Approccio tecnologico per la sicurezza sismica dei sistemi costruttivi dell’edilizia storica

La diagnostica è la componente principale del processo di analisi in quanto costituisce il punto di partenza per la valutazione delle condizioni di sicurezza strutturale oltre che per la individuazione delle patologie e della vulnerabilità. Legato a quello di conservazione è il concetto di durabilità che è elemento fondamentale per la migliore programmazione nel tempo degli interventi in funzione di un moderno criterio restaurativo. La conoscenza dei materiali è il secondo aspetto che cura la relazione. Infatti, è opportuno considerare le caratteristiche materiche degli elementi di base ai fini dell’individuazione dei più coerenti interventi di restauro. Occorre approfondire i componenti edilizi quali le malte, gli elementi lapidei naturali ed artificiali, le parti in legno per adottare altri materiali per il restauro compatibili con le caratteristiche di quelli presenti. A tal fine occorre analizzati anche i metodi di indagine per il conglomerato cementizio che manifesta il valore di durabilità più basso rilevabile nell’edilizia storica. Infine, viene considerato il sistema tecnologico come valutazione dell’assemblaggio dei materiali in un sistema costruttivo costituendo la parte più pregnante dell’indagine diagnostica. 

Le indagini applicabili al sistema tecnologico hanno visto parallelamente lo sviluppo di analoghe sui materiali. Tale tipo di analisi risulta di grande importanza perché scende nel dettaglio della composizione e riesce spesso a dare motivazioni che sono alla base dei fenomeni di degrado rilevabili. Ad esempio, decisamente importante e consigliabile ai fini della valutazione della resistenza residua di un’opera edilizia conoscere la composizione di una malta. In particolare tale procedura è estremamente significativa per i siti archeologici. Il prelievo di campioni è assolutamente non invasivo e procura nessun danno alla struttura data la esiguità dei campioni stessi. Le informazioni che si possono ricavare possono fornire indicazioni precise per individuare il motivo di abbassamento della soglia di sicurezza strutturale come indicato, ad esempio, per le murature della colonia greca di Velia nel Cilento, dove i campioni di malta sottoposti ad indagine rivelarono, oltre i componenti, la mancanza del legante dovuta all’azione simultanea di un dilavamento costante e dalla accertata presenza di materiale vegetale nella miscela. Le indagini possibili sulle malte possono essere di tre tipologie fondamentali quali le analisi strumentali, termiche e chimiche. Inoltre, le analisi sulle malte ancora presenti e la conoscenza del tipo di elemento lapideo adoperato per la costruzione indica le caratteristiche che dovranno avere le nuove malte poste in opera per il restauro in funzione della compatibilità pietra-legante.     

Per gli stessi fini di indagine si segnala l’uso dei principi fisici alla base dell’effetto foto-acustico in sinergia con la spettroscopia FT-IR. I vantaggi che si sono riscontrati consistono nella possibilità di misurare spettri di assorbimento direttamente su polveri o su agglomerati. La tecnica è ideale per l’analisi di manufatti lapidei in cui spesso i campioni da analizzare si presentano in forma di polveri o agglomerati. In particolare, lo studio tende alla caratterizzazione delle malte di allettamento usate per la costruzione di edifici storici senza escludere la analisi infrarossa delle malte stesse per stabilirne l’eventuale degrado, le proprietà idrauliche o la provenienza. L’analisi dell’assorbimento infrarosso, infatti, consente l’identificazione di specie molecolari presenti nel campione che porta ad una approfondita caratterizzazione della malta. Allo stesso modo si possono effettuare indagini molto precise, di tipo archeometrico, sui rivestimenti e le pavimentazioni a mosaico. Interessante ed estremamente significativa l’analisi condotta, agli inizi degli anni duemila, sulle tessere dei mosaici del battistero di San Giovanni a Canosa di Puglia, del VI secolo, per individuare le motivazioni e le cause dello stato di degrado. Oltre alla conoscenza diretta dei componenti costituenti i vari elementi del mosaico si individuò una limitatissima zona in cui le tessere stesse erano state realizzate con materiale da riciclo al contrario della grande maggioranza realizzata da pietra locale di tipo sedimentario e metamorfico. Tale indicazione ha consentito di poter usufruire di materiale facilmente reperibile per i necessari interventi di restauro e protezione. 

Per quanto riguarda le indagini sulle strutture lignee si può affermare che esse sono articolate in due fasi: indagine visiva, o di primo livello, e indagine strumentale, o di secondo livello. La prima con lo scopo di valutare le condizioni originarie di ciascuna membratura e le variazioni intercorse durante la vita della struttura stessa tramite l’individuazione delle specie legnose e soprattutto un approfondito esame dei principali difetti macroscopici (nodi, deviazione della fibratura, cretti di varia origine, tasche di resina, cipollature, tarlature, deformazioni da ritiro) riportati su un opportuno grafico di rilievo. La fase successiva consiste nella valutazione delle proprietà meccaniche, dello stato di conservazione e delle alterazioni subite dal materiale nel tempo che non è possibile stimare a vista; risulta essenziale in tutti i casi in cui è necessaria un’ispezione della parte interna degli elementi. Le tecniche utilizzate ai fini dell’analisi dello stato di conservazione dei manufatti lignei sono ormai consolidate, mentre  risultano di difficile definizione procedure di identificazione dei parametri meccanici, attraverso indagini non distruttive, che garantiscano un soddisfacente livello di affidabilità dei risultati. In generale si può affermare che sul materiale legno è opportuno utilizzare più tecniche di indagini non distruttive data la mancata codificazione delle varie prove. 

Per quanto riguarda le prove più recentemente adottate per la protezione sismica esse riguardano sia le indagini per le strutture murarie che in conglomerato cementizio armato. Per quanto riguarda queste ultime già da un decennio si è fatta strada, sulla scorta delle tecnologie applicate alle scienze fisiche, la metodologia basata su sensori di deformazioni statiche e dinamiche per i controlli non distruttivi e i sistemi per il monitoraggio nelle nuove strutture. Per quanto riguarda la prima i nastri di materiali magnetoelastici hanno visto in epoca recente un avanzamento nelle prestazioni per applicazioni in sensoristica. Un nastro magnetoelastico è in grado di deformarsi in funzione di un campo magnetico e, all’inverso, di mutare il suo stato di magnetizzazione a seguito di una deformazione. Il dispositivo, con tecnologia wireless, prevede il posizionamento di un certo numero di sensori magnetoelastici in onde risonanti in determinati punti della struttura per consentire di monitorare la la struttura stessa controllando nel tempo lo stato di deformazione e lo stato tensionale. I sensori possono essere applicati all’esterno della struttura nel caso di edifici esistenti o inglobati nel getto nel caso di edifici o strutture ex novo. Una possibilità è quella di dotare i sensori della capacità di inviare uno specifico segnale di allarme nel caso di superamento dei limiti di sicurezza calcolati. 

Altra indagine innovativa è la tomografia sonica. La prova rappresenta la naturale evoluzione della SONREB.  In tale tecnica, infatti, i sensori emettono un’onda ultrasonica che viene rilevata nella faccia opposta della struttura stessa dopo averla attraversata longitudinalmente. Misurando il tempo di attraversamento dell’onda si ottiene un valore di velocità media del mezzo che può contenere zone a minore densità, quali vuoti o nidi di ghiaia. La differenza con la SONREB consiste nel fatto che i segnali sono emessi da più sorgenti e vengono acquisiti da più ricevitori disposti in modo tale da effettuare un elevato numero di misure del tempo di transito dei segnali che caratterizzati da percorsi a diversa inclinazione si incrociano su sezioni piane della struttura. Ovviamente le differenti sorgenti vengono fatte agire una alla volta. In tal modo si ottengono delle misure corrispondenti a “raggi” d’onda che coprono il più possibile la struttura in esame. 

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