Rilievo metrico 3D della Torre del Mangia a Siena

2012

Oggetto e finalità del rilievo

Il caso studio si inserisce nell'ambito del progetto di ricerca "Monitoraggio del patrimonio architettonico storico-artistico mediante sensori remoti radar e laser: la Torre del Mangia a Siena" finanziato dalla Fondazione Monte dei Paschi di Siena e vede la collaborazione tra le Facoltà di Ingegneria (Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni e Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale) e di Architettura (Costruzioni e Restauro) dell'Università degli Studi di Firenze. Gli obiettivi della ricerca sono l’individuazione delle caratteristiche dinamiche del monumento e la definizione di un modello numerico che consenta di analizzare il comportamento del monumento da un punto di vista meccanico (attraverso un codice FEM).
Per la costruzione del modello è essenziale la definizione delle caratteristiche geometriche del manufatto; a tal proposito negli ultimi anni si è sviluppato un crescente interesse nell'applicazione delle tecniche geomatiche a supporto dell'analisi strutturale e si è riscontrata una certa relazione tra l'accuratezza delle analisi e la conoscenza del bene oggetto di indagine.

Vista della Torre del Mangia da Piazza del CampoVista della Torre del Mangia da Piazza del Campo


Strumenti e metodi

Gli strumenti a scansione tridimensionale per l'architettura possono essere classificati a seconda della tecnologia impiegata per la misura delle distanze, con caratteristiche differenti in termini di range operativo e di accuratezza. Gli strumenti a tempo di volo hanno una portata maggiore mentre quelli a discriminazione di fase consentono di raggiungere dettaglio ed accuratezze maggiori ma con un range più ridotto.
La morfologia della Torre del Mangia, che supera i 100 m di altezza, e la sua ubicazione all’interno del tessuto del centro storico, impongono condizioni operative particolari. La presenza di una terrazza di accesso alla torre, situato ad una quota di circa +20m rispetto alla piazza, ha permesso di rilevare due dei lati della torre con un laser scanner a discriminazione di fase (Leica HDS6000), con portata di circa 80m. Per gli altri due lati era invece necessario disporre di uno strumento con portata maggiore e si è dunque utilizzato uno scanner a tempo di volo (RIEGL LMS-Z420i).

Gli strumenti utilizzatiSulla destra lo scanner a discriminazione di fase e sulla sinistra quello a tempo di volo durante le operazioni di acquisizione

I due seti di dati, acquisiti con strumentazione differente, sono stati referenziati nel sistema topografico locale realizzato con una rete di inquadramento.

Risultato dell'allineamento dei due set di datiRisultato dell’allineamento dei due set di dati


Output grafici

Prospetti
Il software utilizzato per la gestione dei dati laser consente di esportare delle viste ortogonali della nuvola di punti in formato raster (ortoimmagini). A ciascuna ortoimmagine è associato un file di referenziazione che contiene le informazioni relative alla scala ed alla posizione rispetto ad un sistema di riferimento locale, rendendo possibile la realizzazione di elaborati grafici metricamente corretti con una procedura altamente automatizzata.

ProspettiProspetto su piazza del Campo (a sinistra) e prospetto verso piazza del Mercato (a destra). La differenza di colore è legata alla differente densità dei dati: ad una densità di campionamento inferiore corrisponde un grigio più chiaro

Analisi sulla geometria
Da una prima analisi sui prospetti, la torre presenta un’inclinazione in direzione nord, scomponibile nella direzioni nord-est, verso via di Salicotto (circa 20cm) e nord-ovest, verso piazza del Campo (circa 10cm). Per valutare l’andamento delle superfici esterne della torre è stata realizzata una mesh triangolare a partire dalla nuvola di punti in seguito confrontata con un parallelepipedo ad asse verticale. Gli scostamenti sono rappresentati in falsi colori: dal blu (aree in cui la mesh fuoriesce dal parallelepipedo) al rosso (aree in cui la mesh rientra). E' quindi confermata l’inclinazione della torre.

Analisi sulla geometriaAnalisi degli scostamenti del parallelepipedo con asse verticale rispetto alla mesh triangolata


Credits

Responsabile scientifico dell'unità Geomatica: Prof. G. Tucci
Rilievo topografico: Studio Associato Geom. Roberto Nesti e Geom. Sauro Salvadori
Scansioni 3D e post-processing: Studio Associato Geom. Roberto Nesti e Geom. Sauro Salvadori in collaborazione con Laboratorio GeCo:Valentina Bonora, Nadia Guardini, Armagan Gulec Korumaz, Mustafa Korumaz, Grazia Tucci
Elaborazioni e output: Nadia Guardini