La diagnostica del degrado e del dissesto delle strutture in c.a.

Il percorso metodologico per definire una diagnosi di una struttura soggetta a degrado e/o dissesto

Prima di procedere alla definizione di un intervento di ripristino (in termini di materiali, sistemi, tecniche e cantieristica) è indispensabile definire le cause che hanno promosso gli effetti macroscopici dell’alterazione, del degrado e/o del dissesto dei singoli elementi in c.a. ed eventualmente dell'opera nel suo complesso.

Questo obiettivo – la ricerca delle cause (la diagnosi) – è fondamentale nella manutenzione delle strutture esistenti, poiché il fine primario dell’intervento è rappresentato proprio dall'eliminazione delle cause responsabili delle patologie e/o delle carenze di cui l'opera è affetta.

Al fine di risalire agevolmente alle cause delle alterazioni rilevate, non sempre immediatamente individuabili mediante la semplice osservazione del manufatto (il sopralluogo), potrà risultare necessario avvalersi di alcune tecniche di indagine per determinare le caratteristiche chimico-fisiche dei materiali da costruzione, misurarne le prestazioni residue dal punto di vista meccanico ed elastico, valutare se, inoltre, l'acciaio o il calcestruzzo sono interessati da alterazioni di tipo chimico e/o elettrochimico prodotte dall'ambiente esterno o da cause endogene (legate, per esempio, ad errori nella scelta dei costituenti per il confezionamento del conglomerato).

La diagnosi degli stati di alterazione/degrado e/o dissesto di una struttura in calcestruzzo armato deve avvenire, pertanto, attraverso un percorso metodologico che si basa innanzitutto sull'analisi visiva del manufatto in occasione del quale si procederà non solo al rilevamento delle patologie di cui l'opera è affetta (fessure, zone di anomalo ristagno dell'acqua, espulsioni di parti di calcestruzzo, presenza di armature corrose, ecc.), ma anche all'acquisizione di informazioni (dati storico-geografici) che riguardano l'opera durante e dopo la sua costruzione, il sito ove la stessa è stata realizzata, le condizioni al contorno (edifici o strutture adiacenti, eventuali scavi effettuati successivamente alla costruzione dell'opera oggetto di indagine, ecc.).

I dati rilevati dalla semplice osservazione visiva e quelli storico-geografici possono essere sufficienti, nei casi più semplici, per emettere una diagnosi definitiva.

Molto più spesso, invece, essi consentono di emettere soltanto un sospetto diagnostico, sulla base del quale verranno effettuate delle indagini mirate (in situ o in laboratorio) che consentiranno di ampliare la conoscenza del manufatto e che condurranno, dapprima, alla diagnosi vera e propria e, successivamente, alla definizione delle terapie da intraprendere (gli interventi di manutenzione e restauro da attuare).

Tratto dal libro di Luigi Coppola e Alessandra Buoso, edito da ULRICO HOEPLI, dal titolo “IL RESTAURO DELL’ARCHITETTURA MODERNA IN CEMENTO ARMATO - Alterazione e dissesto delle strutture in c.a. - Diagnostica – Interventi di manutenzione e adeguamento antisismico - Materiali, tecniche e cantieristica”.

Il sopralluogo e l'analisi visiva

Al fine di procedere all'emissione di una corretta diagnosi è indispensabile recarsi presso la struttura (sia essa un edificio, un ponte, una diga ecc.) ed effettuare un'accurata analisi visiva degli elementi sia strutturali (le membrature in c.a. e c.a.p.) sia accessori (tamponamenti, tramezzi, pavimenti, ecc.) che la compongono.

Durante l'esame visivo dovranno essere identificate tutte le possibili patologie, gli stati di alterazione e degrado dei materiali, dei singoli elementi oltre che dell'opera nel suo complesso. Occorrerà, ad esempio, rilevare le zone ove l'acciaio è interessato dalla corrosione, quelle interessate da espulsione del copriferro o da deformazioni (per esempio, imbarcamenti, fuori piombo, ecc.), o quelle che si presentano fessurate.

Relativamente alla rilevazione dei quadri fessurativi sarà necessario stabilire innanzitutto la cronologia di manifestazione della soluzione di continuità (Fig.1). Le fessure, infatti, possono comparire durante la realizzazione dell'opera generalmente per mancata maturazione umida o per fenomeni di ritiro autogeno soprattutto nei calcestruzzi ad alta resistenza oppure di ritiro igrometrico non opportunamente fronteggiato sia in fase progettuale che esecutiva. La situazione si presenta ben diversa allorquando le fessurazioni dovessero manifestarsi in concomitanza con eventi che interessano le aree circostanti la struttura oggetto di indagine, quali la realizzazione di nuovi edifici o di scavi. In questa evenienza, le fessure potrebbero essere ascritte a cedimenti delle fondazioni legate proprio alle variazioni delle condizioni di pressione sul terreno determinate dalle mutate situazioni al contorno.

Sempre in relazione alle fessure sarà necessario valutare sia la localizzazione che l'andamento delle stesse in relazione allo schema statico della membratura fessurata al fine di stabilirne la pericolosità dal punto di vista strutturale (Fig. 1). In definitiva, quindi, durante il sopralluogo sarà abilità del tecnico quella di stabilire un sospetto diagnostico che dovrà "pilotare" non solo i sondaggi (i saggi) – finalizzati alla rilevazione del dissesto e all'accertamento della sussistenza di un presunto danno (non palesemente visibile) – ma, anche, l'indagine sulla storia del fabbricato.

Fig. 1 – Modalità per il rilievo dei quadri fessurativi negli elementi in c.a.

Nel caso di un sopralluogo effettuato dopo un evento sismico, la ricerca e l'individuazione dei quadri fessurativi e dei dissesti – sia degli elementi strutturali che di quelli accessori – sono principalmente finalizzate a stabilire la carenza nella risposta sismica sia a livello del singolo elemento strutturale che dell'opera nel suo complesso.

A questo proposito, l'indagine non può prescindere da un'attenta valutazione delle modalità di collasso dei tamponamenti, dei pilastri e dei nodi travi-pilastro e nei casi di danneggiamento più gravi dei solai e delle scale (Fig. 2).

In linea di massima, l'indagine deve riguardare, inizialmente, i tamponamenti situati al piano terreno, accertando il tipo di lesione, l'eventuale ribaltamento fuori dal piano e/o schiacciamento degli spigoli.

L'analisi proseguirà sulle membrature in c.a. che circoscrivono i tamponamenti maggiormente danneggiati onde individuare, ad esempio, lesioni nei nodi travi/pilastro conseguenti al fenomeno del puntone compresso.

Il sopralluogo verrà poi esteso a tutti i pilastri del piano terra – in particolare all'attacco con le travi del primo orizzontamento (per i pilastri dei fabbricati industriali l'indagine sarà focalizzata in corrispondenza dell'attacco con le fondazioni) – al fine di stabilire il livello di danno raggiunto in occasione del sisma sulla base del quadro fessurativo (flessionale o tagliante), dell'eventuale schiacciamento del calcestruzzo e/o di svergolamento delle barre di armatura.

Il sopralluogo dovrà, inoltre, mettere in evidenza eventuali fenomeni di martellamento con edifici adiacenti, fenomeni torsionali legati ad errori nella distribuzione delle masse e delle rigidezze, elementi con comportamento prevalentemente tagliante (pilastri tozzi con ridotta duttilità). Si proseguirà, quindi, a rilevare eventuali cinematismi con formazione di cerniere in testa e al piede dei pilastri, ad analizzare il danneggiamento delle travi, dei solai e delle scale.

Fig.2 – Quadri fessurativi e dissesti nei tamponamenti e nelle membrature in c.a. prodotti da una scadente risposta all'azione sismica.

Per quanto riguarda il rilievo delle principali forme di alterazione delle superfici e di degrado dei materiali che costituiscono le membrature in c.a. e gli elementi accessori si evidenzia come in linea di massima queste forme siano connesse con difetti di costruzione e/o legate a fenomeni di tipo fisico o a reazioni di tipo chimico tra i materiali da costruzione e l'ambiente in cui una determinata opera è situata.

Sebbene le casistiche di degrado siano innumerevoli, tuttavia, esse possono essere raggruppate in tre grandi categorie: 

• alterazioni delle superfici dei materiali da costruzione;
• alterazioni delle sezioni degli elementi costruttivi;
• fessurazioni, perdita, distacco ed espulsione di materiale dalla sezione in c.a..

In linea di massima, le alterazioni delle superfici e delle sezioni sono di facile diagnosi in quanto sono legate principalmente ad errori durante l'esecuzione dell'opera e/o a difetti dei particolari costruttivi con particolare riferimento a quelli legati allo smaltimento delle acque piovane. Più difficoltosa risulta la ricerca delle cause di quelle forme di degrado che si presentano in forma di fessurazioni, distacchi ed espulsione di materiale.

Queste forme di alterazione, infatti, possono essere riconducibili a cause diverse non direttamente individuabili attraverso la mera osservazione visiva, tanto da necessitare di un approfondimento di indagine da condursi mediante prove effettuate generalmente in laboratorio su reperti prelevati in occasione del sopralluogo.

Ad esempio se si evidenzia dal sopralluogo la presenza di corrosione delle barre di armatura, accompagnata da macchie di ruggine sulla superficie del calcestruzzo, fessurazione e distacco del copriferro sarà necessario individuare, innanzitutto, se vi sono errori nella raccolta e smaltimento delle acque. Successivamente, si potrà procedere alla valutazione dello spessore di calcestruzzo contaminato dall'anidride carbonica e/o dal cloruro mediante metodi colorimetrici oppure ricorrendo all'analisi chimica elementale. Lo spessore di materiale contaminato, unitamente alla conoscenza dell'età della struttura potrà fornire indirettamente utili indicazioni sulle caratteristiche del calcestruzzo utilizzato in termini sia di resistenza che di rigidità. Queste informazioni, unitamente alla determinazione della riduzione di sezione dell'armatura per effetto della corrosione potranno indirizzare l'intervento di manutenzione verso un reintegro dell'armatura corrosa oltre che nella scelta dei sistemi di protezione superficiale.

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Tratto dal libro di Luigi Coppola e Alessandra Buoso, edito da ULRICO HOEPLI, dal titolo “IL RESTAURO DELL’ARCHITETTURA MODERNA IN CEMENTO ARMATO - Alterazione e dissesto delle strutture in c.a. - Diagnostica – Interventi di manutenzione e adeguamento antisismico - Materiali, tecniche e cantieristica”.