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Tecnica laser scanning e tecnologia GIS per l’analisi stratigrafica del patrimonio storico costruito : la chiesa di Santa Maria dell’Abbazia di Staffarda

Elisabetta Donadio

Tecnica laser scanning e tecnologia GIS per l’analisi stratigrafica del patrimonio storico costruito : la chiesa di Santa Maria dell’Abbazia di Staffarda.

Rel. Antonia Teresa Spano', Silvia Beltramo, Filiberto Chiabrando. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2013

Abstract:

Questo lavoro di tesi si propone di sperimentare le potenzialità oggi offerte dalle moderne tecnologie di rilievo metrico, supportate dai metodi offerti dalla Geomatica, e dai Sistemi Informativi Geografici (GIS) per la tutela e conservazione interdisciplinare del patrimonio storico architettonico, in particolare in applicazione all'analisi stratigrafica del costruito.

A partire dagli anni Trenta del Novecento, con la carta di Atene (1931), nasce la consapevolezza che, nell'occuparsi della conservazione e del restauro di un Bene Culturale, sia necessario coinvolgere attori appartenenti a più discipline e prendere in considerazione e integrare più fasi a diversi livelli, dalle più analitiche di conoscenza del bene a quelle più pratiche di progetto.

Proprio nella Carta di Atene si auspicava, infatti, la nascita di "forme di documentazione del Patrimonio Culturale mediante l'istituzione di archivi che contengano tutti i documenti relativi ad ogni Bene Culturale censito".

Non molto tempo dopo, nel 1964, nella Carta di Venezia, si ribadisce l'importanza della documentazione "sotto forma di rapporti analitici e critici corredati da disegni e fotografie" e, nel 1987, nella Carta di Washington sulla conservazione delle città storiche e dei centri urbani, si sottolinea nuovamente l'importanza dell'interdisciplinarietà nella pianificazione degli interventi e della documentazione dell'area oggetto di studio.

Partendo da questi principi, ancora molto attuali, si può, quindi, comprendere perché si ritenga oggi indispensabile, prima di programmare qualsiasi intervento, di restauro o conservazione, sui Beni Culturali, conoscere e documentare quanto più possibile l'oggetto che ci sta davanti, in tutta la sua consistenza, attraverso l'integrazione e archiviazione di analisi interdisciplinari che ne garantiscano il monitoraggio e che possano condurre al miglior tipo d'intervento da affrontare.

Le modalità con cui oggi ciò è raggiungibile sono state rivoluzionate e sviluppate dall'avvento e perfezionamento delle nuove tecnologie per il rilievo, tra cui, di ormai consolidata applicazione ai Beni Culturali, vi è la tecnologia LIDAR (Light Detection and Ranging), grazie alla quale si ha la possibilità di acquisire dati di enorme densità ed elevate qualità e precisione.

L'impiego di questi moderni metodi permette oggi di analizzare il manufatto con maggior precisione e sotto più aspetti, da quello metrico a quello estetico-formale, da quello costruttivo e strutturale a quello materiale e del degrado, ma ha anche fatto nascere nuove problematiche in termini di elaborazione, acquisizione dei dati e di restituzione grafica.

In particolare è divenuta sempre più difficoltosa la gestione della mole di dati acquisibili con queste tecnologie in ambiente CAD, in cui tradizionalmente si restituisce graficamente il rilievo. Tali sistemi, infatti, hanno dimostrato i propri limiti nella gestione del notevole numero di informazioni che oggi si acquisiscono nella fase di rilievo e che si vogliono necessariamente integrare ad altre, derivanti dagli studi delle diverse discipline che prendono parte al progetto di conservazione.

Tale dinamica favorisce, invece, sempre di più l'impiego, anche alla scala architettonica, dei Sistemi Informativi Geografici (GIS), particolari sistemi informativi in cui è possibile archiviare e relazionare grandi quantità di dati spaziali e non. La problematica che si affronta, però, nell'implementazione di GIS a questa scala risiede nell'indisponibilità, oggi, di standard per l'archiviazione, che permettano di far parlare tra loro progetti e attori diversi e di confrontare edifici anche distanti tra loro ma aventi le medesime caratteristiche.

Tali difficoltà sono da ricondurre proprio alle diverse esigenze specifiche degli ambiti di ricerca e alla necessità di adeguarsi a molteplici istanze disciplinari: ogni disciplina tende a individuare un lessico grafico autonomo, adeguando le indicazioni generali al caso specifico.

A questo quadro generale si aggiungono le nuove e molteplici possibilità di rappresentazione offerte dall'impiego delle nuove tecnologie LIDAR, dai cui risultati è possibile elaborare modelli 3D della realtà a elevata risoluzione che si discostano dalle elaborazioni tradizionali ma che permettono di condurre analisi più accurate sulla geometria dell'oggetto prima impensabili.

Nonostante si riconosca l'autonomia della disciplina del rilievo da quella del restauro, è comunque innegabile la stretta relazione che esiste tra le due ed è forte la necessità di poter disporre di un linguaggio di rappresentazione comune che faciliti la comunicazione interdisciplinare. Riguardo queste problematiche, nel 1996, un Comitato di esperti, rappresentanti di tutte le regioni del mondo e provenienti da ICOMOS, ICCROM, CIPA e UNESCO, ha mirato a definire i principi fondamentali dell'intervento di rilievo per i Beni Culturali.

L'esito di questo gruppo di ricerca è contenuto nella Carta di Sofia.

Tra i principi che sono stati definiti basilari per il rilievo dei Beni Culturali vi è la necessità di:

- coinvolgere numerose discipline;

- definire standards condivisibili;

- garantire la possibilità di aggiornamento dei dati;

- archiviare dati di natura diversa, tra cui rapporti descrittivi, analisi storiche, fotografie, raddrizzamenti, rilievi fotogrammetrici, rilievi geofisici, carte, planimetrie, disegni, schizzi, riproduzioni ecc.

- garantire un'adeguata accessibilità e protezione di dati;

- utilizzare formati standard.

Un esempio dettagliato che si può citare di normalizzazione del rilievo metrico dei Beni Culturali si ha nel modello inglese Metric Survey, ideato nel 2009 da un gruppo di ricerca composto da Paul Bryan, Bill Blake, e Bedford Jon. Tale modello ha mirato a definire e normare i diversi passi di cui è costituito un rilievo, tra cui: gli aspetti contrattuali, i diversi gradi di precisione richiesti (tolleranze), le caratteristiche della restituzione dei dati e, descritte in allegati, le modalità e gli standard di acquisizione di nuvole di punti con procedure fotogrammetriche o tecniche laser-scanning.

Partendo da queste considerazioni, questo lavoro di tesi si propone, come detto, di sperimentare le potenzialità offerte dalle moderne tecnologie per il rilievo e l'archiviazione dei dati nel conseguire gli obiettivi sopradescritti di documentazione, conoscenza, multidisciplinarietà, archiviazione e accessibilità dei dati raccolti, per la tutela e conservazione dei Beni Culturali.

In particolare, si è mirato a definire e dimostrare le potenzialità di conoscenza e analisi offerte, nel caso applicativo del rilievo della Chiesa di Santa Maria del complesso abbaziale di Staffarda, dall'impiego della tecnologia LIDAR e a sperimentare la successiva implementazione dei dati all'interno di un Sistema Informativo Territoriale (SIT) alla scala architettonica (1:100-1:50). In particolare, al fine di dimostrare l'importante ruolo di supporto alla pianificazione interdisciplinare che può essere rivestito da questi sistemi, non solo alla scala territoriale, di ormai consolidata applicazione, ma anche alla scala architettonica, per la quale esistono oggi pochi esempi applicativi e non vi sono ancora standard condivisi, è stata eseguita e successivamente implementata in GIS l'analisi stratigrafica del fronte nord della Chiesa.

Sulla base dei dati raccolti dal rilievo laser scanning internamente ed esternamente alla Chiesa, oltre alle tradizionali restituzioni bidimensionali, è stato, inoltre, possibile elaborare un modello texturizzato 3D della Chiesa, che si è dimostrato essere un importante elemento di supporto alla conoscenza e lettura del Bene, anche stratigrafica, sul quale poter studiare la geometria dell'oggetto, le strutture murarie, le anomalie (fuori piombo, assialità delle murature) e la consistenza materica.

Relatori: Antonia Teresa Spano', Silvia Beltramo, Filiberto Chiabrando
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SF Elettronica, computers, Computer science
S Scienze e Scienze Applicate > SL Scienze
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3210
Capitoli:

INDICE

Introduzione

PARTE I

Capitolo 1 - Metodi di rilievo a scala architettonica

1.1 Gli strumenti per il rilievo dei Beni Culturali

1.2 La tecnologia GPS

1.3 La tecnologia LIDAR

1.3.1 I sistemi a scansione terrestre: fase di acquisizione

1.3.2 I sistemi a scansione terrestre: fase di registrazione delle nuvole

1.3.3 La modellazione 3D e l'interpretazione dei dati

1.3.4 L'estrazione di sezioni e la restituzione in ambiente CAD

1.3.5 La fase di restituzione: i limiti della gestione dei dati in ambiente CAD

1.4 Fruibilità dei dati LIDAR per i Beni Culturali

1.5 Le potenzialità offerte dai modelli 3D dei Beni Culturali

Capitolo 2- I Sistemi Informativi Geografici (GIS)

2.1 Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici

2.2 Le componenti di un SIT

2.3 Dati e metadati contenuti nei SIT

2.4 La modellazione della realtà

2.5 Modelli concettuali per l'organizzazione della base di dati

2.6 Analisi dei dati

2.6.1 Le analisi spaziali

2.6.2 Le analisi non spaziali

2.7 Il quadro normativo in Europa e Italia

2.7.1 L'INTESA GIS

2.7.2 L'iniziativa INSPIRE

2.8 Il GIS per i Beni Culturali: esperienze di censimento-catalogazione e

sperimentazioni di software

2.9 I BIM

Capitolo 3 - La stratigrafia del costruito nei GIS

3.1 Il metodo stratigrafico

3.2 I GIS per la stratigrafia del costruito

PARTE II - CASO STUDIO: La chiesa di Santa Maria dell'abbazia di Staffarda

Capitolo 1 - Il complesso e la chiesa di Santa Maria

1.1 Storia del complesso monastico e della chiesa

1.2 La chiesa e le componenti architettoniche

1.3 I dissesti della chiesa

1.4 I cantieri architettonici e decorativi: le trasformazioni dell'età moderna

1.4.1 I secoli XVI, XVII, XVIII e XIX

1.4.2 I restauri del XX secolo di Cesare Bertea

1.5 Il fronte settentrionale della chiesa oggi

Capitolo 2 - Il rilievo laser scanning e l'elaborazione dei dati

2.1 Le finalità del rilievo

2.1.1 L'inquadramento topografico

2.1.2 L'acquisizione laser

2.1.3 La registrazione delle nuvole di punti

2.2 La modellazione con 3DReshaper

2.2.1 La pulitura e l'allineamento delle nuvole

2.2.2 La creazione della mesh

2.2.3 La lisciatura e il completamento della mesh

2.2.4 La texturizzazione

2.3 La fase di restituzione in 2D con estrazione di immagini dalla nuvola

2.4 L'analisi stratigrafica del fronte nord

2.5 CAD e GIS a confronto per la gestione delle unità stratigrafiche

Capitolo 3 - La strutturazione di un GIS alla scala architettonica: l'analisi stratigrafica del prospetto nord

3.1 La definizione delle finalità

3.2 L'organizzazione topologica dei dati spaziali alla scala architettonica

3.3 La classificazione alla scala architettonica

3.4 L'organizzazione strutturata dei dati dell'analisi stratigrafica

3.5 Le analisi tematiche

3.6 Conclusioni
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