Le verifiche in opera e in laboratorio sui fenomeni di degrado

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, proseguirà l'illustrazione dei principali strumenti di verifica diagnostica strutturale e non.

Mediante un dinamometro è possibile verificare il valore di aderenza e/o la resistenza a trazione del supporto o del materiale applicato su di esso.

Dopo aver incollato un dischetto di alluminio di diametro 50 mm (corrispondente a una superfici di circa 20 cm2), viene applicata sullo stesso una forza progressiva misurata in KN, ottenendo il valore direttamente in MPa.

In ogni caso, la rottura avverrà nel punto più debole del sistema.

Verifica con dinamometro

L'indagine tramite endoscopio, su murature attraverso fori di diametro ridotto appositamente eseguiti o in lesioni o cavità esistenti, permette di caratterizzare i materiali, la stratigrafia e l'omogeneità del paramento murario, oppure definire la sua sezione o la presenza di eventuali discontinuità.

L'endoscopio è costituito da una telecamera collegata ad un cavo flessibile che consente di visionare in profondità murature, elementi, lesioni, ecc., registrando le immagini o un filmato e permettendo in tal modo di ispezionare zone altrimenti inaccessibili.

Indagine endoscopica in una muratura

La prova sclerometrica consiste nel far penetrare, grazie ad una battuta calibrata, un ago particolare nell'elemento ligneo. In base alla profondità di penetrazione dell'ago possono essere stimate le caratteristiche meccaniche del legno tramite curve di correlazione.

La prova resistografica permette di individuare le variazioni di densità tra legno sano e quello decomposto (ad esempio quello presente all'interno dell'elemento) e di effettuare una diagnosi delle aree di decadimento interno dell'elemento sottoposto ad analisi. Il metodo utilizza lo strumento Resistograph che permette di indagare le zone degli elementi lignei non ispezionabili visivamente.

Per una più completa valutazione dell'indagine tali metodi dovranno essere abbinati anche a prelievi di piccoli campioni di legno e prove frattometriche atti a determinare la specie legnosa e lo stato di danneggiamento da parte di insetti e/o funghi. Anche l'indagine ultrasonica può aiutare in tale tipo di verifiche.

Prove con strumento Resistrograph

La termografia è una tecnica di rilevamento effettuata tramite l'acquisizione di immagini nel campo dell'infrarosso e si basa sulla emissività radiante dei vari materiali: infatti, un materiale sottoposto alla esposizione ad una fonte di calore, emette delle radiazioni termiche in funzione delle sue caratteristiche chimico fisiche e la termografia identificherà le varie situazioni che verranno evidenziate sullo schermo con colorazioni differenti.

Con l'ausilio di una strumentazione termografica, costituita da una telecamera e da un elaboratore dello spettro termografico è possibile leggere l'infrarosso dell'immagine reale, restituita attraverso uno spettro cromatico variabile dal blu al bianco in funzione delle varie temperature del supporto, permettendo di identificare, ad esempio, la presenza di ponti termici.

Nel campo del restauro la termografia consente anche di individuare le differenze tra i vari materiali e gli elementi sottostanti non visibili ad occhio nudo come differenze nelle murature, distacchi, tamponature, archi, risarciture, tubi, scarichi, elementi annegati nella muratura.

Poiché l'emissività radiante dipende anche dal contenuto d'acqua presente nella zona indagata, la termografia può essere utilizzata anche per indagare possibili perdite.

La misurazione delle condizioni termo-igrometriche di un materiale o ambientali sono di estrema importanza, in abbinamento alle altre prove diagnostiche, per calibrare le suddette prove o per valutare le condizioni esistenti prima di procedere all'applicazione di un ciclo di recupero o protettivo.

Il termometro a contatto oppure un termometro laser permette di verificare (il secondo anche a una certa distanza) la temperatura superficiale dell'elemento e fornire le prime indicazioni (magari da approfondire in seguito mediante termocamera).

Le penne registratrici per temperatura o umidità permettono di rilevare in continuo le variazioni termiche ed igrometriche, lasciando una traccia completa nelle 24 ore delle condizioni monitorate. La chiavetta USB ne permette la facile restituzione su computer.

L'anemometro è uno strumento che permette di rilevare le condizioni e la velocità del vento. Può essere dotato di una sonda flessibile che permette di verificare anche i flussi d'aria per valutare gli affetti della ventilazione (ad esempio, nelle pareti ventilate) di condotti o tubazioni di ventilazione, permettendo di registrare i dati rilevati.

Termometro laser

Penne registratrici USB

Verifica della ventilazione di un condotto mediante anemometro

La misura dell'umidità può essere effettuata con diverse metodologie più o meno accurate, più o meno invasive.

Lo strumento più semplice è l'igrometro elettrico a contatto, che permette di eseguire delle misurazioni molto rapide utilizzando la differenza di potenziale presente tra i due elettrodi finali indissi nel materiale da indagare.

La lettura del valore avviene utilizzando delle tabelle indicative relative ai vari materiali. Tale apparecchiatura è sconsigliata quando la precisione del valore da determinare deve essere importante e selettiva (ad esempio, rispetto a successive applicazioni).

L'igrometro a carburo di calcio è molto più preciso in quanto agisce direttamente sulla quantità esattamente presente nel materiale indagato. Il principio è molto semplice, viene estratto un campione di materiale e pesato esattamente. Successivamente viene messo in un contenitore di acciaio e messo a contatto con delle fialette di carburo di calcio, il quale reagisce con l'acqua presente producendo acetilene.

Il gas sviluppato aumenta la pressione del contenitore, misurata con manometro, e premette di identificare con buona precisione il reale contenuto di acqua presente.

Altro sistema è quello di laboratorio, portando il campione in stufa a 105° C e verificando la perdita di peso del campione. In certi casi apporre un semplice foglio di polietilene sulla superficie permette di verificare la presenza o meno di goccioline di condensa tra foglio e supporto, indicando in tal modo la presenza di umidità.

Verifica dell'umidità con igrometro elettrico a contatto

Verifica dell'umidità con metodo al Carburo di calcio

Le prove in opera ottimali devono essere possibilmente molto pratiche. I tubi di Kastens rispondono a questo requisito n quanto sono di facile applicazione in situ.

Si tratta di applicare sulla superficie dei tubi graduati, sigillati alla parete per evitare perdite anomale.

Successivamente vengono riempiti con acqua e si misura l'abbassamento del livello nel tempo.

Tubi di Kastens applicati sulla parete per la verifica dell'assorbimento di acqua

Nel corso dell'indagine diagnostica è possibile effettuare un prelievo di campioni mediante l'ausilio di una piccola carotatrice o con mezzi manuali.

Il campione, sigillato e classificato, potrà essere utilizzato in laboratorio per eseguire tutte quelle indagini finalizzate alla determinazione, in termini qualitativi e quantitativi, delle sue caratteristiche fisiche, chimiche e meccaniche.

Analisi chimica dei materiali: permette di determinare la concentrazione dei principali elementi costituenti il campione che, dopo opportuna preparazione mediante un processo di frantumazione, viene sottoposto a prove chimiche e mineralogiche e termo gravimetriche in laboratorio.

Analisi delle efflorescenze e dei sali: alcuni sali possono portare ad azioni distruttive dei vari materiali costituenti l'edificio, calcestruzzo, mattoni, intonachi, ecc. La loro presenza può essere evidente, sotto forma di efflorescenze superficiali, oppure all'interno della matrice del manufatto. In ogni caso la loro verifica qualitativa e quantitativa potrà essere indagata mediante prelievi in situ e successiva analisi chimica da effettuarsi in laboratorio secondo le normali procedure di indagine. I cloruri ed i solfati sono considerati tra i più dannosi.

Analisi chimica cloruri: la determinazione della concentrazione di ioni di cloruro nel calcestruzzo, consente di valutare il rischio della conseguente corrosione delle barre di armatura. Essa può essere dovuta all'uso dei sali antigelo sulla struttura in esame, oppure a causa dell'ambiente (zone marine) o insita nella fase di produzione dei materiali utilizzati (es. calcestruzzo).

Analisi chimica solfati: normalmente nei materiali contenenti cemento come legante (ad esempio nelle strutture in calcestruzzo) è sempre presente una certa quantità di solfati. Il contenuto può tuttavia aumentare successivamente in modo pericoloso a causa di azioni espansive dovute ad attacco solfatico che può essere interno o esterno (es. ambiente salmastro, terreni solfatici, acqua di mare).

Efflorescenze di una muratura in mattoni

Prove fisico-meccaniche: tali prove possono essere utilizzate per caratterizzare le prestazioni del materiale prelevato e sono molteplici. Le più ricorrenti sono: determinazione della massa volumica, porosità, resistenza meccanica a compressione, resistenza meccanica a flesso trazione, permeabilità ai liquidi, resistenza al gelo, modulo elastico,ecc.

Tali dati sono importanti per determinare la qualità del materiale o la diminuzione della stessa nel caso di patologie, la resistenza meccanica per le valutazioni strutturali dell'edificio o della struttura.

Prova di compressione su carota cilindrica

Pressa oleodinamica per la verifica della resistenza a compressione su provini cubici

Le indagini di laboratorio eseguite con mezzi ottici permettono di indagare nell'intimo del campione tutte le caratteristiche qualitative, petrografiche e compositive impossibili da riconoscere ad occhio nudo.

La verifica può variare da pochi ingrandimenti 5 – 100 X (del microscopio ottico o dello stereo microscopio) fino ai 50-100.000 del microscopio elettronico a scansione (SEM).

Sezione lucida di un campione da analizzare al microscopio ottico

Indagine di un frammento al microscopio elettronico a scansione (SEM)

In abbinamento alle varie metodiche d'indagine sono a disposizione del tecnico anche strumenti di supporto che permettono di indagare l'insieme con rilevazioni a 3 dimensioni, consentendo una reale ricostruzione tridimensionale dell'insieme indagato, e delle possibili sue evoluzioni nel tempo.

Altro utile sistema di verifica dall'alto può essere l'impiego di un drone munito di fotocamera o video, che permetterà di indagare dall'alto la situazione generale o particolare, utile in caso di zone o punti non accessibili o pericolosi.

Infine può essere utile una rilevazione satellitare, che permette di verificare gli eventuali spostamenti di un edificio o un componente, grazie al suo controllo eseguito mediante satellite, con precisioni anche solo di 1-2 cm.

Verifica generale dall'alto mediante drone

Fabrizio Montagna, Termografia edile, ed. Maggioli 2012

Gianluca Luoni, La termografia nella individuazione di patologie da umidità e ponti termici, ed. Sandit libri, 2012