Georadar e ponti post-tesi: nuove prospettive per individuare difetti e vuoti nelle guaine

Conoscere lo stato delle guaine e la qualità dell’iniezione dei cavi rappresenta un aspetto fondamentale nella valutazione delle strutture in calcestruzzo post-teso. Una ricerca dell’Università di Bologna, presentata da Claudio Mazzotti a FABRE 2026, ha approfondito le potenzialità del georadar per questo tipo di diagnostica. Attraverso prove controllate su travi in calcestruzzo con guaine plastiche, trefoli, malta e vuoti artificiali, lo studio ha verificato come differenti condizioni interne possano modificare la risposta radar. I risultati mostrano la possibilità di riconoscere alcune anomalie, pur evidenziando limiti legati alla geometria dell’indagine e alla presenza degli elementi metallici.

Diagnostica dei ponti post-tesi: dal rilievo delle armature alla ricerca dei difetti nelle guaine

La valutazione dello stato di conservazione delle infrastrutture esistenti rappresenta una delle principali sfide per la gestione del patrimonio costruito. Una parte rilevante delle opere oggi in esercizio è stata infatti realizzata nel secondo dopoguerra e manifesta problematiche legate alla durabilità e alla manutenzione. Nel caso delle strutture post-tese, a queste criticità si aggiunge la necessità di conoscere lo stato delle guaine, la qualità dell’iniezione e l’eventuale presenza di fenomeni di corrosione che possono interessare fili, trefoli e armature.

È in questo contesto che si inserisce il lavoro presentato da Claudio Mazzotti dell’Università di Bologna in occasione di FABRE 2026, dedicato all’impiego del georadar come tecnica di indagine non distruttiva. La ricerca, sviluppata nell’ambito di un’attività più ampia sulle potenzialità del Ground Penetrating Radar, ha cercato di verificare se questa tecnologia possa essere utilizzata non soltanto per localizzare elementi metallici all’interno del calcestruzzo, ma anche per ottenere indicazioni sulle condizioni dei materiali che circondano i trefoli e, in particolare, sull’efficacia dell’iniezione delle guaine.

Gli autori della relazione, presentata a FABRE 2026, sono Nzeeh Roumia e Claudio Mazzotti.

Dalla localizzazione delle armature alla valutazione dello stato interno delle guaine

Il georadar è ormai una tecnologia ampiamente utilizzata nelle indagini non distruttive sulle infrastrutture. Il suo funzionamento si basa sull’emissione di onde elettromagnetiche e sulla loro diversa propagazione all’interno dei materiali attraversati. Ogni materiale presenta infatti proprie caratteristiche dielettriche, che influenzano la velocità di propagazione delle onde e il modo in cui queste vengono riflesse in corrispondenza delle discontinuità.

L’acciaio costituisce, da questo punto di vista, un caso particolarmente significativo perché si comporta sostanzialmente come un riflettore perfetto. Questa proprietà rende relativamente agevole individuare armature e altri componenti metallici, ma allo stesso tempo limita la possibilità di osservare ciò che si trova oltre l’elemento in acciaio rispetto alla superficie dalla quale viene condotta l’indagine.

Il lavoro dell’Università di Bologna ha cercato quindi di spingersi oltre il tradizionale utilizzo del georadar, verificando se le onde elettromagnetiche possano fornire informazioni anche sulle condizioni presenti nell’intorno delle armature. Per poter indagare l’interno delle guaine dall’esterno sono state considerate guaine plastiche, dal momento che quelle metalliche avrebbero costituito a loro volta un elemento fortemente riflettente, impedendo di fatto l’analisi dei materiali presenti al loro interno.

Per le sperimentazioni è stata utilizzata un’attrezzatura commerciale dotata di due antenne polarizzate secondo direzioni ortogonali e caratterizzata da una frequenza centrale di 2 GHz. La scelta della frequenza rappresenta un aspetto essenziale delle indagini radar: frequenze più basse permettono infatti una maggiore penetrazione nel materiale ma comportano una riduzione della risoluzione, mentre frequenze più elevate consentono di migliorare il dettaglio dell’indagine riducendo tuttavia la profondità raggiungibile.

Il diverso comportamento delle due polarizzazioni

Le due antenne utilizzate, indicate nella relazione come WW e HH, permettono di acquisire con una sola passata due radargrammi differenti. I test hanno mostrato un comportamento diverso delle due polarizzazioni.

L’antenna WW si è dimostrata maggiormente efficace nell’analisi degli elementi collocati più in profondità e quindi nella localizzazione di armature e guaine. La HH è risultata invece più precisa nell’identificazione dell’armatura lenta più vicina alla superficie, ma ha evidenziato maggiori difficoltà quando il segnale deve attraversare una griglia di armature prima di raggiungere gli elementi posti a maggiore profondità.

Questa differenza assume particolare rilevanza quando si opera su elementi strutturali reali, nei quali le guaine post-tese possono essere schermate dalla presenza di staffe e armature ordinarie.

Prove di laboratorio: guaine a diverse profondità e armature con passi differenti

Per valutare le effettive capacità della tecnologia sono stati realizzati in laboratorio alcuni provini costituiti da piccole travi in calcestruzzo con guaine plastiche collocate a profondità differenti. All’interno delle travi è stata inoltre predisposta un’armatura lenta con passi della staffatura variabili, alternando quindi zone caratterizzate da staffe molto ravvicinate ad altre nelle quali il passo era maggiore.

L’obiettivo era comprendere quanto la prima griglia metallica incontrata dalle onde radar potesse influire sulla capacità di individuare le guaine poste più in profondità.

Le acquisizioni sono state effettuate sia longitudinalmente, seguendo cioè l’asse delle guaine, sia trasversalmente. Nelle scansioni trasversali sono emerse le caratteristiche parabole associate agli elementi intercettati dalle onde radar. All’aumentare della densità delle staffe, tuttavia, la distinzione delle singole parabole diventa progressivamente più complessa.

Nonostante queste difficoltà, il percorso delle guaine plastiche è risultato riconoscibile. L’aspetto particolarmente interessante sottolineato nella sperimentazione è che il segnale non deriva tanto dalla plastica della guaina quanto dall’aria presente al suo interno. La notevole differenza tra la costante dielettrica dell’aria e quella del calcestruzzo genera infatti una discontinuità che produce una parziale riflessione del segnale.

Proprio questa capacità di leggere variazioni legate ai materiali presenti nella guaina ha rappresentato il punto di partenza per la fase successiva della ricerca: capire se il georadar possa diventare sensibile anche alla presenza di difetti.

La combinazione delle scansioni longitudinali e trasversali secondo una griglia ha inoltre consentito di ricostruire una sorta di rappresentazione tomografica del provino. Procedendo idealmente per sezioni a profondità successive è stato così possibile osservare inizialmente le staffe e successivamente, scendendo all’interno della trave, l’emergere delle guaine.

Guaine iniettate, vuoti e trefoli: la sperimentazione sulle condizioni di difetto

La parte più significativa della ricerca ha riguardato la riproduzione all’interno delle guaine di differenti configurazioni, rappresentative sia di condizioni corrette sia di possibili situazioni patologiche.

Sono stati quindi realizzati scenari con presenza del trefolo e della malta di iniezione, configurazioni caratterizzate da iniezione soltanto parziale, guaine contenenti malta ma prive del trefolo e situazioni nelle quali erano presenti vuoti d’aria. Al centro dei provini il trefolo è stato inoltre avvolto con un cilindro di polistirene, in modo da creare artificialmente una zona nella quale fosse certa l’assenza della malta.

L’obiettivo non era verificare queste condizioni attraverso tecniche già consolidate per questo tipo di analisi, ma osservare se e in quale misura il georadar fosse in grado di distinguerle.

I radargrammi acquisiti lungo l’asse delle guaine hanno mostrato differenze interessanti. Nelle configurazioni completamente iniettate il comportamento del segnale risulta differente rispetto alle zone contenenti aria. Quando l’onda attraversa una regione nella quale è presente un materiale con caratteristiche più simili all’aria, la sua velocità di propagazione aumenta e il radargramma può restituire un’apparente variazione della posizione del trefolo.

Il trefolo, in realtà, non si è spostato: è il differente tempo di percorrenza dell’onda a farlo apparire più vicino alla superficie. La modifica geometrica della banda presente nel radargramma diventa quindi un possibile indicatore della presenza di una discontinuità rispetto alla condizione attesa.

Quando la malta rende la guaina quasi invisibile al radar

Un altro risultato significativo riguarda il confronto tra una guaina vuota e la stessa guaina riempita con malta.

Quando la guaina è vuota, la presenza di aria al suo interno crea una forte differenza rispetto al calcestruzzo circostante e consente di distinguerne chiaramente il percorso. Una volta effettuata l’iniezione con la malta, questa differenza si riduce notevolmente: le caratteristiche del materiale interno diventano infatti più simili a quelle del calcestruzzo che circonda la guaina.

Di conseguenza, nel radargramma la guaina tende progressivamente a “scomparire”. Non è naturalmente la guaina fisica a scomparire, ma la discontinuità elettromagnetica che consentiva al sistema di distinguerla.

Proprio questo fenomeno rappresenta contemporaneamente una difficoltà e un’opportunità. Se una guaina correttamente iniettata restituisce una risposta maggiormente omogenea rispetto al calcestruzzo circostante, la presenza di vuoti può al contrario generare variazioni del segnale e anomalie geometriche utili a evidenziare zone nelle quali l’iniezione potrebbe non essere completa.

Nei test condotti in laboratorio, la presenza di una zona priva di malta ha infatti determinato una variazione abbastanza netta del radargramma: il trefolo sembrava traslare verso l’alto proprio a causa della maggiore velocità di propagazione dell’onda attraverso l’aria.

I limiti dell’indagine: il trefolo come barriera alla propagazione

La sperimentazione ha mostrato al tempo stesso un limite fisico particolarmente importante. Essendo l’acciaio un riflettore praticamente perfetto, il georadar non permette di ottenere informazioni affidabili su ciò che si trova oltre il trefolo rispetto alla superficie dalla quale viene eseguita la scansione.

Se, ad esempio, un vuoto è collocato nella porzione della guaina sottostante al trefolo, l’onda incontra prima l’acciaio e viene riflessa. Di conseguenza, il sistema non riesce a leggere ciò che si trova posteriormente.

Anche le scansioni trasversali hanno confermato questa difficoltà. Quando l’armatura è presente, la parabola associata al trefolo rimane visibile sia in presenza sia in assenza del difetto e diventa quindi complesso stabilire attraverso la sola geometria del segnale se nella parte nascosta della guaina sia presente una carenza di iniezione.

La configurazione geometrica dell’elemento, la posizione dell’anomalia rispetto alla superficie di acquisizione e la presenza delle armature rappresentano quindi fattori determinanti per la capacità diagnostica della tecnica.

Dal laboratorio al campo: il georadar come strumento sensibile alle anomalie

I risultati ottenuti dall’Università di Bologna non trasformano il georadar in uno strumento capace di individuare automaticamente qualsiasi difetto presente all’interno delle guaine post-tese. La stessa sperimentazione evidenzia come le condizioni controllate di laboratorio rendano molto più semplice interpretare variazioni che, su un’infrastruttura reale, potrebbero risultare più difficili da distinguere.

Il dato di maggiore interesse emerso dalla ricerca riguarda però la sensibilità della tecnica alle differenti condizioni interne della guaina. I radargrammi cambiano in presenza di aria, malta e trefoli e, in determinate configurazioni, un vuoto nell’iniezione può produrre un’alterazione riconoscibile dell’andamento del segnale.

Il georadar si conferma quindi non soltanto uno strumento per localizzare armature e guaine, ma una tecnologia con potenzialità ulteriori nella diagnostica delle strutture post-tese. Il passaggio dalle prove di laboratorio alle applicazioni in campo richiede naturalmente un’attenta interpretazione dei segnali e deve tenere conto della complessità delle strutture reali, delle armature che possono schermare il segnale e della posizione dei difetti rispetto alla superficie indagata.

Il lavoro illustrato a FABRE 2026 mostra tuttavia una direzione di ricerca particolarmente interessante: utilizzare le caratteristiche di propagazione delle onde elettromagnetiche per ricavare informazioni non soltanto sulla geometria degli elementi nascosti nel calcestruzzo, ma anche sullo stato dei materiali che li circondano. Una prospettiva che può contribuire allo sviluppo di strumenti diagnostici sempre più efficaci per la conoscenza, la manutenzione e la gestione delle infrastrutture esistenti.

DI SEGUITO L'INTERVENTO INTEGRALE DI CLAUDIO MAZZOTTI.

Il testo è stato redatto mediante la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto di strumenti di IA (ChatGpT).

IN SINTESI
-La ricerca dell’Università di Bologna, presentata da Claudio Mazzotti a FABRE 2026, analizza le potenzialità del georadar per la diagnostica delle strutture in calcestruzzo post-teso.
-Le prove di laboratorio hanno verificato la capacità del georadar di individuare guaine, armature e variazioni nei materiali presenti attorno ai trefoli.
-La presenza di aria, malta o vuoti all’interno delle guaine modifica la propagazione delle onde elettromagnetiche e può produrre anomalie riconoscibili nei radargrammi.
-I test hanno mostrato che alcuni difetti di iniezione possono essere rilevati, soprattutto quando si trovano in una posizione favorevole rispetto alla superficie di indagine.
-La tecnica presenta anche limiti importanti: i trefoli in acciaio riflettono fortemente il segnale e possono impedire di analizzare ciò che si trova oltre di essi, rendendo più complessa l’applicazione sulle strutture reali.