Terremoto a Pisa, la Torre regge: cosa dice la scienza sulla sua resistenza sismica

Alle 10:15 di martedì 4 agosto una scossa di magnitudo 4.3 ha interessato la zona a circa 7 chilometri a ovest di Pisa, tra San Piero a Grado e il parco di San Rossore, con ipocentro a 8 chilometri di profondità. L'evento, registrato dall'INGV, è stato avvertito distintamente in gran parte della Toscana costiera, da Livorno a Lucca, fino a Massa Carrara e Firenze. Successivamente sono state registrate una serie di scosse di assestamento, tra cui la più forte di magnitudo 3.2 alle 13:04.

A Pisa centinaia di persone sono scese in strada, alcuni edifici pubblici (il Comune, l'ospedale, il tribunale, l'università) sono stati evacuati in via precauzionale e la circolazione ferroviaria nel nodo pisano è rimasta sospesa per alcune ore, in attesa dei controlli tecnici su binari e infrastrutture. Non risultano feriti né danni a cose, secondo quanto comunicato dalla Protezione Civile regionale e dal governatore della Toscana Eugenio Giani.

Tra i primi luoghi sottoposti a verifica c'è stata, come prevedibile, Piazza dei Miracoli. L'Opera della Primaziale Pisana, l'ente che gestisce la conservazione del complesso monumentale, ha fatto scendere cautelativamente i turisti presenti all'interno della Torre nei minuti immediatamente successivi alla scossa. I controlli, condotti a stretto giro, non hanno rilevato alcun danno: né sulla Torre, né sul Duomo, né sul Battistero. Le visite sono riprese nel giro di poco tempo, senza restrizioni.

Un episodio che, per chi segue da anni le vicende del monumento più fotografato d'Italia, non desta particolare sorpresa. La Torre pendente ha attraversato otto secoli di storia sismica della Toscana, e il modo in cui ci è riuscita è diventato negli ultimi anni un caso di studio ingegneristico piuttosto affascinante.

Un edificio che pende da prima ancora di essere finito

I lavori sul campanile della cattedrale di Santa Maria Assunta cominciarono nel 1173 e si conclusero quasi due secoli dopo, nel 1372, con interruzioni lunghe decenni dovute proprio ai primi cedimenti del terreno. Già nel 1178, con appena tre piani completati, la struttura iniziò a inclinarsi; infatti, il sottosuolo di Piazza dei Miracoli è composto da strati alternati di sabbia, limo e argilla, un terreno tutt'altro che ideale per sostenere una torre in pietra alta oltre 56 metri e pesante circa 14.500 tonnellate.

Da allora la pendenza non ha mai smesso di essere il tratto identificativo del monumento, oscillando nei secoli in base agli interventi (spesso maldestri) di chi ha provato a correggerla. Nel Duecento l'architetto Giovanni di Simone tentò una compensazione costruendo i piani superiori con una leggera controcurva, visibile ancora oggi osservando la Torre di profilo. Nell'Ottocento un intervento dell'architetto Alessandro Gherardesca, teso a liberare la base dal terreno che l'aveva sommersa nei secoli, finì per aggravare la situazione anziché migliorarla.

Nel corso di questi otto secoli la Toscana settentrionale non è certo rimasta immobile dal punto di vista sismico. Gli studiosi che hanno ricostruito la storia sismica dell'area concordano su almeno quattro terremoti di una certa intensità, con epicentro a poche decine di chilometri da Pisa, verificatisi tra il tardo Duecento e il Settecento. La Torre, pendente e apparentemente fragile, li ha attraversati tutti senza subire danni strutturali rilevanti. Per molto tempo questo comportamento è stato considerato poco più di un enigma, o nella migliore delle ipotesi una questione di fortuna.

Il paradosso del terreno molle: come funziona la resistenza sismica della Torre

La spiegazione scientifica è arrivata solo nel 2018, al termine di uno studio durato quattro anni e condotto da un gruppo di sedici ricercatori provenienti da diversi atenei: Roma Tre, Sapienza, Pisa, Chieti-Pescara, l'università inglese di Bristol e quella cinese di Fuzhou. Il lavoro, coordinato da Camillo Nuti, docente di tecnica delle costruzioni al dipartimento di Architettura di Roma Tre, è stato presentato alla sedicesima Conferenza europea sull'ingegneria sismica, tenutasi a Salonicco nel giugno di quell'anno.

Il gruppo ha analizzato in dettaglio due eventi sismici storici, uno cinquecentesco e uno settecentesco, con epicentro a poche decine di chilometri da Pisa, ricostruendo attraverso modelli numerici il comportamento della struttura durante quelle scosse. Il risultato ha ribaltato l'intuizione più immediata: proprio il terreno soffice che ha causato la pendenza, e che a lungo si è temuto potesse portare la Torre al collasso, si è rivelato l'elemento che l'ha protetta dai terremoti.

Interazione dinamica suolo struttura: cosa significa

Il meccanismo prende il nome di interazione dinamica suolo struttura, spesso indicata con l'acronimo inglese DSSI. In un edificio rigido fondato su roccia, le onde sismiche tendono a trasmettersi quasi integralmente alla struttura, che può entrare in risonanza con la frequenza del terremoto e amplificare le proprie oscillazioni fino a valori pericolosi. Nel caso della Torre di Pisa, invece, lo strato di argilla normalconsolidata su cui poggiano le fondazioni assorbe e filtra parte dell'energia sismica prima che raggiunga la struttura in muratura.

Nuti ha descritto questo comportamento paragonandolo, in sostanza, a un isolatore sismico naturale; infatti, quando il terreno si muove, la Torre risponde con un movimento assiale lungo la direzione della propria pendenza, scaricando l'energia della scossa senza entrare in risonanza e senza sbilanciarsi ulteriormente. George Mylonakis, docente di ingegneria geotecnica e sismica all'università di Bristol e coautore dello studio, ha sottolineato l'ironia della scoperta e cioè, lo stesso terreno che ha reso necessario, alla fine del Novecento, un intervento di emergenza per scongiurare il crollo, è anche il fattore che ha permesso alla struttura di attraversare secoli di sismicità senza danni.

Perché su un terreno roccioso sarebbe stato diverso

Il gruppo di ricerca ha anche verificato cosa accadrebbe se la stessa Torre, con la stessa altezza e la stessa rigidezza, fosse fondata su un substrato roccioso anziché su argilla. In quel caso la struttura entrerebbe in risonanza con le frequenze tipiche del moto sismico, amplificando le oscillazioni fino a un livello di rischio molto più alto, con conseguenze plausibilmente ben più serie anche per terremoti di intensità moderata. Il combinato tra l'altezza dell'edificio, la rigidezza della muratura e la morbidezza del terreno crea invece una condizione di disaccoppiamento dinamico che, secondo i ricercatori, rappresenta un caso più unico che raro nel panorama dei monumenti storici europei.

Esistono sistemi antisismici veri e propri sulla Torre?

Qui va fatta una distinzione importante. La resistenza della Torre ai terremoti non deriva da un dispositivo antisismico installato appositamente, del tipo isolatori a pendolo scorrevole o dissipatori sismici che si trovano oggi in molti edifici di nuova costruzione o negli interventi di adeguamento su edifici storici. Non ci sono basamenti isolanti sotto le fondazioni della Torre, né sistemi di dissipazione dell'energia inseriti nella muratura. L'effetto protettivo descritto dallo studio di Nuti e colleghi è un fenomeno passivo, legato alle caratteristiche geotecniche naturali del sito, non un dispositivo ingegnerizzato.

Ciò che invece esiste, ed è tutt'altro che trascurabile, è il grande intervento di consolidamento realizzato tra il 1990 e il 2001, quando la pendenza aveva raggiunto un valore giudicato pericoloso, circa 5,5 gradi, e la Torre venne chiusa al pubblico per motivi di sicurezza.

Il comitato internazionale coordinato da Michele Jamiolkowski, docente del Politecnico di Torino, intervenne con una tecnica nota come sottoescavazione: la rimozione controllata di piccole quantità di terreno dal lato opposto a quello della pendenza, per correggere gradualmente l'inclinazione senza intervenire direttamente sulla struttura muraria. Durante la fase più delicata dei lavori vennero anche impiegati contrappesi provvisori in piombo e due tiranti sub-orizzontali (gli "stralli") ancorati a strutture esterne, per garantire stabilità temporanea al monumento mentre si procedeva con gli scavi.

L'intervento ridusse la pendenza di circa 44 centimetri, portandola all'attuale valore di 3,97 gradi, stabilizzato dal marzo 2008 e considerato sicuro, secondo le stime del comitato tecnico, per almeno altri tre secoli. Non si tratta naturalmente di un intervento nato specificamente per resistere ai terremoti, ma di un'operazione di messa in sicurezza geotecnica che, correggendo la geometria della Torre e riportando il baricentro strutturale in una posizione più favorevole rispetto alla base d'appoggio, riduce comunque lo stato di sollecitazione a cui la muratura è sottoposta anche in caso di scossa sismica.

Il monitoraggio continuo: gli occhi elettronici sulla Torre

Da questo punto di vista la Torre di Pisa è, senza esagerazione, il monumento più controllato al mondo. Un sistema automatico di monitoraggio statico e dinamico venne installato per la prima volta nel 1992, gestito dal CESI (Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano), e da allora è stato più volte aggiornato. La rete comprende telecoordinometri collegati a un pendolo diritto e a un pendolo rovescio per la misura in continuo della pendenza, deformometri per il monitoraggio dell'apertura delle lesioni murarie, sensori piezometrici posizionati ai quattro punti cardinali per controllare il livello della falda acquifera, e strumentazione dedicata al rilevamento delle vibrazioni prodotte da traffico, rumore ambientale ed eventi sismici.

A questo si è aggiunto, negli ultimi anni, un accordo tra l'Opera della Primaziale Pisana e il Ministero della Cultura per un sistema di monitoraggio satellitare, che integra i dati a terra con misurazioni interferometriche capaci di rilevare spostamenti millimetrici dell'intera area di Piazza dei Miracoli. Le rilevazioni più recenti indicano che la Torre, lungi dal peggiorare, sta lentamente e impercettibilmente raddrizzandosi, Nel 2018, infatti, è stata registrata una prima autocorrezione della pendenza e ciò ha confermato l'efficacia dell'intervento di consolidamento a distanza di quasi vent'anni.

Un test naturale ripetuto nel tempo

Ogni scossa che interessa l'area pisana, anche una di magnitudo contenuta come quella di oggi, finisce per rientrare nel flusso di dati raccolti da questa rete di sensori. Gli ingegneri che seguono il comportamento dinamico della Torre non hanno bisogno di aspettare eventi catastrofici per verificare le proprie ipotesi. Le vibrazioni registrate durante scosse minori, unite ai modelli sviluppati a partire dallo studio del 2018, permettono di affinare progressivamente la comprensione di come la struttura risponde alle sollecitazioni del terreno. In un certo senso, la Torre continua a essere osservata e studiata proprio nel momento in cui sembra, agli occhi di chi la guarda da fuori, semplicemente ferma al suo posto da otto secoli.