La sicurezza delle strutture in c.a. attraverso la conoscenza del suo materiale: le possibili tecniche d'indagine

Ci siamo mai chiesti se, a valle di una costruzione progettata e realizzata a regola d’arte dal punto di vista degli elementi strutturali, il materiale che la compone è altrettanto prestante e rispondente ai dettami normativi? 

Se immaginiamo la progettazione e la realizzazione di una struttura come le due tappe principali di un lungo cammino, possiamo definire la valutazione dell’idoneità meccanica dei materiali da costruzione come il primo passo da compiere all’inizio di entrambe le fasi.

È, infatti, di fondamentale importanza determinare, in fase di progettazione, le caratteristiche dei materiali che si vogliono utilizzare in quanto, a valle di ciò, in funzione dei carichi considerati, verranno poi definite le caratteristiche geometriche. Ma, una buona progettazione non garantisce l’immunità dal problema di materiali con scarse caratteristiche meccaniche; è, infatti, necessario assicurarsi anche una perfetta qualità realizzativa, in quanto la qualità dei materiali stessi potrebbe essere alterata anche durante la loro fase di preparazione e/o di messa in opera.

E la manutenzione strutturale?

Per avere garanzia di sicurezza, a seguito di una perfetta progettazione e realizzazione dei materiali, è fondamentale considerare, come ultima cosa, e non per importanza, che i materiali da costruzione sono soggetti a deterioramento nel tempo.

I materiali da costruzione: un primo passo verso la sicurezza

La conservazione delle caratteristiche meccaniche e fisiche dei materiali di una struttura viene definita durabilità. 

Tra i materiali più utilizzati in Italia per le costruzioni si hanno le pietre e il cemento armato. La pietra, intesa come materiale da costruzione, ha una velocità di degrado molto bassa; un fattore importante che ne influenza la durabilità è la compattezza e cioè il numero di pori che la pietra presenta: minore è la porosità e maggiore è la resistenza e quindi la durabilità. 

La durabilità delle strutture in cemento armato, invece, viene stabilita dalla loro vita nominale, definita come il numero di anni nei quali queste, purché soggette alla manutenzione ordinaria, devono poter essere usate per lo scopo al quale sono destinate.

Questo non vuol dire che al termine di tale durata l’edificio si disintegrerà, ma che nelle previsioni progettuali, se le condizioni ambientali e d’uso sono rimaste nei limiti previsti, non prima della fine di detto periodo saranno necessari interventi di manutenzione straordinaria per ripristinare le capacità di durata della costruzione. Per opere ordinarie la vita nominale considerata è ≥ 50 anni. 

Detto ciò, quanto siamo sicuri che la nostra casa abbia materiali con caratteristiche meccaniche adatte a sopportare i carichi a cui sono soggetti e che, se così fosse, questi non abbiano perso negli anni alcune loro caratteristiche prestazionali? 

Nessuno può darci questa sicurezza se non delle apposite indagini eseguite da professionisti del settore atte a valutare proprio la resistenza dei materiali e il loro stato di degrado.

L’importanza della qualità dei materiali è ribadita anche dalle Nuove Norme Tecniche ed è fatto obbligo al progettista che opera sulle costruzioni esistenti di accertarne le effettive caratteristiche. Infatti, anche nel caso più favorevole che siano disponibili gli elaborati progettuali e i certificati delle prove sui materiali acquisiti durante la costruzione, le Norme stabiliscono che non si può far completo affidamento a quei valori, ma occorre effettuare anche delle verifiche sperimentali. La necessità di determinazioni sperimentali delle caratteristiche dei materiali aumenta, ovviamente, quando sono scarse o nulle (come peraltro sovente accade) le informazioni documentali disponibili.

In queste pagine ci occuperemo esclusivamente del riconoscimento delle caratteristiche meccaniche del cemento armato, con riferimento alle più consolidate tecniche di indagine e alle attività (preliminari) di impostazione delle prove e (conclusive) di interpretazione del risultato adottate dalla società Indagini Strutturali srl.

Il riconoscimento sperimentale delle caratteristiche del cemento armato

Le cause di degrado nel cemento armato sono molteplici e divisibili in tre grandi famiglie: degrado meccanico indotto da urti, erosioni, sovraccarichi strutturali, assestamenti, degrado fisico dovuto a cicli di gelo e disgelo, variazioni termiche e degrado chimico causato da agenti aggressivi presenti nell’atmosfera.

Per qualificare il cemento armato sono disponibili diverse metodologie di prova. Queste possono ricondursi a due classi principali:

• Prove (o indagini) dirette. Sono prove che accertano il parametro di resistenza di interesse. Le prove di tipo diretto sono quelle di estrazione di carote di calcestruzzo con successivo schiacciamento in laboratorio o di estrazione di barre di armatura con successiva prova di trazione; mediante queste si individuano rispettivamente la resistenza a compressione del calcestruzzo e la resistenza a trazione dell’acciaio.

• Prove (o indagini) indirette. Sono prove che accertano un parametro diverso da quello ricercato (ad esempio, la velocità di trasmissione di una perturbazione meccanica o un certo tipo di resistenza a trazione); infatti, al fine di ottenere le grandezze d’interesse (resistenza a compressione e/o a trazione) è necessario eseguire apposite operazioni di correlazione; sono esempi di prove di tipo indiretto gli ultrasuoni, le battute sclerometriche, le prove di pull-out (per il calcestruzzo) e le prove durometriche (per l’acciaio).

Sulla scorta di queste definizioni è necessario specificare che a monte della caratterizzazione di un cemento armato è necessario fare un dettagliato piano d’indagine che è opportuno che sia condiviso tra il Progettista e la Società esecutrice dei rilievi sperimentali.

Le prove dirette costituiscono il riferimento principe dell’indagine e sono definite dalla Norma come lo strumento principale per determinare la resistenza a compressione del calcestruzzo e quella a trazione delle barre di armatura. 

Il piano di indagine prevede pertanto (obbligatoriamente), un certo numero di prove dirette il cui impiego va tuttavia limitato, per quanto possibile, in considerazione dell’impatto che comportano sulle strutture (l’asportazione di un provino cilindrico di calcestruzzo o di una barra di armatura dagli elementi portati della struttura) e al loro elevato costo e tempo di esecuzione. Ad affiancare queste vengono programmate anche un certo numero di prove indirette caratterizzate dall’essere poco invasive e dall’essere più convenienti in termini di tempo e costi. L’utilizzo delle prove indirette, grazie a calibrazioni ad hoc con i risultati ottenuti dalle prove dirette, permette, quindi, di analizzare parecchi elementi ed avere risultati molto più dettagliati.

Definire un Piano di Monitoraggio: ecco come procedere

La definizione di un piano di monitoraggio si articola nelle seguenti fasi:

• Definizione dei parametri di comportamento strutturale che occorre ricercare.
• Individuazione delle tecniche di monitoraggio più idonee allo scopo. 
• Scelta delle tecniche di indagine. 

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Di seguto la descrizione delle diverse TECNICHE DI INDAGINE 

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