Progetto ReSeMM – Sviluppo di una rete sensoristica multimodale finalizzata al monitoraggio strutturale e ambientale. Spoke 6, Sito Archeologico di intervento Terme di Baia, Area del Tempio di Mercurio
Il progetto si è svolto nell’ambito del bando pubblico PNRR Spoke 6, Missione 4 “Istruzione e Ricerca” – componente 2 “dalla ricerca all’impresa” – linea di investimento 1.3 “Partenariati estesi alle università, ai centri di ricerca, alle aziende per il finanziamento di progetti di ricerca di base” – programma di ricerca e innovazione “Changes – Creativity and Intangible Cultural Heritage”, finanziato dall’Unione Europea – NextGenerationEU.
L’iniziativa ha previsto, per i siti indicati dal bando e nel rispetto delle indicazioni del committente e degli enti territoriali preposti per la tutela, la progettazione e la fornitura di una rete sensoristica multimodale e la realizzazione di una piattaforma software in cloud, integrata con una banca dati geospaziale, in grado di gestire da remoto la rete, acquisire, conservare, processare e visualizzare in real-time i dati raccolti ed impostare soglie di allarme.
Al progetto, coordinato daI Dipartimento di Ingegneria Civile (DICIV) dell’Università degli Studi di Salerno, avente come Responsabile Scientifico il Prof. Luigi Petti, hanno partecipato anche i Dipartimenti di Ingegneria Industriale (DIIN) e Scienze dei Beni Culturali (DISPAC), unitamente alla Start-up innovativa Modula S.r.l..
Obiettivi
I patrimoni architettonico e archeologico sono esposti a pericoli e rischi, non solo naturali e antropici, ma anche al cambiamento climatico; a ciò si aggiungono i processi naturali di degrado generati dall’invecchiamento dei materiali ed alla variabilità delle condizioni ambientali. In un’ottica di uso sostenibile delle risorse e di tutela del patrimonio, lo sviluppo di approcci metodologici che promuovano il minimo intervento e la manutenzione proattiva assumono un ruolo cardine in un processo gestionale. La proposta mira ad implementare un modello ed una rete integrata di monitoraggio multi-scala e multi-livello, attraverso lo sviluppo di sistemi robusti ed espandibili che garantiscono un controllo costante dello stato di salute dei beni, consentendo di caratterizzare il comportamento dei manufatti, anche implementando modelli BIM al fine di documentare il ciclo di vita delle strutture e lo sviluppo di modelli previsionali.
Il Parco Archeologico delle Terme di Baia costituisce uno dei contesti più complessi e sensibili del patrimonio culturale italiano, situato in un’area geologicamente attiva e soggetta a fenomeni peculiari come il bradisismo flegreo. In questo scenario si colloca il Tempio di Mercurio, una struttura monumentale di eccezionale rilevanza storico-archeologica, caratterizzata da una grande sala circolare sormontata da una cupola semisferica che, per diametro e concezione strutturale, rappresenta uno dei più notevoli esempi di architettura termale romana. L’edificio, databile alla fine del I secolo a.C. e rimodellato durante il I secolo d.C., presenta una vasca interna originariamente destinata a funzioni termali (frigidarium), oggi in parte interrata a causa dei movimenti verticali del suolo. Le tecniche costruttive adottate – opera a sacco, paramenti in opera reticolata con cubilia di tufo flegreo e malta pozzolanica, cementum interno composto da schegge tufacee e legante idraulico – testimoniano un avanzato know-how ingegneristico, così come l’impiego di rivestimenti marmorei e di signinum idraulico di alto livello qualitativo.
Le attività di manutenzione per la conservazione Tempio di Mercurio sono diventate, nel tempo, più complesse anche a causa dei fenomeni connessi ai cambiamenti climatici. La vicinanza al mare espone la struttura a intensi fenomeni di erosione eolica e aerosol salino; l’umidità relativa interna raggiunge valori elevati, soprattutto nel periodo invernale, amplificando cicli di condensazione-evaporazione potenzialmente dannosi per il tufo e per i residui di intonaci antichi. La muratura appare inoltre vulnerabile alla presenza di vegetazione infestante, mentre le radici degli alberi posti sulle terrazze soprastanti penetrano nelle stratificazioni archeologiche, contribuendo a deformazioni e potenziali instabilità locali. A ciò si aggiunge la presenza di acqua di falda nel bacino inferiore, un elemento che richiede particolare attenzione poiché l’interazione tra substrato idrico e materiali porosi può influenzare significativamente la durabilità della struttura. Infine, l’assenza di una mappatura sistematica delle lesioni, dei restauri storici e delle condizioni materiche incrementa il margine di incertezza sulla valutazione dello stato di conservazione.
È proprio in risposta a questa complessità che si inserisce il progetto sviluppato nell’ambito del programma PNRR CHANGES, il cui obiettivo è realizzare un sistema avanzato di monitoraggio multimodale e multi-scala per la tutela del patrimonio culturale. L’iniziativa, coordinata dall’Università degli Studi di Salerno con la collaborazione di Modula S.r.l. ed il supporto T.P.S. S.r.l., mira a costruire un’infrastruttura integrata hardware–software basata su tecnologie IoT affinché l’edificio possa essere osservato e interpretato come un organismo dinamico, soggetto a variazioni ambientali e strutturali costanti. L’approccio adottato si fonda sui principi della manutenzione proattiva e del minimo intervento: invece di basarsi esclusivamente su verifiche periodiche e ispezioni manuali, il sistema consente un controllo continuativo delle condizioni del manufatto, facilitando la diagnosi precoce di fenomeni degradativi e la pianificazione di interventi mirati.
Rete sensoristica
Il cuore tecnologico del progetto consiste in una rete sensoristica distribuita, costituita da strumenti progettati per operare in un contesto archeologico vincolato. Nel bacino collegato al Tempio è stata installata una sonda multiparametrica capace di acquisire in continuo indicatori fondamentali per la caratterizzazione delle acque di falda: livello idrico, temperatura, conducibilità elettrica, pH, potenziale redox, ossigeno disciolto e torbidità. Questi parametri consentono di monitorare processi chimico-fisici che possono influenzare la stabilità delle fondazioni e la circolazione idrica sotterranea, particolarmente rilevante in un’area soggetta a variazioni geotermiche e a dinamiche di subduzione–emersione del suolo.
Parallelamente, un sensore ambientale dedicato registra variabili microclimatiche quali temperatura e umidità relativa, insieme alla concentrazione di particolato atmosferico nelle sue diverse frazioni (PM1, PM2.5, PM4, PM10) e alla presenza di composti volatili e ossidi di azoto. Questi dati permettono di correlare i processi di degrado superficiale della muratura con l’evoluzione del microambiente interno, fornendo una base quantitativa per comprendere i meccanismi di alterazione dei materiali lapidei e degli strati di finitura.
Tabella riassuntiva dei sensori selezionati per il monitoraggio del Tempo di Mercurio all’interno del Parco Archeologico di Baia (NA)
L’acquisizione, la sincronizzazione e la trasmissione dei dati sono gestite da un PC industriale fanless alloggiato in un rack con protezione IP66, posizionato in modo da garantire sicurezza operativa e minimo impatto visivo sul contesto monumentale. La sonda multiparametrica comunica tramite protocollo RS485, mentre il sensore ambientale utilizza un microcontrollore ESP32 come interfaccia per la trasmissione Wi-Fi dei dati. L’intero sistema è alimentato da una linea elettrica dedicata, derivata da un quadro normato situato presso la biglietteria del sito e portata fino al punto di installazione attraverso un tracciato misto aereo–interrato di circa 70 metri. La trasmissione remota avviene via rete 4G/LTE, permettendo il caricamento dei dati su una piattaforma cloud sviluppata per integrare visualizzazione, analisi e gestione di soglie di allarme personalizzate.
Percorso previsto della traccia elettrica dal punto di origine della fornitura fino al punto di installazione finale
L’installazione del sistema di monitoraggio è stata progettata ponendo grande attenzione alla protezione delle apparecchiature e all’efficacia nella raccolta dei dati, considerando sia le condizioni ambientali sia le specificità architettoniche dell’area. Il rack che ospita il PC industriale fanless e gli altri componenti sarà collocato sulla grata metallica, sollevato di circa 10 cm dal pavimento. Questa scelta permette sia di evitare che l’umidità o eventuali ristagni d’acqua danneggino l’elettronica, sia di garantire un fissaggio stabile e discreto, senza alterare l’aspetto o la fruibilità del sito archeologico.
Disposizione complessiva del rack e della struttura di supporto metallica vista dall’esterno del bacino, con indicazione del posizionamento e dell’ancoraggio alla grata di accesso
Il PC industriale sarà connesso alla rete tramite una chiavetta 4G/LTE, che assicurerà la trasmissione continua dei dati verso la piattaforma IoT per la supervisione in tempo reale. Per ottenere un segnale stabile e privo di interferenze, verranno installate antenne esterne dedicate, collegate alla chiavetta e posizionate in punti ottimali per migliorare la ricezione ed evitare problemi dovuti alla struttura del sito o ad eventuali ostacoli.
Vista dall’interno del bacino della configurazione del sistema di monitoraggio, evidenziando la collocazione della sonda multiparametrica, del sensore ambientale e dei dettagli della struttura di supporto
Per quanto riguarda i sensori, è previsto l’utilizzo di un supporto strutturale ancorato al terreno all’esterno del bacino e inclinato verso l’interno. Si potrà valutare l’impiego di un montante già esistente, opportunamente adattato alle esigenze del sistema. All’estremità inferiore, all’interno del bacino, verrà posizionata la sonda multiparametrica, progettata per lavorare a contatto con l’acqua e rilevare parametri utili alla valutazione della qualità idrica e di possibili criticità strutturali. Nella parte superiore del montante sarà invece installato il sensore ambientale, responsabile della misura di temperatura, umidità relativa e particolato.
La disposizione dei dispositivi tiene conto del loro diverso grado di protezione: il rack è certificato IP66 e la sonda è realizzata per operare in acqua, mentre il sensore ambientale non è impermeabile. Per questo sarà collocato in posizione rialzata, così da evitare danni in caso di innalzamento del livello dell’acqua, dovuto sia a precipitazioni sia a fenomeni di bradisismo. Infine, l’inclinazione del supporto strutturale permetterà ai sensori di operare nelle migliori condizioni possibili, assicurando un monitoraggio preciso e affidabile della cisterna.
Grazie a questa architettura, il Tempio di Mercurio diventa un caso studio emblematico di applicazione delle tecnologie digitali alla conservazione di un bene archeologico. L’integrazione progressiva dei dati sensoristici con modelli HBIM e con Digital Twin consentirà di simulare il comportamento del manufatto in risposta a fattori ambientali e antropici, offrendo agli specialisti un supporto decisionale basato su indicatori oggettivi e su modelli predittivi. In una prospettiva più ampia, il progetto rappresenta un prototipo replicabile in altri contesti caratterizzati da elevata vulnerabilità, contribuendo allo sviluppo di una metodologia avanzata per la tutela del patrimonio culturale, capace di coniugare rigore scientifico, innovazione tecnologica e rispetto profondo per la materia storica.
Schema del sistema di monitoraggio delle Terme di Mercuro al Parco Archeologico di Baia con rappresentazione dei dispositivi, delle alimentazioni richieste e dei protocolli di comunicazione impiegati