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“La vulnerabilità delle infrastrutture viarie e ferroviarie”

I controlli non distruttivi e la valutazione della resistenza in opera

La determinazione della sicurezza residua di un manufatto in c.a. o c.a.p. è un problema complesso che può essere semplificato solo se si realizza la giusta sinergia tra: 

Immagini

  • Un particolare del crollo del viadotto Petrulla sulla S.S. 626 “Licata-Ravanusa” (AG)
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    Un particolare del crollo del viadotto Petrulla sulla S.S. 626 “Licata-Ravanusa” (AG)
  • Il ponte romano sull’Ofanto, in Puglia
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    Il ponte romano sull’Ofanto, in Puglia
  • Particolari del prelievo di carpenteria metallica
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    Particolari del prelievo di carpenteria metallica
  • Il momento dell’analisi chimica
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    Il momento dell’analisi chimica
  • Un dettaglio della prova di durezza
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    Un dettaglio della prova di durezza
  • La trasmissione di onde elastiche generate da una sonda trasmittente ad alta frequenza che emette impulsi ad ultrasuoni
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    La trasmissione di onde elastiche generate da una sonda trasmittente ad alta frequenza che emette impulsi ad ultrasuoni
  • Lo sclerometro di Schmidt è la prova non distruttiva che correla la durezza superficiale con la resistenza alla compressione del calcestruzzo (Rc)
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    Lo sclerometro di Schmidt è la prova non distruttiva che correla la durezza superficiale con la resistenza alla compressione del calcestruzzo (Rc)
  • La prova di estrazione prevede il prelevamento di un tassello di geometria nota mediante un martinetto idraulico cavo di trazione contrastato da un anello posto sulla superficie di prova
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    La prova di estrazione prevede il prelevamento di un tassello di geometria nota mediante un martinetto idraulico cavo di trazione contrastato da un anello posto sulla superficie di prova
  • Il metodo penetrometrico richiede l’infissione, mediante l’impiego di una carica balistica calibrata, di una sonda di geometria nota
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    Il metodo penetrometrico richiede l’infissione, mediante l’impiego di una carica balistica calibrata, di una sonda di geometria nota
  • la storia del manufatto, dalla progettazione all’esercizio; 
  • la conoscenza dei materiali, in origine e al momento della verifica;
  • il rilievo del manufatto, strutturale, dello stato fessurativo, del degrado.

È evidente come parlare di “storia del manufatto”, soprattutto in Italia, possa apparire un approccio non percorribile e assai vago: il nostro patrimonio nazionale di beni monumentali è sterminato e, pur circoscritto ai ponti, copre un arco temporale che va dalle opere romane fino alle strutture più recenti, in c.a. e c.a.p., che di tanto in tanto hanno avuto qualche riscontro mediatico per crolli, dissesti o limitazioni di esercizio.

ANAS ed RFI sono le Amministrazioni che in Italia gestiscono il maggiore patrimonio di infrastrutture viarie e da tempo hanno attivato un sistema di monitoraggio, di verifica e di messa in sicurezza dei ponti e dei viadotti della rete stradale e ferroviaria in esercizio su tutto il territorio nazionale. Ogni attività sperimentale deve essere preliminarmente preceduta dal rilievo strutturale e dalla mappatura del quadro fessurativo e del degrado. Definire una specifica scala dei difetti e del degrado sia tipologica che rappresentativa dell’estensione e della gravità degli stessi rappresenta il necessario upgrade a queste attività, che si perfeziona nella redazione di una scheda di danneggiamento.

Solo a questo punto è possibile pianificare le attività sperimentali mediante le quali quantificare le caratteristiche e l’estensione del danno e che, implementate sui precedenti elaborati, permettono il progetto dell’eventuale intervento conservativo.

I Controlli Non Distruttivi (CND)

La scelta della migliore tecnica sperimentale è sempre in accordo con le finalità dell’indagine. La caratterizzazione dei materiali, nello specifico delle opere in c.a. e c.a.p., può essere ottenuta mediante il prelievo di campioni di calcestruzzo indurito e di barre ovvero con il ricorso ai cosiddetti metodi diretti; è evidente come in entrambi i casi i due metodi possano risultare molto invasivi e se nel caso del calcestruzzo il ricorso al metodo diretto è spesso giustificato, se non addirittura obbligato, nel caso delle barre l’impiego di metodi indiretti, e meno invasivi, può essere privilegiato e rappresentare la soluzione migliore.

Nel caso dell’acciaio il prelievo di saggi, di barre o di acciaio per carpenteria, sui quali eseguire la caratterizzazione mediante prove distruttive, per esempio di trazione, piega, chimiche, di resilienza, può essere ridotto ed integrato da CND come prove di durezza e di spettrometria in situ. 

In entrambi i casi il loro impiego deve essere sempre subordinato ad una opportuna calibrazione con determinazioni dirette eseguite su campioni prelevati in opera.

Altro gruppo di CND, come le prove magnetometriche, radar, X Ray, è quello che consente di acquisire, in maniera non invasiva, alcune fondamentali informazioni indispensabili per la corretta verifica strutturale della geometria, della posizione e della dimensionein opera delle armature, lente e di precompressione. Il secondo aspetto che condiziona il progetto delle indagini strutturali e delle prove è coerente, soprattutto nelle costruzioni esistenti, con le condizioni al contorno, ambientali ed antropiche, e con le caratteristiche dell’opera. Con queste premesse, ogni progetto può essere visto come un prototipo che richiede di essere calibrato non solo per la specifica opera ma anche in funzione degli specifici obiettivi.

Nel seguito i più frequenti:

  • valutazione della sicurezza e della vulnerabilità di un manufatto;
  • aumento di capacità portante di un manufatto;
  • azione correttiva per la non conformità di una fornitura di calcestruzzo;
  • attività sperimentali nell’ambito di attività giudiziaria, in sede civile e penale.

Oggi il ricorso ai CND è certamente più semplice ma è assente una procedura di “accreditamento” cogente del laboratorio che “certifica”, con proprio personale e proprie attrezzature, le prove. Tale ultimo aspetto non è marginale: infatti i parametri rilevati con i CND sono strettamente connessi con la sicurezza di uso e di conseguenza con la pubblica incolumità.

Lo sclerometro di Schimdt (UNI EN 12504-2)

Lo sclerometro di Schmidt è una fra le prove non distruttive più vecchie; correla la durezza superficiale (IR), stimata mediante il rimbalzo di una massa battente scagliata con energia nota contro la superficie di calcestruzzo, con la resistenza alla compressione del calcestruzzo (Rc).

Ha avuto negli anni una grandissima diffusione e deve la sua fortuna alla straordinaria semplicità di esecuzione, al basso costo dell’attrezzatura, alla immediatezza sperimentale, alla fruibilità, quasi intuitiva, del risultato; è però caratterizzata da una notevole dispersione dei risultati.

La prova di estrazione o pull-out (UNI EN 12504-3)

La prova di estrazione comporta l’estrazione di un tassello di geometria nota mediante un martinetto idraulico cavo di trazione contrastato da un anello posto sulla superficie di prova.

Comporta un danneggiamento ridotto, locale, e per questo viene indicato, fra gli addetti ai lavori, come semi-distruttivo o localmente distruttivo; è anche indicato come metodo semi-diretto in quanto durante la prova si determina la rottura, per compressione, della “biella compressa” che si forma fra l’estremità del tassello e l’anello di contrasto.

I limiti di impiego sono il ridotto spessore di calcestruzzo interessato dalla prova (il copriferro), ma anche connessi con la qualità del calcestruzzo; per calcestruzzi mediocri la prova perde spesso di validità.

Il metodo penetrometrico o sonda di Windsor (ASTM C803)

Il metodo penetrometrico richiede l’infissione di una sonda di geometria nota. La profondità di penetrazione della sonda viene rilevata mediante un calibro e viene correlata, in funzione della durezza Mohs degli aggregati, alla resistenza alla compressione (Rc) mediante una tabella fornita dal Produttore. Anche questo metodo è influenzato non solo dalle dimensioni degli aggregati e dalla presenza dell’armatura ma anche dalla qualità del calcestruzzo corticale e diviene molto disperso per calcestruzzi mediocri che tende a sopravvalutare.

La valutazione della resistenza in opera del calcestruzzo 

Affrontare l’argomento della resistenza in opera del calcestruzzo impone una preliminare riflessione sul termine “depotenziato”; nel passato recente troppo spesso questo termine è stato usato impropriamente e in maniera inadeguata, in alcuni casi per l’inesperienza di chi vi faceva ricorso e più spesso per la poca chiarezza che la nostra Normativa pone alla valutazione della resistenza in opera del calcestruzzo.