati pedologici e permeabilità locale
– Modelli digitali del terreno (DTM) per identificare aree a rischio idrogeologico
Questa fase definisce una griglia di monitoraggio stratificata (GIS), con densità di punti maggiore nelle zone critiche (es. fondazioni di palazzi in terreni argillosi a Firenze, Venezia o Napoli).
Fase 2: Installazione di rete densa e georeferenziata
– Rete di sensori piezometrici a fibra ottica: 1 dispositivo ogni 4–6 metri in aree critiche, 1 sonda capacitiva ogni 5 metri a profondità stratificate
– Georeferenziazione con GNSS RTK per precisione centimetrica
– Posizionamento in prossimità di muri storici e fondazioni visibili, evitando interferenze con opere sepolte
– Protocollo di installazione con sigillatura ermetica per prevenire contaminazioni esterne
Fase 3: Acquisizione continua e campionamento integrato
– Frequenza di campionamento: minima ogni 15 minuti, massima in eventi pluviometrici (ogni 5 minuti)
– Sincronizzazione con dati meteo locali (stazioni ARPA, sensori comunali)
– Registrazione di eventi anomali: variazioni rapide di pressione, picchi stagionali, correlazioni con piogge intense
Fase 4: Elaborazione con modelli numerici avanzati
Utilizzo di MODFLOW o OpenGeoSys per simulare la dinamica della falda in 3D, con condizioni al contorno derivate dai dati reali.
– Calibrazione del modello con dati campionari per ridurre incertezze
– Simulazione di scenari di saturazione estremi (es. 3 settimane di piogge continue)
– Generazione di mappe di rischio temporale (orizzontali e verticali)
Fase 5: Dashboard interattiva e reporting
Visualizzazione in tempo reale tramite piattaforme cloud (es. Grafana, Power BI) con:
– Mappe di saturazione stratificate (0–10 m)
– Trend temporali di pressione idrica e deformazione strutturale
– Allarmi automatici su soglie critiche (es. >40 kPa pressione capillare, >0.5 mm/giorno di deformazione)
– Report giornalieri e settimanali con analisi predittiva a 7 giorni
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4. Correlazione fisica: segnali piezometrici e risposta strutturale
Il collegamento tra dati fisici e comportamento strutturale richiede metodi quantitativi rigorosi. Due procedure chiave, descritte nel Tier 2, si integrano in un ciclo di validazione continua:
Metodo A: correlazione diretta tra pressione e deformazione
Utilizzo di estensimetri a fibra ottica (FBG) posizionati su muri storici, collegati in tempo reale ai dati piezometrici.
– Misura simultanea di variazione di pressione (unità: kPa) e deformazione strutturale (unità: microstrain)
– Calcolo del coefficiente di dilatazione termomeccanica locale
– Formula chiave:
\[
\Delta \varepsilon = \alpha \cdot \Delta P + \beta \cdot \Delta T
\]
dove \(\alpha\) è il coefficiente di dilatazione della muratura, \(\beta\) la sensibilità termica.
– Un aumento di 1 kPa di pressione induce una deformazione di \(\Delta \varepsilon \approx 0.02–0.05\) micron, rilevabile con sensori a fibra.
Metodo B: analisi multivariata con indici di saturazione empirici
Derivazione di un indice composito \(I_{sat}\) basato su:
– Pressione capillare misurata
– Livello della falda (da piezometri)
– Umidità relativa interna (sensori in muri)
– Storico delle infiltrazioni
\(
I_{sat} = w_1 P_c + w_2 h_f + w_3 u_i + w_4 H
\)
con pesi determinati da regressione lineare sui dati storici di degrado.
Valori >0.7 indicano rischio elevato di fessurazione.