Patologie del calcestruzzo armato: il monitoraggio statico e dinamico

Calcestruzzo armato: monitoraggio delle patologie a cui può essere soggetto nel tempo

Nel patrimonio strutturale ed infrastrutturale italiano il cemento armato, grazie al vantaggio che offre il poter “confezionare” le componenti portanti in sito, costituisce una tipologia costruttiva ampiamente diffusa. Tuttavia, l’impiego di un materiale dalle alte prestazioni meccaniche che sia plasmabile e modellabile si paga con l’incertezza di alcune sue caratteristiche nel confezionamento degli elementi strutturali.

La dispersione dei valori delle caratteristiche meccaniche è influenzata, infatti, da molteplici fattori non tutti perfettamente controllabili come avverrebbe nella maggior parte delle produzioni destinate ad impieghi severi, simili a quelli del calcestruzzo nelle strutture.

La performabilità del prodotto, inoltre, spinge verso schemi statici che più diventano audaci e più il comportamento reale della struttura differisce dal modello teorico già per modeste variazioni della distribuzione delle caratteristiche meccaniche del materiale. A ciò si aggiunge il fatto che il materiale è soggetto, come tutti i materiali, ad invecchiamento fisiologico, oltre che a danni accidentali, non sempre trascurabili, con conseguente graduale perdita di prestazioni. A queste, spesso, si associa come prima evidenza la formazione di quadri fessurativi, i quali possono essere l’effetto di svariate fenomenologie (come ad esempio carichi eccessivi, effetti termici, azioni sismiche, fenomeni di ritiro) che bisogna essere in grado di cogliere e distinguere al fine di dare una corretta lettura del comportamento strutturale ed, eventualmente, sapere come intervenire.

Potrebbe interessarti anche: Patologie strutturali: classificazione per la determinazione dei tempi di intervento Nei prossimi anni crescerà sempre più l’esigenza di valutare il decadimento delle prestazioni delle strutture mediante l’individuazione di indici associati alle diverse anomalie, di tipo standardizzato e, pertanto, facilmente gestibili e comparabili. Allo stesso modo sarà indispensabile comprendere come ingegnerizzare i dati rilevati in fase di ispezione e indagine, con la finalità di disporre di banche dati dinamiche ed affidabili.

Individuazione precoce delle anomalie strutturali nel c.a.: il monitoraggio

L’individuazione precoce di anomalie strutturali consente ai proprietari e gestori dei manufatti di prevenire l’insorgenza di danni più gravi, che oltre ad esporre a maggior rischio la incolumità degli utenti, comporterebbero un deprezzamento dell’opera che cresce in modo esponenziale rispetto alla severità ed espansione del danno.

Il controllo periodico della costruzione è lo strumento più idoneo per contenere l’estensione di eventuali danni ma oltre al lavoro semeiotico di individuazione dei segni di sofferenza strutturale è anche importante misurarne l’evoluzione nel tempo mediante l’impiego delle moderne tecniche di monitoraggio.

I monitoraggi maggiormente diffusi sulle strutture sono quelli inclinometrici e fessurimetrici, i quali controllano, rispettivamente, la modifica nel tempo della inclinazione di superfici e dell’ampiezza delle fessure.
Sia nel caso del monitoraggio inclinometrico ed ancor di più in quello fessurimetrico il controllo si riduce a pochi parametri critici che sono ritenuti significativi di un fenomeno manifesto e già individuato.

Questa tipologia di controllo si può ritenere idonea quando vi è interesse ad analizzare la risposta di un componente specifico o porre in correlazione reciproca le risposte di più componenti strutturali. L’impiego è, in ogni caso, in ambito statico.

Il monitoraggio dinamico

Diverso utilizzo - che negli ultimi anni è sempre più diffuso - è quello dei monitoraggi dinamici, i quali, a seconda delle finalità per le quali vengono adottati, seguono una differente filosofia di approccio.

I monitoraggi dinamici si basano sulla appartenenza, ad ogni struttura, di caratteristiche intrinseche che possono essere identificate in termini globali da pochi parametri. Primi tra tutti le frequenze modali. Queste sono influenzate anche dalla distribuzione delle rigidezze di ogni elemento del sistema costruttivo, sia esso strutturale o solo di completamento. Materiale, masse, danni, disposizioni geometriche di componenti strutturali e non, sono tutti elementi che costruiscono l’identificazione dinamica di una struttura. Nel corso di un monitoraggio dinamico di una costruzione, la registrazione di un cambiamento delle frequenze modali sarebbe indice del fatto che “qualcosa” nella costruzione è cambiato. Per sapere cosa si è modificato, si renderebbero necessari approfondimenti dettagliati.

Le due tecniche di monitoraggio statico e dinamico differiscono principalmente per questo aspetto: la prima consente di tenere sotto controllo un fenomeno locale una volta identificato e - nel caso di individuazione di soglie critiche - di poter associare diversi allarmi al superamento di valori prefissati. Ma nulla dice sullo stato globale del sistema strutturale. La seconda fornisce un controllo globale dell’opera, pur non potendo dedurre (da sola) cosa ha dato luogo alla modifica. In tal caso l’allertamento dell’utenza avrebbe come principale finalità quella di indurre ad un controllo puntuale delle condizioni dell’opera.



Tale impiego dei diversi monitoraggi seppur valido in termini generali va poi, caso per caso, adattato alle differenti situazioni riscontrate nelle applicazioni reali. Valutiamo ad esempio il caso di una struttura in calcestruzzo armato a telaio nella quale è insorto il danneggiamento di un qualche elemento strutturale (ad es. rottura di una trave, pilastro, cedimento al piede). In termini fisici il danneggiamento si ripercuote sempre in una modifica del comportamento dinamico della struttura. Nonostante ciò, l’effetto globale sull’opera, per particolari condizioni, potrebbe essere quantitativamente non visibile, in quanto del tutto trascurabile rispetto ad altre variabili in gioco.

E perciò fondamentale che il monitoraggio strutturale sia progettato a conclusione di uno studio di diagnosi condotto da esperti strutturisti, i quali, caso per caso, individueranno le tecniche di monitoraggio maggiormente idonee per le finalità di specie. Non esistono infatti sistemi di monitoraggio con utilità universali, va invece ogni volta valutato quale sistema è necessario adottare, o se è più utile ricorrere a monitoraggi di tipo ibrido.

Un impiego particolarmente interessante del monitoraggio dinamico è quello che utilizza i dati di rilevo per la conduzione di una Operational Modal Analysis. È possibile, infatti, dotare un’opera di un sistema di monitoraggio dinamico che avvisi in caso di superamento di alcuni valori di soglia e che memorizzi le letture effettuate sulla struttura costituendo una banca dati.

Ciò consentirebbe il superamento di un attuale limite nella valutazione della sicurezza strutturale che viene per lo più condotta basandosi principalmente sulle resistenze degli elementi strutturali dedotti anche mediante campagne di indagine ad hoc. La stessa normativa tecnica orienta principalmente su questo tipo di approccio, specificando anche con quale diffusione va condotto il controllo delle caratteristiche dei materiali e dei dettagli costruttivi, affinché possa ritenersi sufficiente a fissare i principali parametri all’interno del modello strutturale. Il controllo dei parametri modali invece non è contemplato allo stesso modo e la congruenza del modello strutturale con la realtà fisica è affidata unicamente alla sensibilità dello strutturista: ciò nonostante la deduzione del corretto modello strutturale costituisca la fase più complessa e delicata anche per lo strutturista più esperto, soprattutto se il modello da dedurre è relativo a strutture esistenti.

Disporre di una banca dati contenente le time-history della struttura consente non solo di poter condurre una OMA (operazione comunque fattibile ad hoc per lo scopo), al fine di calibrare il modello strutturale, ma anche di vedere come il comportamento strutturale si è evoluto nel tempo, aumentando il numero di informazioni a disposizione del tecnico e fornendo indicazioni di tipo globale che, diversamente, non sarebbero deducibili dalle ordinarie attività di indagini strutturali.