Protocollo d'indagine per la valutazione sullo stato di conservazione e qualità di strutture lignee

La presente pubblicazione prende spunto da sempre più frequenti richieste pervenute da parte di Clienti, spesso sotto forma di specifiche voci di capitolato, in cui, al fine di ottenere una conoscenza delle capacità strutturali di strutture lignee in opera, dello stato di conservazione del materiale costituente e delle sue caratteristiche meccaniche e fisiche, viene richiesta la quotazione di un certo numero di prove strumentali da eseguire, riepilogate anonimamente in una tabella, oppure in un generico elenco.
Le esperienze professionali riguardanti l’ingegneria specializzata in indagini e prove sul costruito, nonché la diagnostica del legno strutturale, hanno permesso agli scriventi di assimilare le peculiarità e il fascino di un materiale da costruzione così interessante e “diverso” dagli altri.

Si è così ritenuta utile la divulgazione di una serie di indicazioni che sono da intendersi, soprattutto, come raccomandazioni al tipo d’approccio da osservare ogni qualvolta si abbia a che fare con la diagnostica delle strutture lignee, antiche o moderne che siano. Gli autori si riservano, anche in considerazione del riscontro che queste pagine incontreranno presso i lettori, di pubblicare una serie di ulteriori articoli che riportino nozioni e approfondimenti sul legno, sulle sue principali caratteristiche e sulle sue applicazioni a livello strutturale.

Come effettuare un'accurata indagine sulle strutture lignee

Affinché possa essere eseguita un’accurata indagine sulle strutture lignee, l’ispezione a vista da parte dello specialista è il passo preliminare, sempre necessario per orientare e ottimizzare la progettazione degli interventi di restauro, sia come scelta delle migliori metodologie d’intervento, sia come quantità di risorse da impiegare per ottenere il risultato atteso.

Qualora l’ispezione a vista non sia sufficiente a fornire tutte le informazioni utili alla progettazione, sarà lo specialista stesso a determinare il tipo, il numero e l’ubicazione spaziale e temporale (ordine cronologico) di eventuali prove strumentali integrative da effettuare. Queste ultime determinazioni possono essere preventivate in modo approssimato, generico e orientativo anche prima che l’ispezione a vista venga eseguita e completata, ma potranno essere confermate e precisate solo in base a ciò che lo specialista effettivamente vedrà e constaterà, sulla base delle procedure descritte nel presente protocollo.

L’integrazione delle indagini attraverso prove strumentali più o meno sofisticate, infatti, può aggiungere qualità e affidabilità dei risultati solo in casi specifici, da valutare in situ. In particolare, è ben noto come tutte le prove strumentali non distruttive sul legno in opera dipendano fortemente da molte condizioni legate al caso in esame, tra le quali – solo per citare due esempi concreti, ma la lista sarebbe assai più lunga – il punto d’esecuzione e l’orientamento rispetto alla direzione della fibratura del legno.

Pertanto, è non solo consigliabile, ma addirittura indispensabile, che ci sia una preventiva identificazione da parte dello specialista delle zone della struttura lignea che potranno effettivamente avvantaggiarsi da un’eventuale integrazione strumentale, evitando le procedure “a campione” o “sistematiche” che potrebbero non intercettare le effettive criticità presenti negli elementi e nei nodi strutturali di una costruzione lignea.

Ogni indagine viene condotta conformemente alla norma italiana UNI 11119 “Beni Culturali – Manufatti lignei – Strutture portanti degli edifici – Ispezione in situ per la diagnosi degli elementi in opera”, che raccoglie e integra tutte le informazioni richieste per un’affidabile valutazione della condizione degli elementi lignei presenti e delle prestazioni loro assegnabili.

Lo specialista affiancherà a questa anche numerose altre norme italiane e internazionali, utili per completare il quadro delle determinazioni necessarie a ottenere un quadro conoscitivo completo delle problematiche di ciascuna struttura lignea oggetto dell’ispezione a vista. Sulla base delle risultanze ottenute, saranno eventualmente effettuate le prove strumentali che lo specialista riterrà effettivamente utili a chiarire al meglio il quadro conoscitivo.
Poiché le strutture lignee si degradano con modalità note e specifiche per ciascuna combinazione di specie legnosa e condizione di messa in opera, l’esigenza primaria è che ad eseguire la valutazione degli elementi strutturali sia uno specialista in tecnologia del legno strutturale.

Egli eseguirà tutto quanto serve per fornire allo Strutturista le informazioni utili all'esecuzione delle verifiche della sicurezza strutturale degli elementi: sezioni effettivamente collaboranti, classificazione secondo le resistenze meccaniche, misure per la migliore conservazione del legno etc. Nella migliore prassi, quindi, si lascia al tecnologo del legno strutturale la decisione se, nel caso specifico, un determinato numero di prove strumentali mirate dovranno essere eseguite per rendere le indagini complete ed esaustive. Tale decisione, peraltro, non potrà essere presa utilmente prima dell'esame visuale di tutte le strutture lignee.

Ad esempio, una delle richieste più comuni da parte dei progettisti è quella di effettuare una serie di prove a campione con il trapano dinamometrico. Misurando in continua l’assorbimento di potenza di un trapano elettrico che fa penetrare nel legno una punta a lancia, del diametro di 3-4 mm, a velocità di avanzamento costante, si ottiene infatti un grafico che può essere correlato alle variazioni di densità del legno attraversato. Considerando per la singola perforazione una profondità massima di 40 cm, si deduce facilmente che la prova andrà a saggiare una quantità di legno pari approssimativamente al volume di un ditale da cucito.

È del tutto evidente che il risultato di una siffatta prova dipende in modo decisivo dalla scelta del punto da perforare e dalla direzione di perforazione. La presenza di difetti e anomalie naturali del legno, quali nodi, deviazioni della fibratura, fessurazioni da ritiro, cipollature, tasche di resina o di umidità, legno di reazione e molto altro, influenzano in modo significativo ciascuna prova, che quindi ha valore solo a valle di un'accurata indagine visuale degli elementi lignei, in base alla quale si può scegliere se, dove e come la prova con il trapano dinamometrico debba essere eseguita per dare un valore aggiunto alle informazioni già rilevate con le indagini precedenti svolte in precedenza.

Modalità di corretta esecuzione delle indagini

Il legno strutturale è un prodotto da costruzione per sua natura non omogeneo, anisotropo e biodegradabile: la determinazione della capacità portante di una struttura di legno non è riducibile alla sola resistenza media del legno (specie legnosa) di cui sono fatti i suoi componenti, ma deve procedere dall’analisi delle caratteristiche originarie di ciascuno di questi ultimi e, in particolare, dei suoi difetti originari e delle alterazioni (in genere, in peggio) subite durante la vita in esercizio a causa di fattori biotici e abiotici nonché di azioni esterne eccessive per intensità e/o durata.
La progressione logica, dunque, di un progetto di restauro di un’opera in cui compare del legno strutturale è la seguente (per maggiori dettagli si veda anche la UNI 11138 “Beni culturali. Manufatti lignei. Strutture portanti degli edifici – Criteri per la valutazione preventiva, la progettazione e l’esecuzione di interventi”).

• 1. Indagine storica e architettonica, con esecuzione di un rilievo geometrico almeno di massima delle strutture lignee e la predisposizione delle condizioni di visibilità e accessibilità specificate nel seguito del presente protocollo, propedeutiche e indispensabili all’esecuzione dell’intervento da parte dello specialista;
• 2. Esecuzione dell’indagine a vista da parte dello specialista (l’oggetto del presente protocollo);
• 3. Eventuale esecuzione di prove strumentali non distruttive, nel numero, tipologia e disposizione spaziale ritenuti dallo specialista utili a completare il quadro informativo relativo allo stato di conservazione ed efficienza dei singoli elementi di legno strutturale e dei nodi di collegamento;
• 4. Redazione di una relazione in cui si documentano i risultati ottenuti e si indicano le misure più adeguate alla migliore conservazione del legno strutturale nonché le eventuali raccomandazioni riguardanti la progettazione strutturale degli interventi di restauro.

Occorre, inoltre, precisare che:

• 5. L’ispezione a vista deve riguardare il 100% degli elementi lignei della struttura oggetto di diagnosi;
• 6. Sebbene l’esecuzione materiale delle indagini sul legno possa essere tecnicamente svolta da un operatore in possesso di abilitazione, l’interpretazione dei suoi risultati deve necessariamente ricadere sotto la responsabilità di uno specialista in possesso di laurea in Scienze Forestali o in Tecnologie del legno, o di un titolo di studio superiore specificamente riguardante il legno strutturale ed i controlli strutturali nell’accezione più ampia del termine.

Condizioni operative

Viene riportata qui di seguito una sintesi delle principali informazioni che sarà necessario acquisire a seguito di un’analisi visuale affinché, a seguito di questo preliminare e fondamentale passaggio, si abbia evidenza e sintesi dei dati minimi di cui disporre a completamento di questa fase d’indagine. Quanto esposto si riferisce alle indagini sul legno strutturale in opera indirizzate all’accertamento, per singoli elementi portanti o per aggregati, dei seguenti parametri.

• 1) specie legnosa o gruppo di specie tecnologicamente assimilabili;
• 2) umidità del legno (almeno per soglie);
• 3) presenza, tipologia ed estensione dell’eventuale degrado biologico;
• 4) presenza, tipologia ed estensione di eventuali danni meccanici;
• 5) sezioni efficaci residue;
• 6) sezioni critiche;
• 7) qualità resistente dell’elemento portante nel suo complesso;
• 8) qualità resistente di singole sezioni critiche dell’elemento;
• 9) efficienza delle unioni strutturali e dei vincoli;
• 10) presenza, tipologia ed estensione di eventuali trattamenti e finiture superficiali.

• 1) Specie legnosa

L’identificazione del materiale è sempre condotta mediante analisi macroscopica, se necessario abbinata a indagini microscopiche di laboratorio (esame dei caratteri anatomici dei tessuti legnosi). Non sempre il riconoscimento, anche applicando le migliori tecniche, può essere spinto fino al livello di singola specie legnosa, ma deve essere limitato a livelli più generali (genere botanico, gruppo di specie).

Di norma, comunque, una corretta identificazione rende possibile almeno l’inserimento dell’elemento ligneo portante in un raggruppamento di specie legnose sufficientemente caratterizzato, ai fini pratici, dal punto di vista fisico‐meccanico (nelle norme si fa in questi casi riferimento al tipo di legno strutturale). Il riconoscimento macroscopico richiede la visibilità di almeno una limitata superficie di legno libera da sporco, polvere, strati superficiali di decorazione o trattamenti.

Deve essere pertanto assicurata tale condizione. Il riconoscimento microscopico richiede il prelievo di almeno un frammento di legno di piccole dimensioni, e pertanto deve essere consentito tale prelievo. Le precedenti condizioni devono essere assicurate per ciascun elemento ligneo portante oggetto di identificazione della specie legnosa.

• 2) Umidità del legno

Le indagini saranno discrezionalmente finalizzate al raggiungimento di uno o entrambi i seguenti obiettivi, fra loro distinti:

• a) determinazione dell’umidità media del legno della struttura e dell’umidità tendenziale di equilibrio attesa
• b) individuazione di eventuali zone dell’elemento in cui l’umidità del legno supera localmente la soglia di sicurezza del 18÷20%, al di sopra della quale esiste un rischio di attacchi da parte dei funghi agenti della carie del legno. È frequente la presenza di tali zone umide in corrispondenza degli appoggi di travi nelle murature intrise di acqua piovana oppure di umidità da risalita capillare; delle zone di infiltrazione di pioggia dai manti di copertura sconnessi; del piede di pilastri in contatto con il terreno; ecc. È comunque buona norma effettuare misurazioni di controllo in tutte le zone dell’elemento in cui si notino alterazioni di colore o segni di muffa. Per queste determinazioni lo strumento indicato è l’igrometro da legno con elettrodi di acciaio a gambo isolato; occorre però considerare la possibilità che lo strumento possa dare indicazioni erronee in presenza di strati superficiali di sostanze conduttrici (quali ad esempio acqua, sali preservanti o altro).

• 3) Presenza ed estensione dell’eventuale degradamento biologico

Le indagini distingueranno tipo e gravità degli attacchi biologici eventualmente presenti, descrivendone i caratteri e, laddove necessario, ricostruendo al meglio un congruo numero di sezioni trasversali dell’elemento, indicando forma ed estensione della zona degradata in rapporto alla zona di legno rimasto intatto.

Di norma ciò è possibile con sufficiente approssimazione senza il ricorso a esami microscopici. In ogni caso devono essere distinti gli attacchi di funghi da quelli di insetti distruttori del legno. Soltanto per questi ultimi sarà anche indispensabile identificare le specie, o gruppi di specie responsabili dell’attacco, ai fini della determinazione delle modalità di evoluzione nel tempo del medesimo. Di norma il legno degradato da funghi e/o da insetti è da ritenersi non collaborante (resistenza zero), tuttavia la presenza di degradamento da funghi nell’alburno e/o nel durame porta all’attribuzione di resistenza zero all’intera sezione

• per le sole specie a durame naturalmente durabile (Classi di durabilità 1, 2 e 3 secondo la UNI EN 350‐1) l’attribuzione di resistenza zero può essere limitata al solo alburno purché possa essere dimostrato che nel durame non sussiste traccia alcuna di ammaloramento e che il legname si mantiene stabilmente al di sotto del 18% di umidità;
• la presenza di degrado da insetti porterà all’esclusione dalla sezione efficace della sola area effettivamente attraversata dalle gallerie.

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Nei prossimi paragrafi, oltre a completare l'analisi sulle condizioni operative si parlerà di:

• procedure d'intervento;
• peculiarità delle indagini.