Indagini diagnostiche per la comprensione delle tecniche costruttive dei ponti storici

La comprensione delle tecniche costruttive dei ponti storici costituisce un problema complesso a causa della grande varietà delle loro tipologie e della loro concezione strutturale che non sempre risulta univocamente determinabile. Per la conoscenza di questi manufatti risulta quindi imprescindibile perseguire un approccio diagnostico finalizzato ad acquisire le informazioni necessarie a definire la loro esatta conformazione, il loro stato di degrado e le caratteristiche dei materiali.

Nel seguente articolo verranno riportati alcuni esempi di applicazione delle attività diagnostiche declinati nei casi studio di applicazione a ponti con strutture molto differenti: in legno (a Bassano del Grappa - VI) ad arco in muratura (a Morbegno – SO) ed in ferro (a Valeggio – VR).

Analisi delle caratteristiche dei ponti storici

Nell’ambito del patrimonio monumentale italiano meritano una speciale menzione i molti ponti storici ancora esistenti, il cui periodo di costruzione varia dall’epoca romana al periodo medioevale a tempi relativamente più recenti. Essi sono in molti casi ancora utilizzati per il traffico pedonale, ma anche talvolta per il traffico veicolare, quindi risultano talvolta assoggettati al transito di carichi molto differenti rispetto a quelli originali “di progetto”.

È significativo sottolineare la varietà tipologica e di materiali di tali strutture (Fig. 1), da ponti in legno a ponti in muratura - per lo più ad arco - sia in pietra che in laterizio a ponti in ferro. Nella presente trattazione verranno tralasciati al solo scopo di brevità i ponti in c.a., quant’anche molti di essi, in particolare quelli realizzati prima della seconda guerra mondiale, possono a tutti gli effetti essere considerati storici, e in alcuni casi risultano interessantissimi in relazione agli accorgimenti costruttivi non ordinari e non codificati messi in atto per la loro realizzazione.

A causa della generalizzata mancanza di materiale progettuale riguardante tali strutture, in tutti i casi risulta fondamentale acquisire informazioni appropriate in merito allo schema strutturale, ai materiali ed ai dettagli costruttivi.

Ciò richiede un’accurata analisi che comporta tra l’altro l’utilizzo di tecniche diagnostiche non distruttive. Per identificare in maniera completa un manufatto è quindi necessario raggiungere un opportuno livello di conoscenza attraverso le seguenti attività:

• rilievo geometrico (incluso quadro fessurativo e deformativo);
• analisi storica degli eventi e degli interventi subiti;
• rilievo materico costruttivo e dello stato di conservazione;
• caratterizzazione meccanica dei materiali;
• valutazione degli aspetti geotecnici;
• monitoraggio.

Il processo delineato pone l'accento sul fatto che la conoscenza derivante dalle attività di rilievo e di diagnosi non può essere avulsa dall'adeguata comprensione dell'evoluzione storica della struttura: si può ritenere che la storia abbia costituito un esperimento in scala reale e che le fessurazioni, le distorsioni, gli stati di sforzo attualmente presenti nel manufatto ne rappresentino i risultati. Ciò risulta particolarmente vero se si pone l’attenzione al fatto che molti ponti storici, per la loro natura geografica e strategica, sono stati più volte nel passato danneggiati o financo distrutti da alluvioni e da guerre; le strutture che adesso possiamo osservare sono frutto in molti casi di interventi di consolidamento o anche di completa ricostruzione.

Lo studio sperimentale costituisce quindi un potente strumento per confortare l'osservazione empirica rendendo più oggettiva l'osservazione dell'evoluzione strutturale del manufatto consentendo di ottenere un modello quanto più possibile aderente al reale e di validare tale modello numerico sia a priori, in fase di predisposizione dello stesso, che a posteriori, in fase di analisi dei risultati.

Nel seguente articolo faremo sistematicamente riferimento al caso studio di significative strutture storiche da noi analizzate; non ci riferiremo invece alle pur fondamentali indagini per la valutazione degli aspetti geotecnici, in quanto essere esulano dall’argomento trattato.

Rilievi ed ispezioni di ponti storici

Il rilievo geometrico dei manufatti può essere realizzato in modo efficiente con la tecnica laser scanner che consente di operare ottenendo una elevata precisione e soprattutto di acquisire una quantità ridondante di dati, utile per la successiva valutazione strutturale.

Le singole scansioni vengono correlate e georeferenziate per descrivere l'oggetto nei suoi dettagli e nella sua complessità, generando un unico modello di nuvola di punti (Fig. 2) che successivamente può essere restituito vettorializzandolo oppure post-processandolo con procedure BIM.

Il rilievo geometrico deve necessariamente essere integrato mediante misure dirette al fine di determinare le dimensioni degli specifici elementi che, per la loro posizione, non hanno potuto essere individuati nella nuvola di punti e per rilevare i particolari necessari all'identificazione strutturale del manufatto.

Nel caso di strutture di difficile accesso quali i ponti risulta per questo utile effettuare un’ispezione preliminare con l’utilizzo di drone, quindi accedere direttamente agli elementi strutturali con l’utilizzo di piattaforme by-bridge. Ciò tuttavia non è sempre possibile, sia talvolta per la peculiare geometria delle strutture sia per l’impossibilità di operare interrompendo anche parzialmente il traffico pedonale o veicolare. In questi casi è talvolta efficace operare con l'utilizzo di tecniche di accesso e di posizionamento mediante funi. Queste tecniche, applicate in conformità a quanto previsto dall'attuale normativa in materia di sicurezza sul lavoro (D.Lgs. 81/2008), hanno consentito, per la nostra esperienza, un'efficace operabilità sia per le attività di ispezione che per le successive attività diagnostiche.

Indagini diagnostiche per la caratterizzazione dei ponti in muratura

Come risulta evidente dall’immagine in Fig. 1 nella maggior parte dei casi la reale conformazione degli elementi strutturali dei ponti in muratura (archi, spalle, pile) non è direttamente rilevabile. Per questo vengono in aiuto le tecniche di indagine parzialmente distruttive, che devono essere applicate ai manufatti storici in modo circoscritto e numericamente limitato, e soprattutto le tecniche di indagine non distruttive che consentono di estendere in modo qualitativo ma significativo i risultati delle prime.

La stratigrafia della muratura può essere rilevata in modo puntuale mediante sondaggi meccanici a carotaggio continuo, che consentono di analizzare i materiali costituenti gli elementi strutturali e la tessitura muraria. Nei fori di sondaggio vengono solitamente realizzate ispezioni video-endoscopiche per individuare e quantificare la presenza di eventuali discontinuità.

Le informazioni acquisite puntualmente possono poi essere estese mediante metodi ultrasonici, ovvero misure dirette (UPV), tomo-grafie o eco-grafie. L’utilizzo di onde ultrasoniche risulta molto efficace su materiali compatti quali calcestruzzo o pietra ma, per le murature, stante la loro generale disomogeneità ed i notevoli spessori in gioco, risulta generalmente più efficace l’utilizzo di onde soniche, peraltro applicate e processate con metodi del tutto simili a quelli delle onde ultrasoniche. Informazioni utili in particolare per individuare la presenza di elementi metallici possono essere desunti anche da ispezioni effettuate con RADAR.

Lo stato di sollecitazione e le caratteristiche meccaniche e delle murature possono poi venire determinate come usuale rispettivamente mediante prove un martinetto piatto e prove con due martinetti piatti paralleli; quest’ultima, oltre a determinare le caratteristiche di deformabilità di campioni rappresentativi della muratura, in specifiche condizioni (ASTM C 1197-09) consentono anche di stimare la resistenza a compressione.

A titolo di esempio è interessante commentare i dati ottenuti dalle indagini relative alle pile ed agli archi del ponte di Ganda a Morbegno (Fig. 3), struttura realizzata tra il 1489 ed il 1499 su commissione del duca di Milano, più volte danneggiata dalle piene del fiume Adda e da guerre fino alla sua ricostruzione nella forma attuale (presumibilmente molto simile a quella originale) avvenuta tra il 1776 ed il 1778.

La muratura a vista del ponte risulta realizzata in grandi blocchi squadrati di pietra locale, principalmente ghiandone della Valmasino, ma le endoscopie e le ecografie hanno messo in evidenza che essa è costituita da paramenti in conci in pietra squadrata ed accuratamente lavorata nelle commessure, che nella ghiera hanno spessore uniforme di 55/60 cm mentre in corrispondenza delle due imposte simmetriche dell'arcata di destra hanno spessore leggermente maggiore, rispettivamente 80 e 63 cm. Il nucleo del corpo murario appare invece realizzato da una muratura compatta, con malta caratterizzata da buona adesione e con pietre di litologia molto variabile (in parte anche metamorfiche) e di dimensioni minori, attorno a 20-30 cm.

Indagini diagnostiche per la caratterizzazione degli elementi in legno ed in ferro

I ponti in legno o in ferro sono in genere costituiti da strutture tralicciate, per valutare le quali è necessario acquisire gli elementi fondamentali consistenti in informazioni relative alla conformazione dei nodi strutturali, al degrado ed alle caratteristiche dei materiali. Anche in questo caso, rifacendoci a due casi studio rappresentativi, descriviamo nel seguito alcune delle attività effettuate sulla struttura in legno del ponte Vecchio di Bassano e sulla struttura in ferro del ponte Visconteo di Valeggio sul Mincio.

La struttura del ponte di Bassano fu ideata da Andrea Palladio (Fig. 1), ma l’attuale ponte, a causa anche in questo caso delle piene del fiume Brenta e di guerre (un ponte in legno poteva evidentemente essere bruciato con facilità per scopi militari …), risale alla ricostruzione effettuata da Bartolomeo Ferracina negli anni 1750-1754, che tuttavia rispetta nella sostanza il progetto originale del Palladio. Le indagini di seguito descritte sono state realizzate nell’ambito del recente complesso intervento di restauro completato nel 2021.

L’ispezione effettuata ha consentito la visione ravvicinata degli elementi strutturali, in particolare nei punti critici; laddove sono stati riscontrati segnali di anomalia quali cretti, fessurazioni, miceli fungini, screpolature, rosume d’insetti e torsioni l’indagine visiva è stata integrata utilizzando attrezzature manuali (punteruolo e martello). In questo modo sono state circoscritte aree che hanno richiesto un’analisi strumentale più accurata, effettuata mediante penetrometro da legno (resistograph).

Queste prove consentono di misurare la resistenza alla penetrazione di un ago, fornendo così una misura indiretta della densità del legno stesso; è così possibile valutare l’eventuale stato di degrado delle travi. Dal confronto tra i due diagrammi di prova rappresentati in Fig. 5 risulta evidente come per la prova descritta dall’immagine superiore (realizzata immediatamente al di sotto dell’impalcato, ovvero nella zona del ponte ordinariamente asciutta) la densità del legno risulta uniforme lungo tutto lo spessore della trave, mentre per la prova descritta dall’immagine in basso (realizzata vicino al pelo dell’acqua, nella parte soggetta al bagnasciuga), la densità risulta molto variabile evidenziando di conseguenza significativi effetti di degrado del legno.

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L'articolo continua descrivendo le indagini condotte sul ponte Lungo di Valeggio, le tecniche di monitoraggio che in genere vengono impiegate e alcune valutazioni sulle vulnerabilità dei ponti ad arco in muratura.

L’autore ringrazia i comuni di Bassano del Grappa (Area Lavori Pubblici), Morbegno (Area Lavori Pubblici), e Ponti sul Mincio (Area Urbanistica - Edilizia Privata) che hanno commissionato le indagini descritte nel presente articolo e ne hanno consentito l’utilizzo per scopi divulgativi e scientifici. Ringrazia inoltre il Laboratorio Interdipartimentale PoliNDT (prof. Roberto Felicetti) ed il Laboratorio di Analisi Diagnostica del Costruito (Marco Cucchi), del Politecnico di Milano che hanno supportato l’esecuzione delle prove pulse-echo.