Rilievo digitale dell’area archeologica costiera della Rocca di San Silvestro

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DEFENSIVE ARCHITECTURE OF THE MEDITERRANEAN

Anna MAROTTA, Roberta SPALLONE (Eds.)

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DEFENSIVE ARCHITECTURE OF THE MEDITERRANEAN

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PROCEEDINGS of the International Conference on Modern Age Fortification of the Mediterranean Coast FORTMED 2018

DEFENSIVE ARCHITECTURE OF THE MEDITERRANEAN

Vol. IX

Editors Anna Marotta, Roberta Spallone

Politecnico di Torino. Italy

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Series Defensive Architectures of the Mediterranean General editor

Pablo Rodríguez-Navarro

The papers published in this volume have been peer-reviewed by the Scientific Committee of FORTMED2018_Torino

Anna Marotta, Roberta Spallone

ISBN: 978-88-85745-12-4

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Organization and Committees

Organizing Committee

Anna Marotta. (Chair). Politecnico di Torino. Italy Roberta Spallone. (Chair). Politecnico di Torino. Italy

Marco Vitali. (Program Co-Chair and Secretary). Politecnico di Torino. Italy Michele Calvano. (Member). Politecnico di Torino. Italy

Massimiliano Lo Turco. (Member). Politecnico di Torino. Italy Rossana Netti. (Member). Politecnico di Torino. Italy Martino Pavignano. (Member). Politecnico di Torino. Italy

Scientific Committee

Alessandro Camiz. Girne American University. Cyprus Alicia Cámara Muñoz. UNED. Spain

Andrea Pirinu. Università di Cagliari. Italy

Andreas Georgopoulos. Nat. Tec. University of Athens. Greece Andrés Martínez Medina. Universidad de Alicante. Spain Angel Benigno González. Universidad de Alicante. Spain Anna Guarducci. Università di Siena. Italy

Anna Marotta. Politecnico di Torino. Italy Annalisa Dameri. Politecnico di Torino. Italy Antonio Almagro Gorbea. CSIC. Spain

Arturo Zaragozá Catalán. Generalitat Valenciana. Castellón. Spain Boutheina Bouzid. Ecole Nationale d’Architecture. Tunisia Concepción López González. UPV. Spain

Faissal Cherradi. Ministerio de Cultura del Reino de Marruecos. Morocco Fernando Cobos Guerra. Arquitecto. Spain

Francisco Juan Vidal. Universitat Politècnica de València, Spain Gabriele Guidi. Politecnico di Milano. Italy

Giorgio Verdiani. Università degli Studi di Firenze. Italy Gjergji Islami. Universiteti Politeknik i Tiranës. Albania

João Campos, Centro de Estudios de Arquitectura Militar de Almeida. Portugal John Harris. Fortress Study Group. United Kingdom

Marco Bevilacqua. Università di Pisa. Italy Marco Vitali. Politecnico di Torino. Italy

Nicolas Faucherre. Aix-Marseille Université – CNRS. France

Ornella Zerlenga. Università degli Studi della Campania ‘Luigi Vanvitelli’. Italy Pablo Rodríguez-Navarro. Universitat Politècnica de València. Spain

Per Cornell. University of Gothenburg. Sweden

Philippe Bragard. Université catholique de Louvain. Belgium Rand Eppich. Universidad Politécnica de Madrid. Spain Roberta Spallone. Politecnico di Torino. Italy

Sandro Parrinello. Università di Pavia. Italy

Stefano Bertocci. Università degli Studi di Firenze. Italy Stefano Columbu, Università di Cagliari. Italy

Teresa Gil Piqueras. Universitat Politècnica de València. Spain Víctor Echarri Iribarren. Universitat d’Alacant. Spain

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Note

The Conference was made in the frame of the R & D project entitled "SURVEILLANCE AND DEFENSE TOWERS OF THE VALENCIAN COAST. Metadata generation and 3D models for interpretation and effective enhancement" reference HAR2013-41859-P, whose principal investigator is Pablo Rodríguez-Navarro. The project is funded by National Program for Fostering Excellence in Scientific and Technical Research, national Sub-Program for Knowledge Generation, Ministry of Economy and Competitiveness (Government of Spain).

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Organized by

Partnerships

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Rilievo digitale dell’area archeologica costiera della Rocca di San

Silvestro

Stefano Bertoccia_{, Andrea Lumini}b

a_{Università degli Studi di Firenze, Firenze, Italy, stefano.bertocci@unifi.it,}b_{Università degli Studi di Firenze, Firenze,}

Italy, andrea_lumini@yahoo.com

Abstract

The archaeological site of Rocca San Silvestro is a medieval fortified village located in southern Tuscany (Italy), in the municipality of Campiglia Marittima (LI), within the protected area of the Val di Cornia parks. Founded approximately in the X century A.D. by the will of the counts of Della Gherardesca, Rocca San Silvestro was a stronghold established to control the extraction, the transformation and the traffic of the mineral resources present in the area, becoming in this way, under the Pisa domination, trade conrnerstone of the tuscanian coast. Abandoned for various factors towards the end of the XIV century, since 1984, under the direction of the archaeologist R. Francovich, the castle has undergone extensive excavations with the purpose of the reconstruction of the history of this settlement. The present work, starting from the state of the art of research that up to now have involved the site, has set the following aims: to integrate the documentation of previous surveys and to create a database of the works on which to set up a future project of restoration of the site, which is already part of an important archaelogical park. The Archaelogical Mines Park of Rocca San Silvestro, founded in 1996, represents in fact an important example of musealization of the archaeological-mining areas, thus contributing to the protection and development of tourism in this area. The first phase of the thesis work has provided the laser scanner survey campaigns and those relating to the photographic documentation, for data acquisition. With the digital processing of data, a cloud of points including the entire site was created, to which a series of photogrammetric models was correlated. After having verified the reliability of the surveys, the final results were drawn up, and on the basis of these, the whole spectrum of diagnostic analysis was conducted. In parallel, it has been developed the stratigraphic analysis of the masonry structures, in order to identify the chronology of development and the characterization of the construction techniques.

Keywords: Rocca San Silvestro, rilievo digitale, rilievo SfM, rilievo archeologico, rilievo laser scanner. 1. Introduzione

La Rocca di San Silvestro è un villaggio fortificato, sorto fra il X e XI secolo situato nel territorio della Val di Cornia, a Campiglia Marittima, in provincia di Livorno. Rocca San Silvestro fu costruita sulla cima di una collina, ad una quota di 331 m sul livello del mare, occupando un’area di circa 7.000 mq. La Val di Cornia è un’area prevalentemente collinare che si estende a cavallo della Maremma Livornese e di quella Grossetana, fino alle Colline Metallifere. Comprende nella fascia costiera i comuni di Piombino e San Vincenzo, e nell’entroterra quelli di Campiglia Marittima,

Suvereto, Sassetta e Monteverdi Marittimo. Il sito sorge tra la valle dei Manienti e le pendici del Monte Rombolo, al centro dell’omonimo Parco Archeominerario di San Silvestro. Quest’ultimo fa parte del Sistema dei Parchi della Val di Cornia, il quale comprende un ulteriore parco archeologico (Baratti-Populonia) e altri tre parchi naturali (Rimigliano, Sterpaia e Montioni), ognuno di grande rilevanza a livello ambientale e storico-culturale. A partire dal 1984, il Dipartimento di Archeologia e Storia delle Arti dell’Università di Siena, con la collaborazione di altri Dipartimenti universitari

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europei, e sotto la direzione scientifica del prof. R. Francovich, diede avvio a diverse campagne archeologiche di scavo che riportarono quasi totalmente alla luce il sito della Rocca di San Silvestro.

Le campagne di scavo, che hanno interessato i 2/3 del sito, furono realizzate dal 1984 al 1995 e consentirono sia di ricostruire e mettere in luce la complessa pianificazione urbanistica del castello, sia di identificare le varie aree funzionali, produttive e specializzate per la produzione metallurgica. La realizzazione delle campagne di scavo, e la successiva progettazione e realizzazione del Parco Archeominerario, hanno permesso e contribuito ad una forte valorizzazione di questo sito (Arrighetti, 2017) (Francovich et al, 1988).

Con lo scopo di valorizzare i beni e l’intero paesaggio storico e archeologico di quest’area, infatti, nel 1996 fu così inaugurato il Parco Archeominerario di San Silvestro e ad oggi rappresenta, a livello nazionale, un importante esempio di musealizzazione di aree molto vaste a carattere archeologico-minerario, incrementando la valorizzazione delle risorse locali, salvaguardando i beni ambientali e storici, e contribuendo allo sviluppo del turismo in quest’area (Francovich et al, 1994).

Il sito è stato rilevato con differenti metodi e tecniche a partire dal 1998, per opera di differenti equipe di lavoro del Dipartimento di Architettura coordinate dallo scrivente, ed ha costituito in tutti questi anni un vero e proprio campo di sperimentazione permanente delle varie tecniche di rilevamento per l'archeologia. Con il presente lavoro si conclude quindi la completa documentazione del sito in formato digitale tridimensionale, una vera e propria banca dati che, a questo punto, è in grado di documentare anche la storia recente del complesso archeologico.

1.1. L’insediamento di Rocca San Silvestro Rocca San Silvestro sorse tra il X e il XI secolo, per volere della famiglia signorile pisana dei conti Della Gherardesca, in un’area in cui non vi sono tracce di preesistenti insediamenti, attestandola al 1004. Dopo questa prima testimonianza scritta abbiamo poche notizie inerenti la vita di Rocca San

Silvestro, che comunque ci permettono di intuire come il castello fosse un importante possedimento per la famiglia dei Della Gherardesca, elencato infatti anche tra i castelli compresi nel contado di Pisa. Inoltre, emerge come fosse anche un punto nevralgico per lo sfruttamento minerario della zona. Infatti, il collocamento in quest’area è da ricondursi alla presenza di ingenti risorse minerarie, soprattutto di minerali piombo-argentiferi e cupriferi, il cui reperimento era finalizzato alla produzione monetaria di Lucca e Pisa, le più importanti città della Toscana centro-meridionale di quell’epoca (Bianchi, 1997). L’area della Val di Cornia infatti, nell’Alto Medioevo, fu soggetta alle politiche espansionistiche di queste due potenti città, che riuscirono a sfruttare e ad avere il controllo sui processi di produzione e sulle principali risorse di queste zone, anche per la mancanza di controllo da parte della ricca sede vescovile di Populonia (Bianchi, 2003).

Fig. 1- Vista generale della Rocca di S. Silvestro Il castello, come riportato in alcuni documenti medioevali, era noto inizialmente con il nome di Rocca a Palmento, denominazione probabilmente derivante dal termine latino “palmentum”, forse collegato alla presenza di una macina che fu rinvenuta nel frantoio sottostante la chiesa di San Silvestro. È proprio dal santo a cui era stata dedicata la chiesa che si deve il nome attuale della Rocca, che fu utilizzato a partire dal XVI secolo, quando era ormai del tutto abbandonata (Francovich, 1991).

L’insediamento della Rocca di San Silvestro si caratterizzò nel tempo per essere un

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fabbrica”, dedito soprattutto al reperimento e alla lavorazione dei metalli e al sostentamento degli abitanti del villaggio. La Rocca di San Silvestro viene considerata come un tipico esempio di insediamento dove il potere signorile investì molto nella creazione di un centro incastellato, finalizzato soprattutto all’estrazione e alla lavorazione dei metalli, dando avvio ad un lungo processo di sfruttamento delle risorse del territorio. Rocca San Silvestro infatti è un centro che deve la sua nascita, il suo sviluppo e il suo declino al lavoro di estrazione mineraria e alle capacità di organizzarlo dei suoi signori (Francovich et al, 1994).

Il castello, quasi interamente realizzato in pietra calcarea estratta direttamente in situ, era strutturato su due livelli: una parte alta di pertinenza signorile, difesa da un possente cassero e da un’alta torre, e un borgo sottostante che si sviluppava concentricamente sui terrazzamenti sottostanti, comprendente anche una chiesa e un piccolo cimitero, il tutto difeso da una lunga cinta muraria (Bianchi, 1997). Nel villaggio, in un’area delimitata e separata dal borgo sono state rinvenute tracce di forni per la lavorazione del rame e del piombo argentifero. La lavorazione del rame, dell’argento e del piombo infatti avveniva all’interno della cinta muraria, mentre all’esterno del circuito murario si svolgeva l’attività siderurgica.

Storicamente è possibile individuare tre grandi periodi costruttivi che caratterizzarono la vita del castello.

Nel primo periodo di vita del castello, tra il X e XI secolo, fu fondato l’insediamento, definendone l’assetto generale, attraverso il tracciamento di una prima cinta difensiva costituita da mura e palizzate, e la fortificazione di un’area alta privilegiata, che dominava un borgo sottostante composto principalmente da abitazioni lignee. L’estensione del villaggio sorto rimase sostanzialmente invariata rispetto a quella che assumerà allo stadio finale del suo sviluppo. Nel secondo periodo costruttivo, tra la fine dell’XI secolo e la prima metà del XIII secolo

l’assetto del villaggio di Rocca San Silvestro fu quasi completamente rinnovato. Questo periodo infatti fu caratterizzato da una profonda riorganizzazione a livello urbanistico e edilizio e da un miglioramento tecnico-qualitativo di quasi tutte le strutture abitative e difensive, grazie alla presenza di maestranze di origine lombarda altamente specializzate. Questo processo fu avviato sotto il controllo e la direzione signorile della famiglia dei Della Rocca, visdomini e comiti dei Della Gherardesca, che subentrarono al loro posto. Nell’area alta vengono realizzate la torre difensiva e la chiesa, con il relativo cimitero. Viene inoltre conclusa la cinta interamente in muratura.

Fig. 2- Portale d’ingresso della chiesa

L’ultimo periodo costruttivo, tra la metà del XIII secolo e la metà del XIV secolo, è quello che si differenzia notevolmente dai precedenti periodi, in quanto si assiste ad una crescita dell’insediamento in maniera disorganica, attraverso interventi di demolizione e di restauro

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degli edifici con tecniche meno accurate rispetto al periodo precedente. La zona abitativa degradò progressivamente e la Rocca di San Silvestro andò incontro ad un progressivo abbandono del sito a causa di molteplici fattori (Bianchi, 1995). 2. Metodologia per il rilievo digitale

Il rilievo della Rocca di San Silvestro si inserisce in un precedente progetto di conservazione, il quale ha predisposto preliminarmente la suddivisione del vasto sito archeologico in tre zone: Lotto 1 (area signorile, chiesa, cimitero, abitazioni ad est e a sud dell’area signorile), Lotto 2 (borgo e mura di cinta) e Lotto 3 (area di estrazione e lavorazione). Ogni lotto è stato in seguito ulteriormente articolato per Unità Tecniche (UT), le quali hanno permesso una più semplice organizzazione del lavoro.

Il rilievo digitale è stato organizzato secondo due tipi di metodologie. Di pari passo al rilievo fotogrammetrico, sia a terra tramite macchina fotografica professionale, sia in volo tramite drone, si sono svolte varie campagne di rilievo laser-scanner.

L’unione fra queste due metodologie ha restituito un dato assolutamente affidabile dal punto di vista della misura e della qualità, ed ha permesso di costruire un vero e proprio database di elaborati, come nuvole di punti, planimetrie e prospetti.

Sugli elaborati ottenuti dai rilievi è stata condotta un’analisi diagnostica dello stato di conservazione delle murature, esaminando dapprima i materiali rinvenuti nel sito e successivamente i degradi riscontrati sulle strutture murarie.

Alle analisi sul materico e sul degrado, si sono connesse le analisi delle deformazioni ed il quadro fessurativo, e a seguire quelle sullo stato dei giunti e delle creste delle murature.

Infine, considerando l’impronta archeologica del sito in questione, e allo scopo di determinare tecniche di intervento idonee e perfettamente compatibili, è stata condotta un’analisi stratigrafica delle murature, sia in elevato che in planimetria, avente come obiettivo quello di individuare la caratterizzazione delle tecniche costruttive murarie e di confrontarle con quelle rilevate nelle precedenti ricerche.

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2.1. Il rilievo laser scanner

Nell’ambito del rilevamento effettuato per la Rocca di San Silvestro è stato utilizzato un laser-scanner Zoller+Fröhlich Imager 5006H, con tecnologia a differenza di fase, attraverso il quale sono state portate avanti tre campagne di rilievo laser-scanner.

Fase fondamentale di ognuna delle tre campagne è stata la registrazione delle circa 200 nuvole di punti acquisite dallo strumento, unificandole in un’unica nuvola di punti comprendente l’intero sito.

Da questa nuvola di punti globale sono state esportate le cosiddette orthoimage, le quali rappresentano lo specchio del dato digitale sotto forma di immagine raster in scala e referenziata secondo un punto d’origine definito dall’utente. Esportate da Leica Cyclone, un software di gestione delle nuvole di punti, le orthoimage relative ad ognuno dei paramenti murari del sito, sono state lucidate in ambiente CAD, andando così a creare le basi vettoriali su cui verranno calibrati successivamente i fotopiani prodotti dal rilievo fotogrammetrico.

Fig. 4- Metodo di acquisizione per il rilievo laser-scanner

2.2. Il rilievo fotogrammetrico

Congiuntamente alle campagne di laser-scanner sono state effettuate, infatti, campagne di fotogrammetria, in numero di gran lunga maggiore rispetto alle prime, impiegando strumentazione professionale.

Per le due tipologie di rilievo fotogrammetrico, a terra ed in volo, sono state utilizzate differenti strumentazioni professionali.

Per il rilievo a terra è stata utilizzata una reflex Canon EOS 1100D, mentre, per il rilievo aerofotogrammetrico, è stato impiegato un drone DJI Mavic Pro.

Dal software di fotomodellazione Agisoft

PhotoScan Pro, sono stati rielaborati i dati delle

campagne di rilievo SfM (Structure from Motion) le quali, basandosi sulle sole fotografie, hanno permesso di creare modelli 3D digitali relativi ad ognuno degli oggetti di studio, in scala e texturizzati. Per giungere al modello finale sono state previste 4 fasi, ognuna delle quali dedicata a un determinato processo fotogrammetrico, fino all’ottenimento dell’orthomosaic, ovvero ciò che in fase di post-produzione diverrà il fotopiano.

Fig. 5- Metodo di acquisizione per il rilievo fotogrammetrico a terra

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2.3. La certificazione del rilievo digitale Come ogni processo scientifico anche il rilievo necessita di una sua verifica e, al fine di ottenere elaborati perfettamente affidabili nella loro composizione, è stato necessario effettuare, prima dell’esportazione delle orthoimage e delle

orthomosaic, un collaudo, o per meglio dire, una

certificazione dell’affidabilità del rilievo acquisito dalle scansioni del laser-scanner e dai dati fotogrammetrici.

Per quanto riguarda la certificazione del rilievo laser scanner, è stato effettuato un controllo sugli errori massimi di disallineamento della nuvola in fase di registrazione, i quali sono stati valutati in relazione alla scala di restituzione degli elaborati che, nel caso di studio, è stata stabilita essere di 1:50. Si è previsto quindi che, per ottenere una certificazione di affidabilità (tenendo conto delle percezioni visive dell’occhio umano e della complessità del sito e delle sue superfici murarie) il rilievo laser-scanner dovesse risultare positivo alla verifica in cui la deviazione massima tra i fili di sezione, nelle parti di nuvola prese in esame, risultasse inferiore o uguale a 15 mm.

Tale validazione è stata svolta tramite il software

Leica Cyclone: una volta posizionati specifici piani

di sezione (orizzontali e verticali), sono state poi analizzate le distanze massime tra 6 punti di controllo presi nelle zone dove le scansioni relative ad ognuna delle tre campagne erano state unite durante la registrazione. In ogni zona di verifica, la certificazione del rilievo è risultata positiva, riscontrando un errore massimo di disallineamento pari a 15 mm.

Per quanto riguarda invece la certificazione del rilievo fotogrammetrico, una volta ottenuto il

modello 3D texturizzato dai processi di fotomodellazione eseguiti dal software Agisoft

PhotoScan Pro, essa consiste nella sua messa in

scala metrica. Il modello risulterà infatti, non orientato secondo alcun sistema di riferimento e, soprattutto, non verrà restituito nella scala desiderata, basandosi essenzialmente su fotografie sprovviste di dati metrici.

Per ovviare a questa criticità si è correlato al rilievo fotogrammetrico quello laser-scanner, associando al modello ottenuto dal software Agisoft PhotoScan

Pro le coordinate di punti omologhi presi sulla

nuvola dei punti restituita rielaborata dal programma

Leica Cyclone.

Referenziare il modello con le coordinate di un rilievo laser-scanner attendibile significa dotarlo, conseguentemente, di una sorta di certificazione di affidabilità.

La messa in scala metrica di ognuno dei modelli è stata svolta anch’essa tramite il software di fotomodellazione, con il quale sono state confrontate le coordinate di 4 punti specifici, definite con una ricerca sommaria degli stessi sulla nuvola di punti. Previa indicazione del livello di affidabilità desiderata, fissata a 5 mm, la verifica ha dato esito positivo nella maggioranza dei casi, con errori massimi di circa 2,5 mm, inferiore a quello relativo al rilievo laser-scanner, in quanto l’errore del fotogrammetrico è stato calibrato sulla base della nuvola di punti verificata in precedenza.

2.4. La restituzione del rilievo digitale Il rilievo effettuato sul sito archeologico della Rocca di San Silvestro è stato strutturato seguendo un iter metodologico che ha visto come obiettivo finale la sua restituzione grafica e

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digitale, prestando particolar attenzione nella redazione di elaborati a fil ferro e fotopiani delle principali parti che lo compongono.

In particolare per questo lavoro di ricerca è stato restituito innanzitutto il rilievo della planimetria generale nella sua interezza, e sulla base di questo è stato poi approfondito il rilievo dei paramenti murari di una parte del Lotto 2 e di una del Lotto 3, delle quali sono state analizzate in dettaglio alcune Unità Tecniche (UT9 e UT10), relative alle cinta muraria d’ingresso e le abitazioni che vi si addossano, elaborandone restituzioni grafiche in scala 1:50 comprendenti: fil di ferro, fotopiano, analisi diagnostiche e stratigrafiche.

3. Conclusioni

Attraverso questo lavoro di ricerca si è cercato di mettere in luce l’importanza di conoscere e studiare in maniera approfondita il sito archeologico della Rocca di San Silvestro,

tramite la restituzione del suo rilievo, al fine di creare una documentazione spendibile per la conservazione dell’immagine del sito e per la sua salvaguardia e valorizzazione.

Avere una documentazione basata su dati qualitativi e quantitativi ottenuti attraverso il rilievo, è la base conoscitiva e la guida operativa per possibili interventi di restauro da realizzare. È di fondamentale importanza inoltre, che i dati ottenuti dal rilievo digitale siano facilmente fruibili attraverso l’utilizzo di software specificatamente progettati per contenere e gestire elaborati di tipo grafico, fotografico e testuale.

Notes

S. Bertocci ha redatto il capitolo 1; A. Lumini ha redatto i capitoli 2 e 3.

Fig. 7- Restituzione del rilievo della planimetria generale del sito archeologico della Rocca di San Silvestro

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References

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