Ponti e viadotti: la scelta del piano di indagine

La redazione di un piano di indagine ragionato rappresenta un passaggio fondamentale nella conoscenza delle infrastrutture, ponti e viadotti in c.a. e c.a.p.. Sostenibilità economica e gerarchia della diagnosi sono aspetti non trascurabili che devono essere presi in debita considerazione al fine di affrontare un percorso conoscitivo mirato alla finalità della diagnosi stessa.

Come si redige un piano di indagine su una struttura esistente?

La redazione del piano di indagine strumentale costituisce la fase centrale dell’intero processo diagnostico.  Si tratta di una attività che richiede l’operato di professionisti che abbiano specifiche competenze in ambito strutturale. Qualunque sia la finalità di una campagna di indagine - sia essa concepita per costruire la conoscenza di un manufatto esistente o per effettuare il controllo dei materiali nelle fasi costruttive di un’opera o per controllare il mantenimento di livelli prestazionali minimi durante la vita di esercizio della struttura - la sua validazione presuppone la redazione di un preliminare piano di indagine strumentale da cui dipenderà il corretto raggiungimento dell’obiettivo prefissato.

Nella prassi ricorrente si rileva come la redazione del piano di indagine sia spesso associata alla fase iniziale dell’attività conoscitiva, in quanto corrisponde al momento della pianificazione dei saggi e delle prove da svolgere sulla struttura. Questa fase è spesso denominata dalle stazioni appaltanti: “relazione metodologica”.

Mediante il piano di indagine, infatti, si opera la scelta della tipologia di prove da effettuare e si valuta:

1. Quali siano le più indicate caratteristiche delle strumentazioni da impiegare; 
2. Quale debba essere la sequenza secondo cui svolgere le indagini e dove disporre i punti di saggio.
   
   

Tuttavia, sebbene si tratti di un momento preparatorio delle attività di indagine, è necessario che tale programmazione scaturisca da una valutazione preliminare della struttura oggetto di studio, altrimenti il rischio è quello di tracciare un errato percorso diagnostico, con conseguenze rilevanti sul piano della sicurezza e dei costi.

Piano di indagine: sostenibilità e gerarchia delle diagnosi

Un piano di indagine ben impostato deve costruirsi, infatti, tenendo in debita considerazione due principali caratteristiche: sostenibilità e gerarchia della diagnosi. 

Si tratta di due aspetti che, nel caso di strutture esistenti, non sono immediatamente sviscerabili, poiché la costruzione della conoscenza di una struttura esistente segue un approccio completamente diverso rispetto alla impostazione dei controlli che si è abituati a concepire sulle costruzioni, dove nella maggior parte dei casi si è interessati ad effettuare rilievi e misurazioni finalizzati a stabilire la compatibilità o la discordanza di parametri prefissati i quali operano in un sistema complesso ma dal funzionamento generalmente noto.  

Se si pensa, infatti, ad una struttura in costruzione che rispetti le geometrie ed i particolari di progetto, il controllo delle caratteristiche dei materiali impiegati completa in modo sufficientemente appropriato il quadro conoscitivo. 

Da qui discende anche la modalità di controllo: 

• Si confezionano campioni del materiale di impiego strutturale da sottoporre a test applicando procedure standardizzate;
• Viene stabilita l’intensità del campionamento affinché si possano determinare su base statistica i valori caratteristici di interesse.
  
  

Approccio diagnostico sulle infrastrutture esistenti

Contesto molto differente è quello delle strutture esistenti. Per quanto concerne i materiali costituenti le strutture esistenti è possibile standardizzare solo una limitata parte dell’intero ciclo di “confezionamento” del campione che è iniziato con l’esecuzione dell’opera stessa. Al contrario di quanto avviene per i prodotti di nuovo impiego non è possibile applicare procedure di campionamento standardizzato che filtrino l’effetto delle condizioni al contorno, consentendo di ottenere parametri confrontabili.

Vi sono aspetti che condizionano la rappresentatività del parametro dedotto, impedendo talvolta la definizione dei corrispondenti valori caratteristici. Tra questi vi sono, ad esempio:

• Le modalità di realizzazione dell’elemento strutturale; 
• Le condizioni ambientali durante il confezionamento del materiale, (ossia la realizzazione dell’opera);
• L’influenza dei carichi nelle fasi di maturazione; 
• L’azione di agenti degradanti.
  
  

Si tratta di fattori che non possono essere trascurati nella redazione di un piano di indagine che oltre ad essere redatto sulla base di una prima ricognizione conoscitiva dell’opera, deve essere calibrato su conoscenze che si sviluppano in un ambito multidisciplinare. Vi deve essere un corretto coordinamento di tutte le fasi di studio che valutino:

• La collocazione storica del manufatto;
• L’individuazione delle tipologie costruttive; 
• Le modalità di funzionamento della struttura, sia pregresse che in atto.

Queste sono il presupposto imprescindibile per poter condurre valide campagne di indagine.

L’impalcato di una infrastruttura: definizione del piano di indagine

Un’infrastruttura, quale ponte o viadotto, è possibile suddividerla, in modo estremamente macroscopico, in tre elementi: impalcato, pila o spalla e fondazioni. 

La definizione del piano di indagine, come anticipato precedentemente, è frutto della conoscenza della struttura in termini ad esempio di carenze, difetti e deformazioni riscontrati in una fase preliminare ma propedeutica alla redazione del piano di indagine.

Innanzitutto, non prescindo dall’ovvia considerazione che occorre procedere così come avviene per gli indici di rischio nella progettazione delle strutture, dove la scelta è operata sulla base valutazioni di carattere politico e non tecnico.

È sulla base della opportunità politica se una scuola o un ospedale devono deve avere un rischio più basso di un edificio residenziale e garantire una durata dei requisiti di affidabilità strutturale per il doppio del tempo.

Altrettanto andrebbe fatto nella scelta del tipo di indagine da mettere in campo. 

Questo aspetto non è normato come avviene per i requisiti minimi delle strutture ed è affidato alla sensibilità del progettista, il quale, nella redazione del piano di indagine ha come unico indirizzo normativo quello di ampliarlo in funzione del fattore di confidenza che intende utilizzare (Circolare N. 7/2019, Capitolo 8 delle Norme Tecniche delle Costruzioni 2018, Ntc18). 

Un professionista che abbia però una buona sensibilità strutturale, anche in assenza di indirizzi normativi cogenti, sa bene che i due principali requisiti per validare un piano di indagine sono rappresentati da:

• La sua sostenibilità economica;
• Il rispetto di una definita gerarchia di diagnosi.  

Aspetti che tra di loro sono anche strettamente connessi.

Come avviene la cantierizzazione del piano di indagine?

La cantierizzazione delle attività di indagine è una fase che è spesso trascurata, pur non essendo affatto marginale non solo nella determinazione del costo complessivo dello studio di diagnosi strutturale, ma anche nella effettiva realizzabilità dell’indagine.

L’accessibilità del punto di indagine su cosa incide?

Nel caso di studio di un impalcato da ponte il primo problema da affrontare è l’accessibilità al punto di indagine. Se ad esempio occorre effettuare il prelievo di alcuni campioni in calcestruzzo armato bisogna quantificare bene sia l’impiego delle opere provvisionali necessarie al raggiungimento dei punti di saggio, sia le deviazioni del traffico che potrebbero rendersi necessitare per i restringimenti di carreggiate. 

Questi aspetti si riflettono tutti, in modo diretto o indiretto, sui costi dell’indagine (Figura 1).

Figura 1: Posizionamento del mezzo per raggiungimento del punto di saggio. Foto archivio MECCAINGEGNERIA 

Ancora più delicato è il tema della gerarchia di diagnosi. Se, infatti, è del tutto evidente che non è possibile pianificare una indagine che non tenga conto dei costi, occorre comprendere come operare le scelte in modo da limitare il numero di punti di controllo privilegiando zone maggiormente rappresentative ai fini dell’analisi.

Individuare i parametri vitali di un’opera presuppone, però, una accurata conoscenza dell’opera stessa che deve svolgersi preliminarmente proprio con lo scopo di definire la più appropriata campagna di prove a supporto del miglioramento della conoscenza dell’opera stessa: un apparente circolo vizioso.

Nel caso del patrimonio esistente, ciò che rende particolarmente complessa la conoscenza della struttura è che - al contrario di quanto avviene in fase di progettazione, dove assegniamo specifiche funzioni agli elementi strutturali - nella lettura dello schema strutturale potremmo trovarci di fronte ad elementi che stanno assolvendo funzioni diverse da quelle per le quali sono stati realizzati. Ciò va compreso prima di pianificare la campagna di indagine in quanto differenti schemi di funzionamento dell’opera ne sposterebbero il punto di osservazione.

Qual è il primo passo da affrontare nella diagnosi di un impalcato?

Nel caso della diagnosi dell’impalcato allora, come prima cosa, occorre fissare la finalità della diagnosi e cioè se essa si rende necessaria per:

• Operare un intervento di riabilitazione strutturale;
• Riparare un danno;
• Effettuare controlli nell’ambito delle operazioni di manutenzione del manufatto. 

Successivamente occorre raccogliere le informazioni su base osservazionale e documentale relative alla tipologia del sistema costruttivo in relazione ai materiali impiegati ed allo schema strutturale realizzato in modo da poter già individuare, sulla base delle macro informazioni raccolte, quali potrebbero essere le condizioni capaci di rendere maggiormente vulnerabile la struttura.

Piano di indagine preliminare

Solo a questo punto è possibile redigere un piano di indagine preliminare che, in funzione dei primi dati restituiti, potrebbe richiedere successivi adattamenti per giungere al referto.

Diagnosi dell’impalcato correlato al danno

In merito all’impalcato da ponte come quello della figura 2 è di tutta evidenza che l’informazione da reperire in maniera prioritaria non è relativa alla resistenza del calcestruzzo in opera ma, piuttosto, alla tenuta del sistema di tesatura, la cui compromissione parziale è rilevabile a vista.

Figura 2: Compromissione dei cavi di tesatura di una trave in precompresso.(foto archivio MECCAINGEGNERIA)

Figura 3: Degrado per corrosione delle armature. Foto archivio MECCAINGEGNERIA 

In Figura 3 è prioritario indagare, invece, in merito alle caratteristiche associate al degrado per cause chimiche del materiale, ritenendo di secondaria importanza il degrado che potrebbe derivare da scarse caratteristiche di resistenza meccanica.  

Tali discriminanti, inoltre, incidono anche sulla definizione della gravità del fenomeno.  

Generalmente degradi per cause chimiche restituiscono tempi più lunghi per poter programmare l’intervento, poiché si manifestano già nelle prime fasi di insorgenza dell’anomalia. 

Degradi per cause meccaniche, invece, richiedono provvedimenti immediati in quanto rilevabili quando le rotture sono già in atto.

Gli appoggi pila impalcato, come si esegue una diagnosi?

Nella disamina fatta è stato posto l’accento su quelle che sono le principali valutazioni da farsi in relazione alle:

• Tipologie di analisi da allestire;
• Caratteristiche delle strumentazioni; 
• Ubicazioni dei punti di saggio dai quali dipenderà nettamente la validità del risultato ottenuto.
  
  

Occorre sottolineare, ed è fondamentale, che il ricorso all’analisi strumentale non sempre è necessario per costruire un quadro di diagnosi. 

Soprattutto nelle strutture come i ponti, la maggior parte degli elementi strutturali sono ispezionabili a vista, perciò il controllo delle caratteristiche di conservazione dell’opera può essere svolto solo su base qualitativa senza l’impiego di sofisticate analisi che al più potrebbero servire a spiegare la natura e la causa del danno.

Figura 4: Rottura di un baggiolo con grave compromissione dell'appoggio

Nell’esempio riportato in Figura 4 il ricorso ad analisi sul baggiolo sarebbe ingiustificato. 

Occorre invece effettuare un’urgente riparazione.

Le problematiche imputabili a una cattiva esecuzione o a difetti originari dell’opera sono assai rare; invece, i danni maggiormente ricorrenti sono afferenti a fenomeni di invecchiamento di parti dell’opera. Questi, oltre a dipendere dalla ordinaria esposizione delle parti di struttura agli agenti atmosferici, responsabili di fenomeni di carbonatazione del calcestruzzo e con essa della corrosione delle barre di armatura, spesso dipendono dalla carente manutenzione.
Sono infatti riscontrabili numerosi danni creatisi per rottura o cattivo funzionamento dei sistemi di impermeabilizzazione, anomalie del sistema di raccolta delle acque di impalcato, modifica del sistema di vincolo o accumulo di materiali.