Il monitoraggio delle lesioni negli edifici esistenti

La presenza di lesioni in un edificio esistente è sempre fonte di domande riguardanti la capacità portante della struttura. Le lesioni però non sempre si manifestano per cause legate a movimenti strutturali; esse, infatti, affiorano anche per semplici sbalzi termici o per differenza di rigidezza tra materiali adiacenti.

Tra le soluzioni di diagnostica non invasiva, in grado di dare una valutazione dello stato di salute di una struttura, una delle più innovative è sicuramente il monitoraggio strutturale. Esso, oltre a garantire veridicità ed immediatezza dei risultati, è di facile installazione, per niente invasivo e di costi molto contenuti se confrontati con il valore delle opere e con le economie d’intervento che consente di realizzare.

Indagini Strutturali srl, in tal senso è molto impegnata a sensibilizzare l’opinione pubblica, facendo conoscere come anche il campo dell’ingegneria civile può evolversi con innovazioni tecnologiche e informatiche in grado di ampliare le conoscenze e di migliorare ed elevare i metodi di lavoro. 

Il monitoraggio strutturale un valido alleato per conoscere facilmente le cause delle lesione dei nostri edifici

Quante volte alla vista di lesioni nelle nostre case ci siamo chiesti da cosa fossero generate e se rappresentassero un campanello d’allarme di problemi e movimenti presenti nella struttura.

Ma come fare una diagnosi? Come accertarsi, nel caso di mancata evidenza della causa generatrice della comparsa di tali crepe, che nella struttura non siano in atto fenomeni che modifichino la statica del manufatto?

Tra le soluzioni di diagnostica non invasiva, in grado di dare una valutazione dello stato di salute di una struttura, una delle più innovative è sicuramente il monitoraggio strutturale.

L’attività di monitoraggio strutturale ha lo scopo di acquisire informazioni circa il comportamento di un manufatto e dell’ambiente che con esso interagisce. È abbastanza frequente che il progettista che opera sulle strutture esistenti debba affiancare alle attività di indagine strutturale vera e propria (prove sui materiali, rilievi geometrici e strutturali, etc.) ulteriori accertamenti che rientrano nella categoria dei monitoraggi. È possibile, infatti, riscontrare, fin dalle preliminari ricognizioni della struttura, stati di fessurazione la cui semplice osservazione, tuttavia, non consente di qualificarli come stabilizzati o in atto, con le rilevanti conseguenze che ne derivano. In questi casi il progettista si trova nella necessità di ricorrere ad attività di monitoraggio finalizzate ad osservarne la variazione di ampiezza nel corso di un prestabilito periodo di tempo, ovvero ricercarne le cause accertando, ad esempio, la presenza di vibrazioni indotte, degrado del materiale (espansioni), cedimenti del terreno di imposta delle fondazioni, etc.

Il monitoraggio dei quadri fessurativi

Le fessure giocano un ruolo importante per la valutazione della sicurezza strutturale e pertanto in presenza di quadri fessurativi, prima di prevedere un invasivo e costoso intervento, sarebbe buona pratica studiarle a fondo. Una soluzione in grado di fornire informazioni essenziali per la corretta interpretazione del funzionamento strutturale e quindi del fenomeno causa di dissesto, come detto in premessa, è il monitoraggio strutturale.

A seconda delle necessità si possono avere monitoraggi statici, dinamici o ambientali.

I monitoraggi statici prevendono la misura di una grandezza variabile lentamente. Essi vengono utilizzati per la misurazione di aperture di lembi di lesioni, rotazioni di pareti, cedimenti verticali e deformazioni in tempo reale.

I monitoraggi dinamici consentono di individuare le caratteristiche vibrazionali di una struttura e quindi verificare, mediante dei sensori, solitamente accelerometri, che le vibrazioni stesse non superino i valori di soglia indicate dalle normative vigenti.

I monitoraggi ambientali molto importanti, ad esempio, in edifici storici, musei e luoghi d’arte nei quali il controllo di parametri ambientali come temperatura e umidità si rivela necessario per prevenire situazioni di degrado.

Indagini Strutturali srl prevede, per i suddetti monitoraggi, intervalli di lettura più o meno lunghi a seconda dei quali si definiscono monitoraggi periodici o monitoraggi in continua.

Definire il piano di monitoraggio

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

a) Definizione dei parametri di comportamento strutturale che occorre ricercare. Questa fase può essere definita in un’unica occasione o ripetuta più volte nel corso dell’attività di progetto.

b) Individuazione delle tecniche di monitoraggio più idonee allo scopo. Ciascuna tecnica deve essere qualificata con le potenzialità/limitazioni/invasività del risultato ottenibile. Anche in questo caso si può arrivare a valutazioni di tipo diverso in relazione al caso specifico: ad esempio, alcune prove di misura dello stato tensionale richiedono esecuzioni di tagli di dimensioni relativamente grandi che possono essere effettuati senza rilevanti problemi in strutture massicce di muratura ma da adottare con grande cautela in quelle sottili o in calcestruzzo fortemente armato ove è grande il rischio di tagliare le barre d’armatura. Nel caratterizzare le varie tecniche non vanno trascurati i costi, la velocità d’esecuzione, la pratica operativa.

c) Scelta delle tecniche di indagine. Il Progettista, sulla scorta dei punti precedenti, definisce il piano di Monitoraggio stabilendone precisamente il tipo, il numero, l’ubicazione e le fasi temporali in cui eseguire le misure. In aggiunta, andrà anche scelta la frequenza con cui programmare le rilevazioni dei dati.

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I parametri da monitorare

Ogni monitoraggio prevede una vasta gamma di strumenti e, ad esempio, un quadro fessurativo può essere studiato in maniera diretta mediante sensori lineari oppure, in maniera indiretta, attraverso la misura di grandezze collegate alla formazione delle lesioni stesse. In tal caso si possono prevedere, ad esempio:

• gli inclinometri, se si ipotizza che il movimento in atto generi delle rotazioni (ad esempio il ribaltamento di una parete);

• il livello digitale ad altissima precisione e la relativa stadia per studiare possibili cedimenti verticali;

• gli accelerometri o i velocimetri con i quali è possibile ricavare le frequenze proprie della struttura le cui variazioni sono sintomo di movimenti strutturali (una diminuzione del valore di frequenza indica la perdita di rigidezza del sistema).  

Ovviamente, ognuno degli strumenti di cui sopra, può essere abbinato con gli altri, ampliando in tal modo la mole di dati in possesso e quindi migliorando le risposte che un monitoraggio strutturale è in grado di dare.

I parametri strutturali di cui può essere necessaria la conoscenza sono molteplici: i più ricorrenti sono gli spostamenti, le deformazioni, lo stato tensionale, etc. Inoltre, con una certa frequenza, risulta anche necessario determinare le azioni, in senso ampio, cui la struttura è assoggettata; per tale ragione risultano significativi vari parametri ambientali come il vento, la temperatura, l’umidità, etc.

All'interno dell'articolo si riporta anche un elenco di alcune stazioni di misura costituite da strumentazione idonea alla lettura delle principali grandezze fisiche suscettibili ad essere monitorate.

In base alle modalità d’acquisizione dei dati è possibile distinguere le due diverse tecniche di monitoraggio.

1. Tecniche di monitoraggio semplici

Consentono la misura diretta di ogni parametro posto in osservazione a prefissati intervalli di tempo costanti.

2. Tecniche di monitoraggio complesse

Possiedono un trigger e consentono, quindi, la variazione dell’intervallo di tempo d’acquisizione prefissato al superamento di un determinato valore di soglia di alcuni parametri.

Gli obiettivi del Monitoraggio Strutturale

Le attività da svolgere su ogni manufatto posto sotto monitoraggio hanno come obiettivo lo studio delle sue condizioni strutturali e soprattutto l’evoluzione del tempo dei parametri e delle grandezze fisiche tenute sotto osservazione.

Poiché, in generale, per una struttura esistente non si conoscono tutte le parti di ogni elemento strutturale che la costituiscono, e considerato che lo stato tensionale è radicalmente condizionato dalle fasi costruttive, non è facile fare una valutazione numerica affidabile. Di conseguenza, per superare questa difficoltà ed arrivare ad una stima e ad una gestione della sicurezza strutturale dell’immobile, si ricorre ad approcci sia di carattere strumentale che documentale. Viene, quindi, studiato ed applicato un piano di monitoraggio comprendente la misura dello stato tensionale in condizioni d’esercizio; accanto alla misura dei fenomeni deformativi degli elementi murari ritenuti più sensibili, condotta per un intero periodo significativo, viene avviata al tempo stesso un’analisi storico-documentale che permetta d’individuare gli elementi strutturali effettivamente portanti, escludendo quelle parti che, anche ad un rilievo conoscitivo, risulterebbero collaboranti.

La valutazione della sicurezza dell’immobile dovrà essere attuata con delle misure sul corpo reale dell’edificio individuando gli elementi di rischio attraverso deformazioni anomale, che quantificano anche il livello di gravità, tramite la misura temporale della progressione di una data misura fisica.

A seguito dell’analisi preliminare riguardante le caratteristiche specifiche di un complesso immobiliare è, quindi, opportuna una pianificazione delle attività di studio e monitoraggio in grado di dare risposte oggettive e quantificabili sullo stato dell’immobile e sulle sue eventuali criticità.

L’analisi dei risultati ottenuti da un monitoraggio strutturale h24 in continua è utilizzata sia come un rilevatore di pericolosità che come elemento di valutazione delle condizioni strutturali dei manufatti su cui è installato.

Essa fa parte di un progetto ben più ampio, articolato in momenti successivi che prevedono le seguenti tre fasi operative e temporali.

1. L’attivazione di un monitoraggio di sicurezza il cui scopo consiste nel mettere a disposizione uno strumento d’immediato avviso di eventuali situazioni di attenzione con una prima valutazione del livello della sua pericolosità; al termine di questa prima fase occorre controllare che non siano state riscontrate situazioni di particolare pericolosità, in normali condizioni d’esercizio.

2. La valutazione del livello di sicurezza del manufatto la cui finalità è quella di determinare un valore parametrico che possa indicare in maniera chiara e sintetica lo stato di salute strutturale.

3. Un monitoraggio di lungo periodo che ha l’obiettivo di seguire i fenomeni degenerativi su più ampia scala, sia geometrica che temporale.

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