L'indagine diagnostica strutturale

Tutti i cicli di recupero di un materiale o di una parte degradata, non solo in campo strutturale, devono essere adeguatamente indagati prima di procedere alla definizione del ciclo e della tecnica ottimale. Non va mai dimenticato, infatti, che un buon risultato di un ciclo di recupero non dipenderà tanto dalla qualità del materiale utilizzato, ma dalla qualità del materiale utilizzato applicato su una struttura o un componente. E quindi l'interazione tra di loro, le tensioni e le deformazioni presenti tra supporto e ciclo applicato. In questa scheda tecnica, saranno illustrati i principali strumenti di verifica diagnostica strutturale.

Il carotaggio consiste nell'estrazione in situ di campioni da analizzare successivamente in opera o in laboratorio. Può essere eseguito su strutture in calcestruzzo, oppure in mattoni, murature e supporti in genere da 80 o 100 mm di diametro, mediante una carotatrice elettrica dotata di corone diamantate di diametro 80 - 150 mm ai fini di verificare in laboratorio, mediante prova a schiacciamento, la resistenza cilindrica del materiale, oppure prove per determinare omogeneità, massa volumica, prove di permeabilità o di gelività, profondità di carbonatazione, prove chimiche. Oppure solo per verificare la stratigrafia del sistema prelevato.

Quando necessario è possibile estrarre campioni con diametro inferiore, es. 50 mm (c.d. micro carote), per limitare il danneggiamento della superficie da indagare.

Prove su calcestruzzo

(si possono notare le carote Ø 150 mm, micro carote Ø 50 mm)

Estrazione di carota da Ø 100 mm su pavimentazione esterna delaminata

Verifica della stratigrafia di un pavimento mediante carotaggio

Pull Off. Prova di strappo superficiale che permette di verificare la coesione del materiale indagato o l'adesione degli strati presenti. Viene incollato sulla superficie un dischetto di prova e successivamente viene applicato un carico crescente fino al suo distacco dalla superficie, rilevando il valore di carico massimo e la modalità di rottura della parte interessata dalla prova (rottura adesiva, coesiva, mista, ecc.).

Pistola Windsor. La sonda di Windsor è un metodo di prova semidistruttiva, che sparando un chiodo nella struttura di calcestruzzo con una spinta predeterminata ne permette di stimare la resistenza in opera in relazione alla profondità di infissione; la resistenza del calcestruzzo, quindi, viene stimata in rapporto alla profondità di infissione del chiodo.

Pull Out. La prova di estrazione Pull Out è un metodo di analisi di tipo semidistruttivo, utilizzata prevalentemente in campo strutturale. La resistenza del calcestruzzo in sito, viene determinata mediante la misurazione della forza necessaria per estrarre un inserto metallico, inserito in apposito foro realizzato nel calcestruzzo.

Prova di estrazione Pull'Out

(cono di rottura)

Il monitoraggio delle fessure mediante vetrini o fessurimetri. Il controllo e il monitoraggio delle lesioni consente di valutare se il quadro fessurativo che caratterizza l'edificio e, conseguentemente, le sue condizioni statiche, è fermo oppure in evoluzione; consente inoltre di verificare i movimenti delle stesse per valutare il miglior sistema di risanamento da utilizzare in fase di recupero (es. giunti). Il metodo storicamente utilizzato è quello di applicare dei vetrini a cavallo della fessura e controllarne l'evoluzione. Se il vetrino non si romperà il sistema è stativo e senza deformazioni, e viceversa. Un sistema sempre molto pratico ma certamente più tecnico è quello di applicare dei fessurimetri millimetrati. In tal modo si può controllare anche il tipo di movimento e la sua ampiezza nel corso del tempo.

Fessurimetro con reticolo millimetrato

Il deformometro. Per una misurazione più accurata degli spostamenti che avvengono tra i lembi delle fessure si può utilizzare un deformometro. In primo luogo si applicano due basette di riferimento in materiale indeformabile alle variazioni di temperatura e umidità sui lati della lesione e ad intervalli prestabiliti di tempo si verifica la distanza con lo strumento, con una precisione di 0,01 mm. Posizionando inoltre una terza basetta si potrà monitorare anche lo spostamento in direzioni differenti.

Controllo delle misure con il deformometro

I sistemi sopra riportati permettono di effettuare un monitoraggio statico del quadro fessurativo. Per edifici o strutture importanti, o nel caso sia utile utilizzare un sistema di verifica continua delle fessure, si potrà utilizzare un sistema abbinato a trasduttori wireless di spostamento abbinati al sistema di verifica, che permetteranno di memorizzare in continuo le deformazioni in tempo reale inviandole ad una centralina o scaricandoli in remoto.

Deformometro con trasduttori per il monitoraggio in continuo

Utilizzando il georadar, che sfrutta le riflessioni delle onde elettromagnetiche, è possibile caratterizzare l'elemento in calcestruzzo o componente indagato (barre d'armatura, orditura dei solai, stratigrafia e difetti, spessori, vuoti, ecc.) evitando dispendiosi scavi e saggi distruttivi.

Il georadar è uno strumento che permette di condurre un'indagine non invasiva, sfruttando il fenomeno della riflessione di onde elettromagnetiche trasmesse nel mezzo oggetto d'indagine, quale strutture, sottosuolo, (sottosuolo e strutture). L'antenna inserita nel georadar viene fatta scorrere sulla superficie e quando incontra una discontinuità (materiali diversi, fratture, cavità, disomogeneità ecc) rileva l'onda riflessa. In tal modo gli impulsi vengono raccolti e trasmessi ad un'unità di elaborazione.

Verifica di una parete con Georadar

Verifica di una copertura con georadar

Un' ulteriore indagine approfondita è rappresentata dalle indagini ultrasoniche che si basano sulla velocità con la quale le onde attraversano un solido. La prova consiste nel misurare il tempo impiegato dalle onde per attraversare il mezzo compreso tra il trasmettitore ed il ricevitore. Dalla verifica della velocità di propagazione si potranno determinare le caratteristiche del materiale, quali resistenze meccaniche, discontinuità nella sezione (calcestruzzo, murature, ecc.) qualità di interventi di ripristino o consolidamento.

Verifica con ultrasuoni di un pilastro in calcestruzzo

Il metodo con ultrasuoni abbinato alla prova con sclerometro (metodo SONREB) permette di meglio determinare la resistenza del calcestruzzo. Correlando, mediante formule sperimentali, il valore ottenuto con lo sclerometro e la velocità media di propagazione delle onde ultrasoniche si ottengono dati ancor più attendibili.

Il monitoraggio dinamico di una struttura si basa sull'acquisizione di dati e l'analisi di segnali provenienti da vibrazioni naturali o indotte mediante accelerometri tri-assiali installati in particolari punti della struttura. Il sistema di verifica permette di determinare i modi di vibrare e le frequenze proprie della struttura, grazie alle quali potrà essere calibrato il modello di calcolo strutturale, ottenendo in tal modo una riproduzione attendibile del comportamento reale del manufatto sottoposto ad un input sismico.

Grafici di risposta vibrazionale

Le indagini con martinetti piatti utilizzano piastre metalliche che permettono di mettere in pressione la parte di muratura testata mediante una pompa oleodinamica, verificando gli spostamenti ottenuti, e possono essere eseguite con elemento singolo o doppio. Il martinetto singolo permette di determinare lo stato di sollecitazione a compressione esistente su una porzione di muratura, mentre l' indagine con doppio martinetto piatto, è una prova a compressione in situ della porzione muraria posta tra i due martinetti permettendo in tal modo di determinare la resistenza a rottura e del modulo elastico della muratura.

Prova con martinetto piatto doppio su muratura

Il metodo consiste nella misura della differenza di potenziale elettrico esistente tra un polo positivo (costituito da un contatto diretto con l'armatura) e un polo negativo (costituito da un elettrodo di misura appoggiato, per esempio, sulla superficie di calcestruzzo). La prova permette di ottenere una mappatura dei livelli di corrosione delle armature dell'elemento indagato.

È possibile, inoltre, utilizzare anche un metodo di controllo non distruttivo, l'indagine magnetoscopica, che sfrutta le proprietà ferro-magnetiche di alcuni materiali di lasciarsi magnetizzare e quindi di trasmettere il flusso magnetico che si tradurrà in un addensamento della polvere magnetica applicata in corrispondenza del flusso disperso; permettendo di rilevare l'eventuale presenza di discontinuità superficiali e sub-superficiali (cricche o difetti) sui pezzi esaminati.

Altre prove utili possono essere il prelievo di uno spezzone di almeno 45 cm di armatura e sottoporre il campione a prova di trazione in laboratorio, determinando i valori di resistenza a snervamento e rottura dell'acciaio; oppure la prova con liquidi penetranti che mette in risaldo eventuali discontinuità superficiali del materiale, utile, ad esempio, per verificare la qualità delle saldature, evidenziando eventuali cricche e porosità.

Verifica del potenziale elettrico nei ferri d'armatura

Le prove di carico possono essere eseguite tramite martinetti idraulici, serbatoi ad acqua e mezzi pesanti, a seconda della tipologia di elemento da indagare. Nei solai permette di verificare il carico massimo di esercizio, verificando la freccia massima del solaio e l'entità delle deformazioni nelle varie e progressive modalità di carico.

La prova di carico statica con martinetti idraulici si esegue su elementi orizzontali da collaudare o su cui è necessario misurare la capacità portante. La prova consiste nell'applicazione graduale di forze concentrate attraverso uno o più martinetti oleodinamici opportunamente contrastati alle strutture superiori al fine di determinare, attraverso delle forze concentrate su una superficie limitata di spinta, lo stesso momento massimo dovuto al carico distribuito. La prova può essere condotta su solai, su piastre, su pali, ponti e viadotti.

Prove di carico e verifica della deformazione del solaio

La prova di carico statica con serbatoi d'acqua si esegue su elementi orizzontali da collaudare o su cui è necessario misurare la capacità portante. La prova consiste nel progressivo riempimento d'acqua di specifici serbatoi flessibili posati all'estradosso del solaio; l'applicazione del carico sull'elemento indagato è graduale e crescente fino a raggiungere il momento massimo previsto (o il taglio massimo in caso di verifica degli appoggi). La rilevazione delle frecce viene effettuata in tempo reale in almeno otto punti dell'elemento di prova.

Serbatoi riempiti d'acqua per la prova di carico sul solaio

S. Bufarini - V. D'Aria - D. Squillacioti, Collaudo statico. Prove di carico su solai ed impalcati, EPC, 2013

P. Cicchiello, Diagnostica strutturale. Dalla diagnosi all'intervento secondo le norme tecniche per le costruzioni, Maggioli, 2010

S. Bufarini - V. D'Aria - R. Giacchetti, Il controllo strutturale degli edifici in cemento armato e muratura Copertina flessibile, EPC, 2010