Durabilità di un'infrastruttura in acciaio: le ispezioni in servizio e i criteri per la loro pianificazione

In questo articolo dopo una breve panoramica sui più comuni difetti delle strutture in acciaio, si tratterà il tema delle ispezioni durante il loro periodo di servizio approfondendone i criteri per pianificarle.

All'interno anche la proposta di un modello applicativo orginale conforme alle Linee Guida ministeriali.


Gli articoli precedenti di questa breve serie dedicata alla “vita di una infrastruttura in acciaio” hanno preso in esame nel dettaglio le scelte progettuali e le conseguenze sulla durabilità dell’opera, i controlli non distruttivi applicabili agli elementi in acciaio nonché le competenze attese per il personale che opera direttamente in campo o che sovraintende e organizza tali attività.

In quest’ultimo articolo si vogliono focalizzare diversi aspetti relativi alla più lunga delle fasi di vita di una infrastruttura che è quella del periodo di servizio. Parleremo in particolare del tema delle ispezioni in servizio che risulteranno tanto più efficaci nell’individuazione dello stato di conservazione delle opere quanto più l’attività di campo sarà stata progettata e pianificata secondo specifiche di lavoro ripetibili e condivise (piani di ispezione).

Inoltre, sarà descritto un modello applicativo originale, ma conforme alle recenti Linee Guida emanate dal Ministero, per la gestione del rischio delle infrastrutture, che tiene conto dell’enorme numero di opere infrastrutturali che necessitano di verifiche ed ispezioni e delle conseguenti difficoltà nello stabilire criteri affidabili per la definizione di indici di priorità che guidino il gestore nella scelta degli interventi.

 

La specifica tecnica per l’ispezione delle opere di Ingegneria Civile

Scopo di una specifica tecnica per l’ispezione di un’opera in acciaio è quello di definire le fasi e le modalità operative che devono essere seguite dai tecnici e funzionari di un soggetto designato, nell’adempimento dell’incarico di “Ispezione in Servizio”. Limitandoci per brevità alle opere di Ingegneria Civile per le quali la legge richiede particolare attenzione, riportiamo il campo di applicazione delle Norme Tecniche sulle Costruzioni di cui al D.M. 17/01/2018, così come definito dalle Norme stesse.

Oltre agli edifici vengono classificate altre categorie di opere di ingegneria civile, sulla base di un criterio (non esaustivo) legato alla destinazione finale di utilizzo:

  • Impianti industriali - Sono soggette alla legge di cui trattasi le opere di edilizia ad uso industriale, riguardanti le fabbriche, le officine, gli stabilimenti, i cantieri, gli opifici, ecc., i magazzini, i depositi, i capannoni, le tettoie, le pensiline, i sili, le torri, le ciminiere, i portali di sostegno dei macchinari o di opere similari.
  • Opere idrauliche e marittime - Sono soggette alla legge le seguenti opere: gli sbarramenti di ritenute (dighe e traverse), le conche di navigazione, i bacini di carenaggi, i pontili...
  • Opere stradali - Sono soggette alla legge i ponti e viadotti (comprese le centine), i tombini, i sottovia, le passerelle, le gallerie artificiali, i muri di sostegno, i manufatti stradali ed edilizi in genere”. 

Per ottemperare allo spirito delle Norme, è assai opportuno progettare l’ispezione attraverso una serie di requisiti che possono essere raggruppati nella Specifica di Ispezione.

Questa sarà declinata e resa particolare per ogni opera, ma può essere utile individuare un elenco di tematiche generali che dovrebbero essere comunque prese in considerazione, anche solo per escluderne l’applicabilità al caso specifico.

In generale, maggiori sono le informazioni tecniche sulla geometria della struttura metallica, sul tipo di elementi strutturali da ispezionare e sui giunti saldati, sulla loro collocazione ed estensione, sul tipo di acciaio, sul periodo di installazione e su precedenti interventi ispettivi, maggiore sarà l’adeguatezza del Piano di Ispezione, a garanzia della affidabilità dell’opera.

Cosa identificare

In estrema sintesi sarà necessario identificare:

  • il manufatto oggetto dell’ispezione e i dati di anagrafica essenziali alla sua univoca identificazione;
  • i documenti disponibili (elaborati e disegni costruttivi, rapporti di ispezioni precedenti, ecc.);
  • le attività (pulizia, illuminamento, accessibilità, estensione delle aree da sverniciare ove applicabile) necessarie per l’ispezione ed i soggetti responsabili per la loro attuazione;
  • l’identificazione e classificazione degli elementi strutturali;
  • i metodi di controllo e l’estensione dei controlli degli elementi strutturali ed in particolare dei giunti saldati (esame visivo e esami strumentali);
  • i criteri di registrazione dei risultati degli esami;
  • i criteri di accettabilità dei difetti con riferimento a codici di comprovata valenza internazionale (di regola UNI EN ISO 5817);
  • i criteri di estensione dei controlli in caso di rilevazione di difetti, per i controlli con estensione parziale;
  • le figure professionali certificate per le ispezioni ed i controlli non distruttivi delle opere di ingegneria civile. 

Sulla base delle informazioni di cui sopra potrà essere redatto un Piano di Ispezione Dedicato, per le attività di ispezione e di controllo non distruttivo, che sia specificamente elaborato per una struttura o per parte di essa. In alternativa, per strutture o elementi strutturali di geometria ripetitiva, in generale di piccole dimensioni, può essere utilizzato un Piano di Ispezione Standardizzato per la famiglia tipologica di struttura. 

Di seguito sono riportati due esempi di piani di ispezione su strutture metalliche molto diffuse.

Le ispezioni delle strutture in acciaio durante il loro periodo di servizio

Figura 1 A – Esempio estratto da piano di ispezione di un ponte a travata metallica. 

Durabilità di un'infrastruttura in acciaio: le ispezioni in servizio e i criteri per la loro pianificazione

Figura 1 B – Esempio estratto da piano di ispezione di un portale di segnaletica a bandiera. 


Abbiamo già sottolineato negli articoli precedenti l’importanza di classificare gli elementi strutturali in relazione alla loro importanza strutturale ovvero, nel caso di ispezioni in servizio, alla loro potenziale suscettibilità al danneggiamento per azione meccanica o per corrosione. Inoltre, sono state ben evidenziate le problematiche relative alle limitazioni di accessibilità non adeguatamente previste in fase di progettazione.

Infine, sono stati descritti i diversi metodi di controllo, i loro campi di applicazione, la loro sensibilità nella rilevazione dei difetti e le limitazioni. Tutti questi aspetti devono essere tenuti in considerazione nella stesura di una specifica tecnica per l’ispezione.

 

Esempi di difetti comunemente riscontrabili al controllo visivo 

Di seguito sono riportati alcuni esempi di difettosità che sono destinate a produrre repentini fenomeni di degrado in servizio e che rivelano carenze di diverso tipo nelle fasi di fabbricazione.

Cordoni irregolari e spruzzi:

Figura 2 – Cordoni irregolari e spruzzi: mascherano difetti più gravi e riducono durata ed efficacia della verniciatura.

difetti comunemente riscontrabili al controllo visivo

Figura 3 – Fori tappati. 

Fori per tirafondi allargati

Figura 4 – Fori per tirafondi allargati “vergognosamente”. 

 

Saldatura mancante e gap irregolare.

Figura 5 – Saldatura mancante e gap irregolare. 

 

Le immagini di seguito mostrano difettosità e rotture occorrenti durante il servizio della struttura.

Frattura completa del giunto saldato dello stelo alla flangia di base di una torre di “mini eolico”

Figura 6 – Frattura completa del giunto saldato dello stelo alla flangia di base di una torre di “mini eolico” (lesione per fatica meccanica). 

Degrado dei trattamenti superficiali di protezione: sfogliature dello strato protettivo di vernice

Figura 7 – Degrado dei trattamenti superficiali di protezione: sfogliature dello strato protettivo di vernice.

 

Linee Guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti

Per le attività di ispezione delle opere in servizio (non solo quelle in acciaio) è indispensabile oggi tenere nel dovuto conto le più recenti disposizioni del Ministero delle Infrastrutture e Trasporti che ha recepito e diffuso il Documento tecnico emanato nell’Aprile 2020 dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, citato nel titolo, comunemente indicato con l’abbreviazione LL GG.

Le LL GG, pur essendo ancora in una fase di sperimentazione, contano già su un formale riconoscimento per effetto del D.M. 578 che ne prefigura una sostanziale adozione su larga scala da parte dei gestori. In sintesi le LL GG definiscono una procedura per la gestione della sicurezza dei ponti esistenti (al momento solo stradali), al fine di prevenire livelli inadeguati di danno, rendendo accettabile il rischio di indisponibilità dell’opera o di sicurezza degli utenti. La procedura è concepita mediante l’impiego di un approccio «modulare multilivello», che prevede sia criteri di valutazione massivi e speditivi, sia verifiche puntuali di maggiore complessità, in funzione del rischio connesso.


Per approfondire

Le nuove Linee Guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici >> Leggi l'articolo.

 

Le LL GG sono rivolte principalmente agli Enti Proprietari e/o Gestori (EPG). Esse sono composte da tre parti relative a:

  • censimento delle opere e classificazione del rischio strutturale, sismico, idrogeologico e franoso;
  • verifica della sicurezza dell’opera ai sensi delle normative correnti;
  • sorveglianza (frequenza di ispezione) e monitoraggio di evoluzione del danno e strategie di manutenzione.

Le informazioni anagrafiche del censimento dovrebbero confluire (o essere dedotte, qualora già implementate) nel gigantesco data base AINOP (Archivio Informatico Nazionale delle Opere Pubbliche) che al momento è in fase di elaborazione e scarsamente alimentato.

Come già ricordato, le Linee Guida prevedono un “approccio multilivello” che comprende 6 livelli di analisi aventi grado di approfondimento e complessità crescenti.

Il livello 0  (geolocalizzazione e censimento) prevede il censimento di tutte le opere e delle loro caratteristiche principali mediante la raccolta delle informazioni e della documentazione disponibile.

Il livello 1 (ispezione e redazione schede di difettosità), che dovrebbe essere esteso alle opere censite al Livello 0, prevede l’esecuzione di ispezioni visive dirette e il rilievo speditivo della struttura e delle caratteristiche geo-morfologiche ed idrauliche dell’area, tese a individuare lo stato di degrado e le principali caratteristiche strutturali e geometriche di tutte le opere, nonché potenziali condizioni di rischio associate a eventi franosi o ad azioni idrodinamiche.

Elaborando le informazioni raccolte nei livelli 0 e 1, al livello 2 (classi di attenzione - CdA) si definisce la classe di attenzione di ogni ponte, sulla base dei parametri di pericolosità, vulnerabilità ed esposizione. A seguito di tale risultato, si procede quindi con uno dei livelli successivi. Benché non appaia evidente dal “flow chart” riportato nelle LL GG, qualora non sia possibile ottenere tutte le informazioni necessarie per la definizione della CdA con la sola ispezione speditiva (circostanza molto frequente), occorre prevedere una ispezione di dettaglio ed eventualmente dati più precisi sulle caratteristiche meccaniche degli elementi strutturali, attraverso prelievi di materiale. Quest’ultima operazione è relativamente semplice per gli elementi metallici, mentre risulta assi più costosa e incerta per il calcestruzzo. 

Il livello 3 (valutazione preliminare) prevede l’esecuzione di valutazioni preliminari atte a comprendere, unitamente all’analisi della tipologia ed entità dei dissesti rilevati nelle ispezioni eseguite al livello 1, se sia comunque necessario procedere ad approfondimenti mediante l’esecuzione di verifiche accurate di livello 4. 

Il livello 4 (valutazione accurata) prevede l’esecuzione di valutazioni accurate sulla base di quanto indicato dalle Norme Tecniche per le Costruzioni vigenti. 

Il livello 5 (resilienza della rete), non trattato esplicitamente nelle presenti Linee Guida, si applica ai ponti considerati di significativa importanza all’interno della rete, opportunamente individuati. 

....CONTINUA.

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Si ringrazia l' IIS - Istituto Italiano della Saldatura per la gentile collaborazione