Il monitoraggio delle strutture storiche critiche: le ciminiere in muratura

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 17 gennaio 2018– NTC 2018 – C.8 - “Costruzioni esistenti”) nella procedura di determinazione della sicurezza degli edifici esistenti, e prima di qualsiasi valutazione di vulnerabilità sismica, sottolineano l’importanza di conoscere dettagliatamente la struttura.
A chiudere il cerchio di ogni fase prevista dalla Normativa, un particolare contributo per “la definizione del modello di riferimento per le analisi” (D.M. 17 gennaio 2018– NTC 2018 – C.8.5) è sicuramente possibile ottenerlo dalla realizzazione di un PIANO DI MONITORAGGIO.

In quest’esposizione si vuole evidenziare come nelle fasi preliminari alla modellazione strutturale, in vista di uno studio dello stato di fatto di una struttura storica definita “critica” [Vengono definite “critiche” quelle strutture che, in seguito a terremoti o ad altre cause naturali non prevedibili, potrebbero crollare provocando, oltre alle conseguenze intrinseche connesse con il crollo, anche seri problemi sulle vie di fuga e/o di soccorso] l’installazione di un monitoraggio aiuti ad ampliare e migliorare le conoscenze e ad avere più certezze sui risultati ottenuti. Non va inoltre posta in secondo piano la funzione propria del monitoraggio, che è proprio quella di tenere sott’osservazione e di misurare le principali grandezze fisiche caratteristiche del manufatto; lo studio dell’evoluzione dei parametri che le caratterizzano consentiranno di valutare oggettivamente eventuali ammaloramenti degenerativi al fine di prevenire gravi fenomeni che ne mettano in crisi la sicurezza strutturale e la sua stabilità nel tempo.

Viene, pertanto, illustrato il MONITORAGGIO STRUTTURALE DI UNA CIMINIERA IN MURATURA, eseguito da Indagini Strutturali srl, per ottenere informazioni di carattere numerico-strumentale sull’entità di movimenti e rotazioni in un determinato arco temporale. Lo scopo fondamentale di queste acquisizioni è stato quello di rilevare, e di conseguenza stimare come ordine di grandezza, eventuali movimenti di dissesto che si sarebbero manifestati durante il periodo d’osservazione. Tutto ciò ha rivestito particolare importanza, soprattutto perché, prima d’allora, non si aveva alcuna informazione sull’evoluzione di fenomeni degenerativi in atto sulla struttura e non si era in possesso di dati e di documentazione inerente al progetto ed alle caratteristiche costruttive, geometriche e dei materiali. 

Il monitoraggio eseguito ha costituito un punto fermo per future considerazioni e per definire eventuali soglie d’attenzione cui assoggettare l’opera.

Considerazioni sullo stato di degrado della struttura

Indagini Strutturali srl, in una fase del tutto preliminare, ha eseguito un’ispezione visiva per la valutazione dello stato di conservazione della struttura in esame, che ha avuto lo scopo di evidenziare gli ammaloramenti di varia natura visibili esternamente. Lungo lo sviluppo in altezza si sono notate vecchie lesioni ad andamento verticale risarcite presumibilmente con malta cementizia. Molte di queste risultavano aperte e la causa di tali aperture era da ricercarsi nel ritiro del materiale di ripristino, in movimenti strutturali o in gradienti termici verificatisi successivamente alla risarcitura stessa. Nella parte alta della ciminiera, invece, a partire dalla zona terminale si è osservato un quadro fessurativo orizzontale per una buona parte della circonferenza; stessa situazione si manifestava in almeno altre due sezioni.

Descrizione del sistema di monitoraggio

Al fine di uno studio completo del manufatto, oltre all’esecuzione delle necessarie indagini per l’identificazione geometrica e la caratterizzazione meccanica dei materiali (ispezione visiva, indagine endoscopica, rilevo con laser scanner, analisi termografica, prove con martinetti piatti singoli e doppi), è stato progettato un piano di monitoraggio che desse tutte le informazioni necessarie alla caratterizzazione dello stato di fatto della ciminiera stessa.

In particolare, sono state installate le seguenti stazioni di rilevamento (Fig.1):

• anemometri
• geofoni 
• trasduttori di pressione 
• sensori lineari 
• inclinometri 
• stazioni termiche 

Fig.1–Piano di monitoraggio per una ciminiera in muratura

Tutte le stazioni installate sono state collegate, via cavo, ad una centrale d’acquisizione dati che ha acquisito i segnali trasmessi ad intervalli di tempo programmati. Essa è costituita da:

• Unità d’acquisizione dati a 30 canali ad “ingresso universale” gestito da microprocessore ed alimentato a batteria che accetta in ingresso vari tipi di segnali analogici e digitali. I dati sono memorizzati su RAM supportata da batteria tampone e/o su schede magnetiche. Il trattamento dati comprende calcoli, funzioni statistiche e taratura sensori.
• Modulo telemetrico completo di cavi di collegamento per il sistema di telecontrollo e telemetria completo di modulo GSM dual band, antenna ed interfaccia I/O per la trasmissione telematica a unità remota. Scatola di protezione stagna completa di batterie tampone e circuito di alimentazione/carica batterie da rete.

Nel dettaglio, al fine di avere un quadro dettagliato sulla variabilità dei dati, si è scelto di eseguire il monitoraggio mediante inclinometri disposti secondo una coppia di generatrici della canna, poste ad una distanza angolare di circa 90 gradi, e tramite un certo numero di fessurimetri posizionati a “cavallo” di lesioni del paramento murario esterno. Si sono, inoltre, tenuti sott’osservazione i parametri ambientali che influiscono con maggiore rilevanza sul comportamento della struttura: la temperatura ed il vento. I risultati acquisiti nel corso del monitoraggio dei parametri ambientali hanno una duplice valenza: 

a) possono essere analizzati di per sé, per ricavare gli aspetti peculiari di queste azioni; 
b) possono essere analizzati in congiunzione con i dati deformativi, per ricavarne ulteriori informazioni e sviluppare analisi più selettive. 

In particolare, circa quest’ultimo punto (b), si è osservato, innanzitutto, come la variabilità del parametro ambientale temperatura (generato dal susseguirsi delle diverse condizioni climatiche e dei gas smaltiti dalla ciminiera finché è stata in funzione) abbia comportato un sensibile effetto, soprattutto sulle rilevazioni inclinometriche. È stato interessante ricavare il comportamento deformativo della ciminiera per istanti di tempo (estratti dal complesso delle misure) in cui l’azione termica è risultata costante. Ulteriori variabilità e tendenze delle misure in argomento, da ascrivere alle restanti cause, come il vento ed il comportamento “reologico” del materiale, hanno fornito indicazioni utili, non immediatamente ricavabili dall’esame complessivo dei risultati. Per tutta la durata del monitoraggio le acquisizioni sono avvenute ad intervalli di 30 minuti

Per quanto riguarda le forzanti si è ragionevolmente deciso di monitorare due azioni:

a) quella del vento, mediante una stazione anemometrica per la misura della velocità e della direzione del vento
b) quella vibrazionale, mediante un geofono che ha restituito la velocità di vibrazione nel tempo.

Per entrambe le tipologie di forzanti è stata stabilita una soglia di trigger al di sopra della quale le acquisizioni di tutte le grandezze sono state impostate con una risoluzione di 0,1 secondi (al di sotto della soglia il periodo di campionamento è stato stabilito pari a mezz’ora).  

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