HR WALLINGFORD
Proteggere il passato di Firenze dal futuro
SISTEMI PER LA RACCOLTA DI ACQUE PIOVANE, FOGNARIE E ALLUVIONALI
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Riepilogo
Cosa hanno in comune Leonardo da Vinci, Michelangelo, Machiavelli, Raffaello, Galileo, Brunelleschi e Botticelli? Tutti, ad un certo punto, hanno vissuto a Firenze, in Italia. Residenza dei Medici, famiglia di potenti e mecenati, questa città rinascimentale attraversata dall'Arno, il fiume più lungo della regione, è da sempre una straordinaria fonte di arte e cultura. Ma l'acqua dell'Arno può straripare.
Numerose targhe disseminate in tutta Firenze indicano i livelli di piena raggiunti durante le alluvioni storiche.
L'alluvione dell'Arno
Sui muri di Firenze si trovano targhe che indicano i livelli di piena raggiunti dal fiume durante le alluvioni del 1177, 1333, 1547, 1557, 1740 e 1844. L'alluvione più grave si verificò nel 1966, quando nel bacino dell'Arno caddero fino a 200 mm di pioggia in 24 ore, pari a un quarto delle precipitazioni annuali della regione. Senza alcun sistema di allerta, la città fu inondata da 600.000 tonnellate di fango, macerie e liquami mescolati al gasolio per il riscaldamento, che provocarono oltre 100 morti, lasciarono 20.000 persone senza casa e danneggiarono innumerevoli opere d'arte.
Probabilmente l'inondazione peggiore colpì il quartiere più antico di Firenze, Santa Croce, che nei suoi edifici medievali custodisce moltissime opere d'arte e manoscritti. L'ultima cena di Giorgio Vasari, che si trova nell'Opera di Santa Croce, finì sott'acqua insieme ad oltre un milione di volumi e documenti storici della Biblioteca Nazionale Centrale di Firenze.
Le inondazioni pluviali delle montagne vicine possono riempire rapidamente il fiume Arno.
L'eterna battaglia per non dimenticare il passato
Volontari da tutto il mondo lavorarono per sgombrare la città dal fango e Franco Zeffirelli, nativo di Firenze, realizzò un film su questo evento la cui voce narrante era quella di Richard Burton che recitò in Italiano. Il film incassò 20 milioni di dollari che furono devoluti per contribuire alla ricostruzione della città. Tuttavia, una volta superata questa emergenza, è stato sempre più difficile coinvolgere la comunità per un'azione concreta. Per far fronte al rischio alluvionale furono predisposti numerosi piani nei cinquant'anni successivi e furono scritti molti libri sull'alluvione, conservati nel centro di documentazione sulle alluvioni (CEDAF). L'alluvione che causò l'esondazione dell'Arno è probabilmente uno degli eventi alluvionali più documentanti di sempre. Come avviene spesso, una volta superate le situazioni di pericolo, col passare del tempo diventa sempre più facile dimenticare di prepararsi all'emergenza successiva.
Ma l'ingegnere Paolo Tamagnone esperto in modellazione idraulica non ha dimenticato.
Il complesso dell'Opera, la biblioteca e il rischio estremamente elevato per la biblioteca (inserto)
Analisi approfondita del problema
"L'Italia possiede la maggior parte del patrimonio culturale mondiale, ma ha un territorio particolarmente soggetto ad un elevato rischio idrogeologico" ha affermato Tamagnone. "La maggior parte delle ricerche sul rischio di alluvione si concentra sulle potenziali perdite finanziarie, ma tali costi sarebbero esponenzialmente più elevati se avessimo adottato un approccio più olistico calcolando le perdite in termini di patrimonio culturale".
In qualità di ricercatore presso l'Università degli Studi di Firenze, Tamagnone ha potuto applicare le proprie competenze nel campo della modellazione idraulica per contribuire a proteggere il patrimonio culturale del centro cittadino dalle alluvioni pluviali. L'ingegnere ha proposto un progetto completo per la mappatura dell'area, con una speciale attenzione a due zone considerate particolarmente vulnerabili, ovvero il complesso monumentale e la biblioteca.
Modellazione dell'intera inondazione con vari scenari
Il fiume Arno scorre dalle colline del Monte Falterona sull'Appennino attraversando Firenze per sfociare nel Mar Ligure. La modellazione del deflusso terrestre dall'Appennino fino al bacino superiore dell'Arno è abbastanza semplice. Ma prevedere le alluvioni pluviali future diventa più complicato, a causa delle innumerevoli interazioni tra tutti i fenomeni idraulici che si verificano nel sistema fognario della città.
Mentre il rischio più evidente di allagamento può provenire dalle zone più vicine al fiume, è l'inondazione pluviale dalle montagne che aggrava il problema. Probabilmente la sfida più grande per Tamagnone è stata quella di valutare gli effetti della piena del fiume all’interno delle catacombe della rete interna di drenaggio dell’acqua piovana (IRDN).
Poiché la rete IRDN è direttamente collegata ad una delle principali condotte fognarie della città, ovvero il collettore di Chiesi (da Flaminio Chiesi, l'ingegnere del 19° secolo che lo progettò), può essere difficile prevedere gli effetti prodotti dalla pressione in questo particolare dedalo di condotte.
Tamagnone si è rivolto al partner di Autodesk HR Wallingford perché riteneva che InfoWorks ICM gli avrebbe consentito di valutare le interazioni 1D e 2D tra i processi di deflusso superficiale, il sistema fognario urbano e la rete di drenaggio interno una volta modellati con la massima precisione i numerosi edifici e reti fognarie nell'area della rete IRDN. "Ho scelto InfoWorks ICM perché dovevo creare un modello idraulico dettagliato che mi permettesse di analizzare gli effetti della propagazione del flusso attraverso le condotte sia in superficie sia nel sottosuolo".
Tamagnone e il suo team durante le operazioni di rilievo e digitalizzazione di questi antichi edifici.
Unione dei dati provenienti da più origini
Tamagnone ha avuto la fortuna di poter iniziare il proprio lavoro recuperando i modelli esistenti della rete fognaria pubblica direttamente da Publiacqua, l'ente pubblico regionale. Il processo è stato ulteriormente agevolato dal fatto che anche i professionisti di questa azienda utilizzano InfoWorks ICM. Tamagnone è riuscito non solo a nidificare in modo semplice i propri modelli idraulici nei modelli dell'azienda di fornitura dell'acqua, ma anche ad utilizzare tutti i dati inclusi in tali modelli.
La fase successiva prevedeva la ricostruzione della rete IRDN degli edifici storici per identificare tutti i collegamenti alla rete fognaria urbana. Sebbene il modello digitale del terreno dell'area della città di Firenze includesse informazioni sulle zone circostanti gli edifici principali, ovvero i cortili e i porticati, l’interno di questi edifici richiedeva una speciale analisi dettagliata. Tamagnone ha quindi iniziato ad esaminare più a fondo i dati raccolti nell'ambito della sua ricerca.
[Descrizione.] Foto per gentile concessione di [autore].
Digitalizzazione dei documenti medievali
Oltre ad aver eseguito manualmente i rilievi e le misurazioni degli edifici, Tamagnone ha esaminato vari archivi storici, incluso il centro di documentazione delle alluvioni CEDAF, per trovare le cianografie originali. Nonostante molti dei disegni tecnici di questi edifici dell'età medievale avessero più di cento anni, contenevano informazioni utili per riprodurre e geolocalizzare le specifiche geometriche della rete IRDN, nonché le specifiche dei pozzetti e i dati altimetrici delle pavimentazioni.
"L'altezza è probabilmente la variabile più importante quando si tratta di condotte e di movimento dei flussi", ha affermato Tamagnone. Con tutti questi dati assemblati e digitalizzati, l'ingegnere è riuscito a simulare con precisione l'intervallo completo delle quote altimetriche dell'area e il flusso dell'acqua.
Forze idrometeorologiche utilizzate come input nel modello idraulico con un periodo di ritorno di 100 e 200 anni. Ietogrammi generati utilizzando i metodi della tempesta di Chicago (in alto) e della distribuzione triangolare (in basso).
Modellazione di eventi di portata eccezionale
Per la valutazione del rischio di inondazione, Paolo Tamagnone ha utilizzato InfoWorks ICM per creare un modello 1D/2D di doppio drenaggio che simula tutti i fenomeni idraulici che si verificano all'interno della rete fognaria, nonché la propagazione dell'inondazione all'interno della rete IRDN. L'ingegnere ha creato due tipi di scenari di base:
- Forze idrometeorologiche: ha scelto di rappresentare gli eventi di precipitazione di portata eccezionale che si verificano durante i periodi di siccità, nonché le precipitazioni brevi e ad alta intensità che in genere introducono eventi alluvionali di origine pluviale. Gli ietogrammi erano basati su intervalli compresi tra 30 minuti e 3 ore e tra 60 mm/h e 400 mm/h di intensità (periodo di ritorno di 100 e 200 anni).
- Chiusura degli sfioratori: Tamagnone ha modellato anche scenari che simulano la concomitanza di eventi di precipitazione di portata eccezionale su Firenze e livelli di piena del fiume Arno (simili a quelli dell'esondazione dell'Arno del 1966), che escludono la possibilità che la rete fognaria pubblica sia in grado di scaricare le acque meteoriche in eccesso attraverso gli sfioratori di emergenza.
Modello di InfoWorks ICM relativo all'inondazione della biblioteca.
Esecuzione del modello in InfoWorks ICM
Eseguendo i modelli in InfoWorks ICM, Tamagnone si è accorto che, fortunatamente, Flaminio Chiesi aveva sovradimensionato i componenti nei suoi progetti originali. Il modello aveva infatti mostrato che le condotte della rete IRDN erano più grandi del previsto, quasi quanto quelle della rete fognaria urbana,
e potevano sostenere precipitazioni particolarmente intense. Il pericolo maggiore si è verificato in presenza di scenari più piovosi con livelli di acqua alta nella rete fognaria pubblica e la chiusura degli sfioratori. Ciò ha prodotto un preoccupante effetto di ristagno di acqua nella rete IRDN. Nei modelli di Tamagnone il punto più a rischio si trovava direttamente sotto la biblioteca e prevedeva il peggior tipo di problema, ovvero l'entrata delle acque reflue nell'edificio.
I risultati di InfoWorks ICM sono stati integrati in una mappa aerea della libreria, che ha evidenziato un aumento di intensità del rischio dal giallo all'arancione fino al rosso.
L'Opera non era a rischio. Ma la biblioteca...
Tamagnone aveva raccolto anche dati positivi. Attraverso la simulazione di numerosissimi scenari, era riuscito a determinare che il complesso monumentale dell'Opera non avrebbe subito danni anche nelle situazioni più estreme, in parte grazie alla sua maggiore distanza dalla rete fognaria pubblica. Poiché tutti i pozzetti sono situati all'esterno, nei cortili e nei parcheggi si verificano solo allagamenti di lieve entità, che non rappresentano una minaccia per il patrimonio culturale custodito all'interno dell'edificio.
La biblioteca, invece, era sicuramente a rischio. Nei modelli più distruttivi, con eventi di precipitazioni torrenziali, un livello di piena dell'Arno e tutti gli sfioratori di piena chiusi, il seminterrato potrebbe subire gravi danni in seguito ad un allagamento che potrebbe raggiungere fino a 40 cm (o di più). Come se non bastasse, nei sotterranei venivano conservati i volumi e le raccolte di vecchi giornali, che sono vulnerabili all'umidità, anche a quella provocata da piccole infiltrazioni d'acqua.
Proposta di installazione di una barriera fisica per impedire l'entrata dell'acqua durante un evento di allagamento di eccezionale entità.
Strategie di prevenzione e mitigazione
Con tutte queste informazioni disponibili, Tamagnone ha potuto proporre una duplice strategia nell'ambito di un piano di emergenza documentato. Innanzitutto, una strategia strutturale per la realizzazione di una paratia antiallagamento per impedire l'entrata delle acque meteoriche. Questa strategia utilizza i risultati del modello per determinare l'altezza consigliata della paratia.
Inoltre, una strategia non strutturale per la creazione di mappe del rischio di alluvione che evidenziano le aree più esposte e a rischio destinate al personale e agli amministratori. Grazie a queste informazioni, il personale della biblioteca ora dispone dei dati necessari per spostare più in alto le collezioni particolarmente vulnerabili o proteggere i beni archivistici con un tipo speciale di materiale impermeabile dotato di una barriera all'ossigeno nell'ambito di un piano di risposta alle emergenze.
Come prepararsi ad affrontare un futuro climatico incerto
Negli ultimi 50 anni sono state presentate diverse proposte per preparare Firenze ad affrontare la prossima alluvione, ma a volte non vengono applicate. Grazie al suo lavoro meticoloso, Tamagnone ha fornito non solo una mappa e un modello idraulico completi di InfoWorks ICM dell'intera area storica, ma anche un progetto dei processi che gli addetti devono eseguire per garantire la salvaguardia e la protezione dalle alluvioni dei tesori culturali del paese.
La libreria dispone di una propria raccolta di documentazione relativa all'alluvione che è possibile consultare quando si visita il complesso dell'Opera per ammirare l'Ultima Cena di Giorgio Vasari. Il dipinto del 1546 è stato definitivamente restaurato e riportato ad una condizione ancora migliore nel 2013 e ora è installato su un meccanismo che consente di sollevarlo in caso di necessità. Nonostante i molti problemi che l'alluvione del 1966 ha creato a Firenze, questo evento ha anche portato allo sviluppo di nuove tecniche di restauro e conservazione: un altro straordinario esempio di come possiamo rispondere all'emergenza in caso di alluvione.
Ma, naturalmente, è sempre meglio essere pronti ad affrontare le emergenze.
Modelli idraulici, cianografie antiche, mappe di rischio e foto dei cortili per gentile concessione di Paolo Tamagnone e progetto TALETE (Tutela del pAtrimonio cuLturale da evEnti esTremi).
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Il blog One Water Blog oltre a raccogliere storie coinvolgenti di disastri evitati e suggerimenti utili per la progettazione sostenibile, offre informazioni sulle soluzioni Autodesk per il settore idrico. Scopri queste testimonianze:
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