Ponti esistenti, la corrosione come chiave di lettura della sicurezza strutturale

La durabilità delle infrastrutture esistenti rappresenta oggi una delle principali sfide per la sicurezza e la gestione della rete dei ponti. La corrosione delle armature, spesso interpretata in modo semplificato, è in realtà un fenomeno complesso che incide in maniera significativa sulla capacità strutturale e sulla sua evoluzione nel tempo. Le attività sviluppate nel Task 4.1 hanno affrontato il tema in modo integrato, combinando osservazioni sul campo, sperimentazione e modellazione avanzata. Il lavoro coordinato da Gian Piero Lignola fornisce un contributo rilevante all’interpretazione dei quadri di degrado e al miglioramento degli strumenti di valutazione della sicurezza dei ponti esistenti. I risultati rappresentano un riferimento tecnico utile sia per la ricerca sia per la pratica professionale.

Il tema della durabilità e della corrosione rappresenta oggi uno dei cardini nella valutazione della sicurezza dei ponti esistenti. Non si tratta di un problema circoscritto alla sola perdita di sezione delle armature, ma di una questione complessa che coinvolge l’evoluzione nel tempo delle prestazioni strutturali, la corretta interpretazione dei quadri di degrado, la diagnostica e la modellazione della capacità residua. In questo contesto si inseriscono le attività sviluppate nel Task 4.1 di ReLUIS, coordinato da Gian Piero Lignola, che ha visto il contributo sinergico di undici unità di ricerca con una consolidata esperienza sul degrado delle strutture in calcestruzzo armato e precompresso.

La relazione è stata presentata in occasione dell'evento "La sperimentazione delle Linee Guida per la classificazione e la gestione del rischio, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio dei ponti esistenti"

L’obiettivo principale del Task non è stato solo quello di approfondire i singoli fenomeni di degrado, ma soprattutto di trasferire conoscenze scientifiche mature all’interno delle criticità operative emerse con l’applicazione delle Linee Guida per la gestione del rischio dei ponti. Il lavoro svolto ha integrato sperimentazione, modellazione numerica e analisi probabilistiche, producendo un corpus organico di risultati confluiti in un volume monografico di oltre 150 pagine, attualmente in fase di pubblicazione.

Il degrado corrosivo oltre la perdita di sezione

Uno degli aspetti centrali affrontati riguarda la reale natura del fenomeno corrosivo. La corrosione delle armature è spesso trattata, nelle valutazioni semplificate, come una riduzione uniforme della sezione resistente. Le attività di ricerca hanno invece mostrato come questa assunzione sia spesso fuorviante. La corrosione si manifesta infatti in forme molto diverse, influenzate dalla velocità del processo, dall’ambiente e dalla tipologia di armatura, sia essa lenta o da precompressione.

Particolare attenzione è stata rivolta alla corrosione localizzata per pitting, che genera forti disomogeneità geometriche lungo la barra. È emerso come armature con perdite di massa simili possano presentare risposte meccaniche profondamente differenti, a causa della diversa morfologia dei pit. Inoltre, la perdita degli strati superficiali dell’acciaio, spesso caratterizzati da migliori proprietà meccaniche per effetto dei processi produttivi, comporta una riduzione delle prestazioni non proporzionale alla sola perdita di area.

Questi risultati hanno portato al miglioramento delle leggi di degrado delle proprietà meccaniche, includendo non solo la perdita di massa, ma anche parametri legati alla distribuzione e alla geometria del pitting, con effetti significativi su resistenza, duttilità e deformazioni ultime.

Dalla fotografia del danno alla previsione dell’evoluzione

Un elemento di forte innovazione introdotto nel Task riguarda il collegamento tra valutazioni meccaniche e analisi meccano-chimiche, con l’obiettivo di superare l’approccio statico alla valutazione del degrado. Non si tratta più solo di descrivere lo stato attuale di corrosione, ma di stimarne l’evoluzione nel tempo, valutando quando e come una determinata condizione possa peggiorare.

Questo approccio è stato applicato, ad esempio, a travi in cemento armato precompresso, anche con cavi post-tesi esterni, mostrando come interventi mirati possano prolungare significativamente la vita utile di elementi altrimenti prossimi alla sostituzione. Le analisi hanno tenuto conto delle incertezze legate ai tempi di innesco e propagazione della corrosione, utilizzando modelli probabilistici, simulazioni Monte Carlo e approcci basati sul ciclo di vita.

In questo quadro, è stata considerata anche l’influenza dei cambiamenti climatici, che modificano progressivamente le condizioni ambientali di esposizione e rendono necessario un aggiornamento delle ipotesi tradizionali sulla durabilità delle infrastrutture.

Indici di degrado e interpretazione delle ispezioni

Un contributo rilevante del Task 4.1 riguarda la trasformazione delle informazioni ispettive in indicatori quantitativi di degrado. A partire dalla gravità, estensione e intensità dei difetti, sono stati sviluppati indici numerici capaci di sintetizzare lo stato di ciascun elemento strutturale, consentendo confronti oggettivi e una lettura più immediata delle condizioni dell’opera.

L’analisi di una vasta mole di dati ispettivi ha inoltre permesso di individuare combinazioni ricorrenti di difetti, chiarendo le relazioni causa-effetto tra fenomeni apparentemente distinti. È emerso, ad esempio, come alcuni quadri fessurativi siano tipicamente associati a processi corrosivi e come la distribuzione degli indici di degrado possa fornire indicazioni indirette sulle cause del danno, come nel caso delle infiltrazioni d’acqua dalla soletta che interessano prevalentemente le travi interne.

Questi strumenti consentono di interpretare in modo più consapevole le schede di ispezione e di orientare le scelte di intervento, distinguendo tra fenomeni di natura corrosiva e problemi di tipo statico o strutturale.

Diagnostica razionale e monitoraggio del degrado

Accanto allo studio dei meccanismi di degrado, il Task 4.1 ha dedicato ampio spazio alla diagnostica razionale, con l’obiettivo di ridurre il numero di prove distruttive e ottimizzare le campagne di indagine. Sono state approfondite le potenzialità delle tecniche non distruttive, in particolare quelle basate sull’osservazione dei quadri fessurativi esterni del calcestruzzo.

Le ricerche hanno mostrato come l’apertura delle fessure superficiali possa essere correlata al livello di corrosione interna in fasi non ancora avanzate, offrendo uno strumento utile per la stima indiretta del danno. Parallelamente, è stato analizzato il ruolo del monitoraggio dinamico strutturale, inteso non tanto come misura dello stato assoluto, quanto come strumento per seguire l’evoluzione nel tempo dei fenomeni di degrado attraverso variazioni, seppur contenute, delle frequenze proprie di vibrazione.

Particolare attenzione è stata riservata anche ai cavi di precompressione, per i quali la posizione della corrosione e la presenza di difetti costruttivi, come il mancato riempimento delle guaine, giocano un ruolo determinante sia sulla sicurezza finale sia sulla monitorabilità del fenomeno.

Selle Gerber e modellazione della capacità residua

Le selle Gerber, elementi notoriamente critici, sono state oggetto di un approfondito studio sperimentale e numerico. Prove di laboratorio con corrosioni artificiali controllate, confrontate con modelli agli elementi finiti validati tramite Digital Image Correlation, hanno permesso di analizzare l’influenza dell’intensità e della localizzazione della corrosione sui meccanismi di collasso.

I risultati hanno evidenziato come la corrosione possa alterare profondamente il comportamento strutturale, spostando la crisi verso la sella e riducendo drasticamente la duttilità, soprattutto in presenza di pitting. Questo aspetto assume particolare rilevanza per i modelli di calcolo basati su schemi tirante-puntone, che presuppongono un comportamento duttile dell’acciaio e che, in presenza di degrado, possono richiedere opportune modifiche.

Verso una gestione integrata del rischio

Nel loro insieme, le attività del Task 4.1 hanno contribuito a costruire una visione integrata del problema della corrosione nei ponti esistenti, in cui degrado, diagnostica, modellazione e valutazione della sicurezza sono parti di un unico processo. L’integrazione tra sperimentazione, modelli numerici avanzati e approcci probabilistici consente oggi di affrontare la valutazione della capacità residua con strumenti più realistici e coerenti con la complessità del fenomeno.

Il lavoro svolto rappresenta un passo importante verso una gestione più consapevole e predittiva delle infrastrutture, offrendo alla comunità tecnica non solo risultati scientifici di rilievo, ma anche indicazioni operative direttamente spendibili nella pratica professionale.

IN SINTESI
-La corrosione delle armature non può essere ridotta a una semplice perdita uniforme di sezione, ma deve considerare fenomeni localizzati come il pitting e le conseguenti variazioni delle proprietà meccaniche.
-L’integrazione tra analisi meccaniche e modelli meccano-chimici consente di valutare non solo lo stato attuale, ma anche l’evoluzione temporale del degrado e la vita utile residua.
-L’introduzione di indici numerici di degrado permette una lettura più oggettiva delle ispezioni e supporta la distinzione tra difetti di natura corrosiva e problemi strutturali.
-Le tecniche di diagnostica razionale e di monitoraggio strutturale offrono strumenti efficaci per ridurre le indagini distruttive e seguire l’evoluzione della corrosione nel tempo.
-Lo studio delle selle Gerber e della capacità residua dei ponti evidenzia la necessità di modelli di calcolo aggiornati, in grado di tenere conto degli effetti del degrado sulla sicurezza strutturale.

DI SEGUITO LA VIDEOREGISTRAZIONE DELLA RELAZIONE INTEGRALE DI GIAN PIERO LIGNOLA.

Il testo è stato elaborato mediante la registrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA.