Sperimentare gli effetti di una copertura antica e di una moderna nel rifacimento del manto arboreo della Domus Aurea

Il degrado di un materiale può avvenire per varie cause: normalmente si considerano quelle che derivano dall’interazione ambientale, a cui vanno aggiunti eventi limitati nel tempo, ma di elevata energia,  che possono essere molto più pericolosi per il mantenimento delle Opere.

Basti pensare alle inondazioni, ai terremoti, agli incendi senza per altro dimenticare che al momento attuale possono verificarsi anche atti di terrorismo, soprattutto se l’Opera rappresenta un’identità culturale. Parlando di salvaguardia dell’Opera dobbiamo dunque  tenere in considerazione i vari rischi suesposti e parlare più propriamente di sicurezza dell’Opera, includendo in essa anche il concetto di conservazione.

Tralasciando  temporaneamente gli eventi catastrofici, che si caratterizzano  sia per il manifestarsi in tempi rapidissimi sia per lo sviluppo di notevole energia, consideriamo ora l’effetto della gravità sulle strutture portanti. Una struttura seppur ben progettata e’ in grado di sopportare un certo peso, ma se questo aumenta aumentano i rischi di stabilità per la struttura stessa: ciò corrisponde esattamente  al fenomeno che si e’ verificato nella Domus Aurea, dove c’è da tener presente che anche le strutture portanti col tempo si sono fragilizzate e quindi non sono più in grado di sopportare il massimo carico previsto.

L’eccessiva quantità di terra, che si è accumulata durante i secoli sopra le volte della Domus, mette a rischio le strutture portanti a causa dell’eccessivo peso che la sua presenza comporta e che può aumentare, a seguito di abbondanti piogge, anche del 30%, se quest’acqua non viene rapidamente smaltita.

Pertanto per ragioni di sicurezza è necessario rimuovere parte della terra sovrastante le strutture. Ma se da un punto di vista strutturale questo garantisce una maggior sicurezza, lo stesso non possiamo dire per la stabilità termo-igrometrica.

Infatti ai fini conservativi dobbiamo cercare di mantenere stabili le condizioni alle quali le Opere si sono adattate nel corso dei secoli; del resto se le Opere sono giunte sino a noi significa che hanno trovato un modo di compensare le sollecitazioni esterne, adattandosi ad esse.

Ogni variazione delle condizioni originarie comporta un riadattamento dei materiali alle nuove condizioni e se vengono superati taluni valori, dipendenti dalle sollecitazioni ambientali e dal tipo di materiale, vi e’ una forte probabilità che si manifestino  fenomeni di degrado.

Il degrado di natura ambientale infatti è generato dall’entità e dalla durata degli scambi di energia e di materia che avvengono tra il materiale e l’ambiente. Per scambi di energia possiamo considerare principalmente i flussi di calore che possono manifestarsi in entrambe le direzioni tra l’ambiente ed il materiale; mentre per flussi di materia possiamo considerare prevalentemente i flussi di acqua sia in fase liquida che in fase di vapore, senza trascurare le sue trasformazioni, che comportano anche il manifestarsi di fenomeni di condensazione e di evaporazione.

Grafico scambi di energia e materia

Grafico scambi di energia e materia

Tutte le trasformazioni della materia avvengono a seguito di scambi di energia e di materia. Se l’entità di questi scambi è modesta, la trasformazione può risultare reversibile: ovvero al termine delle sollecitazioni tutto ritorna, con i tempi necessari, come era prima. Se invece la sollecitazione e’ consistente, il processo può risultare irreversibile, come nel caso del degrado dei materiali. Un parametro che valuta l’entità delle trasformazioni è la generazione di entropia.

Tralasciando l’interazione tra le varie grandezze fisiche, espressa magistralmente da Onsager, possiamo affermare che: più è grande il valore della generazione di entropia nel tempo, maggiore è la probabilità che si manifesti un degrado.

Se andiamo a considerare il sistema costituito dall’ambiente e dall’Opera in esame, possiamo evidenziare tre categorie:

  1. Sistemi aperti, dove si manifestano scambi di energia e di materia;
  2. Sistemi chiusi, dove si manifestano solo scambi di energia;
  3. Sistemi isolati, dove non si manifestano scambi di materia nè di energia.
Categorie del sistema costituito dall'ambiente e dall'opera in esame

Categorie del sistema costituito dall’ambiente e dall’opera in esame

La ragione per cui alcune tombe affrescate appena aperte rilevano tutto il loro splendore e’ legato a quanto detto : si trattava infatti di un sistema isolato che, subito dopo la loro apertura,  diviene sistema aperto con la conseguenza di una subitanea apparizione dei sali in superficie, ad ulteriore  convalida del concetto.

Da un punto di vista conservativo il sistema migliore è quello isolato, ma questo comporta un vincolo grosso per la fruizione. Un sistema chiuso opportunamente realizzato può consentire la fruizione, riducendo gli scambi, ma questa soluzione non si adatta alla Domus a causa delle sue dimensioni: pertanto ai fini conservativi l’unica cosa che si può fare e’ quella di cercare di mantenere le condizioni termo igrometriche più prossime possibili alle attuali, stabilizzandole.

Se analizziamo più in dettaglio la situazione, notiamo che l’oscillazione termica giornaliera superficiale, dovuta prevalentemente all’irraggiamento solare, non si propaga se non per pochi centimetri dalla superficie del terreno, mentre le oscillazioni termiche annuali vanno in profondità e raggiungono le volte. Questo accade in quanto la diffusione del calore e’ condizionata dalla frequenza dell’onda termica: più questa è elevata (giornaliera), minore sarà la sua penetrazione.

Pertanto l’andamento delle oscillazioni termiche che attualmente si manifestano sulla superficie della volta interna, dovute al flusso di calore che penetra dall’esterno, dipenderanno fortemente dallo spessore del terreno sovrastante, oltreché dallo spessore e composizione della muratura sovrastante.

Nei diagrammi seguenti si evidenzia l’andamento annuale dell’onda termica in funzione dello spessore del terreno, dove possiamo notare come man mano che l’onda termica penetra nel terreno si manifesta una attenuazione ed uno sfasamento.

Diagramma onda termica annuale

Diagramma dell’ onda termica annuale

Dagli scavi effettuati risulta che, sopra le volte neroniane, già al tempo di Traiano era stata realizzata, come sottopavimentazione, una intercapedine in laterizi, almeno in corrispondenza dell’area adibita a giardino delle Terme.

Nella realizzazione delle coperture  d’età moderna si usano  ora tecnologie e prodotti di nuova formulazione.

Pertanto una prima sperimentazione è consistita nel mettere a confronto le due tecniche e vedere se l’ impostazione antica è ancora utilizzabile nel rispetto delle condizioni conservative suddette, in modo da riprodurre anche filologicamente il preesistente e nel ricavare tutte le indicazioni utili per la progettazione.

Campione1: condizione preesistente antica

Campione 1: condizione preesistente antica

Campione 2: tecnica  moderna

Campione 2: tecnica moderna

Per passare alla fase propriamente sperimentale,  sono stati utilizzati dei contenitori in materiale isolante all’interno dei quali sono state realizzate  le due strutture tecnologiche di prova:

  • una con intercapedine (simulando la condizione originaria antica)
  • l’altra moderna provvista delle necessarie attrezzature.

All’interno del campione con intercapedine si è verificato il fenomeno della condensazione.

Questo problema  e’ stato superato togliendo i tappi presenti nel cassonetto e favorendo così lo scambio d’aria con l’esterno: l’intercapedine deve dunque prevedere una via di una comunicazione con l’esterno, da attivare solo  quando il valore dell’umidità specifica esterna risulti minore di quella presente all’interno dell’intercapedine stessa.

Una successiva prova di imbibizione ha mostrato l’estrema velocità di imbibizione del terreno, per cui e’ fondamentale smaltire l’acqua piovana  in tempi rapidissimi, progettando adeguatamente le pendenze del terreno e raccogliendola con sistemi di smaltimento opportunamente posizionati e dimensionati.

In una seconda sperimentazione è stato realizzato un pacchetto tecnologico il più vicino possibile al reale, evidenziando così tutte  le problematiche che questo comporta.

Al di sopra della  volta sono stati posti due tipi  differenti di moduli plastici, provvisti di sporgenze cuneiformi, che sono state riempite di argilla espansa. Un modulo era  stato dotato di fori per il passaggio dell’acqua,  mentre l’altro ne era sprovvisto.

Sulla superficie del terreno poi sono state predisposte due tipologie di vegetazione in maniera ortogonale alla disposizione dei due  moduli, di modo che fosse possibile vedere l’effetto di entrambe.

 2° tipo di sperimentazione

2° tipo di sperimentazione

Si è naturalmente provveduto a registrare tutti i parametri sia sul terreno, sia all’interno della muratura, sia  ancora sulla superficie interna della volta;  è stato  infine predisposto un impianto di irrigazione automatico.

I risultati sono in elaborazione ma già si può constatare come nel calcolo degli scambi termici  sia importante considerare anche la convezione che si manifesta sulla volta sottostante, oltre alla conduzione termica sovrastante.

L’ irrigazione peraltro oltre ad assicurare lo sviluppo della vegetazione, garantisce anche una riduzione del flusso termico che penetra nella struttura, per effetto dell’evaporazione.

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L'autore

Sandro Massa

Sandro Massa

Fisico, esperto di Conservazione e Sicurezza dei Beni Culturali. Nell’ambito dell’attività di ricercatore presso il CNR si è occupato di analisi ambientale, mettendo a punto delle tecniche di valutazione della probabilità di condensazione superficiale e di valutazione in continua dei profili termo igrometrici in prossimità delle pareti. Si è interessato ai problemi relativi alla presenza di umidità nelle murature, mettendo a punto alcuni strumenti di misura. Ha inoltre coordinato varie commissioni di studio ed unità operative nell’ambito di progetti strategici e finalizzati del CNR. Professore incaricato in diverse Università ha tenuto corsi di Fisica Tecnica Ambientale, Proprietà termo-fisiche dei materiali, Certificazione energetica, Durabilità e Conservazione dei materiali. E' infine titolare di quattro brevetti ed autore di 70 pubblicazioni.

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