Valutare lo stato di conservazione della struttura di copertura lignea in un edificio storico: un caso pratico

L’ispezione diagnostica: cosa prevede

L’ispezione di una struttura lignea si pone come obiettivo quello di valutarne lo stato di conservazione, al fine di fornire al progettista tutti i dati necessari per lo svolgimento delle verifiche strutturali e il progetto d’intervento.

Le modalità di ispezione sono regolamentate dalla norma UNI 11119:2004 - Ispezione in situ per la diagnosi degli elementi in opera.

Tale norma stabilisce le procedure e criteri per la valutazione dello stato di conservazione e la stima delle proprietà meccaniche di ciascun elemento ligneo nell’ambito dei beni culturali, attraverso l’esecuzione di ispezioni e l’impiego di indagini diagnostiche strumentali.

Le attività principali che compongono il processo conoscitivo necessario per la valutazione dello stato di conservazione di una struttura lignea sono tre:

• L’ispezione visiva.
• L’ispezione strumentale.
• L’interpretazione dei risultati

L’ispezione visiva

Consiste nell’esaminare a distanza ravvicinata l’elemento ligneo per tutto il suo sviluppo e nel rilevare tutti i dettagli relativi all’andamento geometrico, all’identificazione della specie, al rilievo dei difetti e dei degradi che si riscontrano tipicamente negli elementi lignei portanti, in particolar modo in corrispondenza delle unioni.

Per consentire lo svolgimento di questa prima fase di analisi devono essere garantite le seguenti condizioni preliminari:

• Accessibilità della struttura. Tutti gli elementi lignei interessate dalle indagini devono essere accessibili in ogni parte da parte di chi eseguirà l’ispezione.
  
• Pulizia delle superfici. Per consentire un’attività di ispezione affidabile ed esaustiva le superfici delle strutture lignee non devono essere ricoperte da polvere, sporcizia o simili.
  
• Adeguata illuminazione per un efficace esame a vista delle superfici in legno.

Nella pratica di cantiere si dovranno mettere in conto le opere e i mezzi che consentano l’avvicinamento dell’operatore agli elementi lignei da ispezione, ad esempio mediante ponteggi o piani di lavoro, cestelli o scale. Nei casi in cui gli elementi lignei risultino nascosti da altre elementi costruttivi, questi ultimi andranno rimossi: ci si riferisce a manti di copertura, controsoffitti e pavimenti. Nel caso si debba operare su strutture rivestite da tavole, queste ultime andranno smontate e rimesse in opera a conclusione dei lavori di ispezione.

Alla luce di quanto detto, è possibile dire che l’efficacia e la qualità dell’ispezione dipenderà dal livello di soddisfacimento delle precedenti condizioni preliminari di lavoro.

La prima attività dell’esame visuale consiste nel fornire una descrizione generale della struttura e un rilievo geometrico di dettaglio congruo alle finalità dell'ispezione e del successivo progetto d’intervento.

In particolare la raccolta dei dati geometrici consente di:

• a) comprendere lo schema strutturale al fine di rappresentare i diversi componenti su base grafica. Questa operazione consentirà di annotare agevolmente tutte le informazioni di natura tecnologica e derivanti dalla campagna prove sperimentale;
• b) rilevare gli aspetti dimensionali della struttura e definire lo schema statico di funzionamento sia complessivo che delle singole parti. Ciò significa annotare luci, sezioni rilevanti, interassi, eventuali deformazioni ed irregolarità geometriche.
• c) esaminare la qualità del legno, con particolare riguardo all’identificazione della specie legnosa e al rilievo dei suoi difetti naturali (nodi, fessurazioni, difetti di forma).
• d) valutare presenza e tipo di degrado biologico e/o meccanico e relativa posizione ed estensione.

L’analisi successiva si pone l’obiettivo di identificare la specie legnosa di ciascun elemento ligneo.

Tale operazione prevede il riconoscimento di alcune caratteristiche macroscopiche e microscopiche del legno. Si può procedere inizialmente prendendo in considerazione gli aspetti visibili direttamente in situ come colore, venatura, tessitura e differenza fra durame ed alburno. Se l’identificazione fosse ancora dubbia si dovrà ricorrere al prelievo di una piccola porzione di legno da sottoporre ad un esame microscopico. Il prelievo del campione deve essere eseguito in zone del manufatto esenti da difetti e/o degradi, avendo cura di utilizzare quelle parti che risultassero già parzialmente distaccate.

Il riconoscimento della specie fornisce al tecnico alcune informazioni utili ad interpretare i risultati derivanti dalla campagna di indagine strumentale e a definire la categoria in opera del legno.

La valutazione visiva prosegue con l’identificazione di alcune caratteristiche naturali del legno che possono influenzare le caratteristiche di resistenza meccanica e che per questo sono considerati dei “difetti”.

In generale occorre prestare attenzione alla presenza di:

• Nodi. Rappresentano l’inclusione della parte basale di un ramo all’interno del tronco. La loro posizione, rispetto alla sezione resistente dell’elemento ligneo, dimensione e forma ne Influenzano la resistenza meccanica.
  
• Smussi. Rappresentano una superficie di raccordo tra due facce contigue di un elemento. Esso costituisce una diminuzione della sezione resistente
  
• Deviazioni della fibratura. Rappresenta l’orientamento longitudinale delle cellule componenti i tessuti legnosi rispetto all’asse principale del fusto. In base al loro angolo d’inclinazione la resistenza meccanica dell’elemento può diminuire considerevolmente
  
• Fessurazioni (esempio da ritiro o cipollatura). L’andamento longitudinale delle fessurazioni da ritiro è utile per valutare con maggiore precisione l’inclinazione della fibratura. Quelle dovute alle cipollature riguardano una discontinuità tra tessuti legnosi che seguono l’andamento di uno o più anelli di accrescimento e comportano una forte diminuzione della resistenza meccanica dell’elemento.
  
• Lesioni meccaniche per sollecitazioni superiori alla resistenza dell’elemento. Presenza, distribuzione e numero di tali difetti portano ad una classificazione del legname in opera in categorie di resistenza (rif. UNI 11119), alle quali sono associati valori numerici espressi come tensioni ammissibili da utilizzare nei calcoli di verifica strutturale.

Se poi le superfici degli elementi lignei mostrano segni di alterazione dovuti a fenomeni di degrado biologico (causato da funghi ed insetti) e/o degrado meccanico (causato da sollecitazioni) la valutazione dello stato di efficienza della struttura si complica ulteriormente.

La presenza di degrado biologico porta sempre ad una riduzione della sezione resistente dell’elemento o delle sue proprietà meccaniche.

Le prime attività da intraprendere durante questa fase d’ispezione sono mirate ad accertarne la presenza e a determinare la causa scatenante, generalmente dovuta all’azione di funghi della carie o insetti xilofagi (anobidi, cerambicidi, termiti).

L’aspetto esteriore del legno degradato per carie dipende dalla fase di sviluppo del fungo stesso, in quanto può manifestarsi con un’alterazione di colore del legno fino a conferirgli un aspetto spugnoso e fragile. In questi casi l’azione fungina è arrivata ad uno stadio tale da rendere il materiale privo di qualsiasi resistenza.

È anche utile porre attenzione alle zone critiche che favoriscono l’accumulo di acqua, fornendo le condizioni di umidità ideali, maggiori del 18%- 20% (Bonamini, 2006), per lo sviluppo del fungo: ad esempio in corrispondenza degli appoggi sulle murature è sempre possibile che vi sia degrado interno anche se non vi sono manifestazioni esteriori o segni di percolazione d’acqua.

Per quanto riguarda il degrado da insetti i dettagli su cui porre l’attenzione sono altri: la dimensione e la forma dei fori di sfarfallamento, la presenza e il tipo di rosura. Nel caso particolare delle termiti, non troveremo i classici fori di uscita e quindi le superfici del legno attaccato appaiono “intatte”. In realtà questi insetti si nutrono della cellulosa contenuta nelle cellule del legno fino al raggiungimento del collasso dell’elemento ligneo attaccato.

In questi casi è buona prassi, per determinare presenza ed estensione del degrado, martellare l’elemento per sentire come ”suona” e conficcare una punta per stimare a che profondità si estende l’alterazione nei primi centimetri di profondità. Successivamente se ne può valutare la gravità mediante ispezione strumentale.

L’ispezione strumentale

La prova strumentale viene eseguita per accertare la presenza di degrado in elementi apparentemente sani, in corrispondenza delle parti che non sono accessibili e per valutare la dimensione delle sezioni quando non sono rilevabili in altro modo. Le modalità di svolgimento delle prove dovranno essere stabilite in base alla specie legnosa, alle dimensioni della sezione, alle eventuali alterazioni visibili sull’elemento e sulle zone immediatamente adiacenti ad esso.

Tra i diversi strumenti e metodi di prova a disposizione, quello della foratura semplice è di gran lunga il sistema più efficiente per valutare lo stato di conservazione di un elemento ligneo (Kasal, Tannert, 2011). Questo tipo di prova è utilizzata per determinare quantitativamente la sezione resistente del legno in opera (Bertolini et al., 1998).

Il sistema utilizzato si avvale di speciali trapani in grado di rilevare in continuità le variazioni dei parametri di rotazione e di avanzamento della punta nel legno. Questi trapani sono dotati di due motori elettrici, dei quali uno attua il moto rotatorio della punta, l’altro il movimento di avanzamento a velocità costante della punta stessa.
La resistenza alla perforazione è concentrata sulla punta, di sezione pari a 3mm di diametro, dotata di un doppio tagliente.

Si riesce quindi a ricavare una misura della resistenza alla penetrazione in funzione della profondità dell’elemento. La regolazione elettronica del motore garantisce una velocità costante dell’ago. Queste velocità, preselezionabili dall’utente, dipendono dalle specie legnose da esaminare: velocità più basse per legni ”duri” e velocità più alte per legni “teneri”.

I risultati della perforazione vengono poi raccolti in un grafico in cui in ascissa si riporta la profondità progressiva della penetrazione della punta all’interno della sezione, mentre in ordinata è mostrato l’indice delle resistenze (in forma di parametro dimensionale), riscontrato durante il percorso della punta all’interno della massa legnosa. Questi indici rilevati forniscono indicazioni sulle caratteristiche del legno come difetti (nodi, fessurazioni..) e degradi, ad esempio zone interessate da attacchi fungini o gallerie da insetti.

Ogni profilo fornito dal resistografo fornisce un andamento densiometrico del materiale analizzato.

Nella Figura 1 viene presentato un ”profilo tipo” ottenuto con la prova penetrometrica: la successione ravvicinata di picchi massimi e minimi è legata alla densità degli anelli che costituiscono la struttura indagata. Il picco più alto è dovuto alla resistenza che la punta incontra nell’attraversare il tessuto legnoso formatosi nel periodo estivo-autunnale, mentre il picco più basso indica la penetrazione nella zona dell’anello formatasi in primavera.
Tale andamento muta nel caso in cui la punta dello strumento penetri anche nel midollo: il cambiamento di densità è evidenziato da una maggiore omogeneità dell’andamento tra picchi massimi e minimi.

Nella Figura 2 sottostante viene mostrato un profilo che presenta una sezione ammalorata: si nota infatti come l’andamento dei picchi massimi e minimi decada repentinamente dopo i primi 10-12 cm di profondità, per la presenza di degrado che porta ad un abbassamento del grafico, in quel punto tendente a zero.

Nella immagini seguenti sono riportati alcuni esempi di come si svolgono le prove penetrometriche agli appoggi in funzione della loro accessibilità: per evitare che la punta dello strumento si danneggi accidentalmente colpendo la muratura, tutte le perforazioni vengono arrestate prima di raggiungere l’estremità opposta al foro di ingresso.

Va ricordato che la valutazione dei risultati ottenuti dalle prove resistografiche è di tipo unicamente comparativo; lo strumento, infatti, non restituisce un valore assoluto, ma l’indice di un parametro adimensionale.

Questo tipo di prova è di tipo puntuale e l’interpretazione dei risultati deve essere eseguita con il criterio del confronto tra diversi profili eseguiti sullo stesso elemento in base alla sua funzione strutturale e alla specie legnosa.

Elaborazione e restituzione dei risultati

Tutte le informazioni acquisite devono essere restituite attraverso l’impiego di schemi grafici o tabelle di facile comprensione, che raccolgano tutti i risultati relativi alla struttura nel suo complesso (o alle unità strutturali) e per ciascun elemento strutturale. Spesso la restituzione delle informazioni sotto forma tabulare e grafica è molto efficace.

L’analisi dei dati fornisce i criteri per individuare le zone critiche in ciascun elemento ligneo portante, determinate in relazione alle seguenti informazioni:

• geometria generale e di dettaglio per ciascun elemento ligneo;
• classificazione delle specie e qualità resistente;
• presenza di difetti, danni e loro eventuale progressione e gravità;
• qualità meccanica delle unioni, specialmente nelle strutture complesse (capriate).

Si sottolinea che un’attenzione particolare deve essere rivolta, sulla base dei dati rilevati, alla valutazione dello stato di conservazione delle unioni, poiché queste rappresentano spesso dei punti critici in cui si possono concentrare sollecitazioni, degradamento biotico o sconnessioni, con conseguente cattivo funzionamento o rischio di rotture.

A seguito di tutte le valutazioni qualitative e quantitative sulla struttura in legno si potrà decidere se non eseguire alcun intervento, progettare il consolidamento oppure scegliere la sostituzione dell’elemento o dell’unità strutturale ammalorata. La scelta di consolidare o sostituire deve tenere in considerazione, oltre all’ ubicazione e all’estensione del degrado, anche le condizioni di carico a cui è o sarà sottoposta la struttura.

L'ARTICOLO CONTINUA NEL PDF CON LA DESCRIZIONE DI UN CASO STUDIO

Per gli approfondimenti di tutti gli aspetti presentati si rimanda alla consultazione di testi specifici di tecnologia del legno.