Indagini strutturali sugli edifici esistenti: come progettare prove utili al modello

Una buona campagna di indagine non è quella con più prove, ma quella che riduce le incertezze che contano davvero per il modello strutturale. Negli edifici esistenti il problema non è raccogliere dati in modo indiscriminato: è capire quali informazioni possono modificare rigidezze, resistenze, meccanismi di crisi e quindi l’esito della valutazione.

Le NTC 2018 impostano la conoscenza della costruzione attraverso geometria, dettagli costruttivi e proprietà dei materiali, collegandola al livello di conoscenza e al fattore di confidenza. NTC 2018 La Circolare 7/2019 sviluppa questo quadro con indicazioni operative per le diverse tipologie strutturali. Circolare 7/2019

Questo approfondimento completa la guida sui livelli di conoscenza LC1, LC2 e LC3 e si colloca nel quadro generale degli interventi sugli edifici esistenti secondo NTC 2018.

Prima delle prove: definire cosa deve sapere il modello

La sequenza più robusta parte dalle domande di progetto, non dal laboratorio.

Per esempio, in un telaio in c.a. possono essere decisive:

• disposizione e continuità delle armature longitudinali;
• staffatura di travi, pilastri e nodi;
• resistenza e omogeneità del calcestruzzo;
• proprietà dell’acciaio;
• presenza di tamponature capaci di modificare la risposta;
• variazioni costruttive tra piani o corpi di fabbrica.

In una costruzione in muratura possono invece pesare maggiormente tessitura, qualità della malta, collegamenti trasversali, ammorsamenti, presenza di solai efficacemente collegati e disomogeneità tra pareti.

La domanda utile è quindi: quale incertezza, se risolta, può cambiare una decisione di modellazione o una verifica?

Tre famiglie di conoscenza da tenere insieme

Il §8.5 delle NTC 2018 non riduce la conoscenza alle prove sui materiali. NTC 2018 Il percorso comprende tre famiglie di informazioni che devono essere coerenti tra loro.

Geometria

Comprende dimensioni degli elementi, organizzazione resistente, quote, spessori, eccentricità, aperture e trasformazioni che influenzano lo schema strutturale.

Un modello geometricamente pulito ma non corrispondente all’edificio reale può essere più pericoloso di un modello semplice ma costruito su un rilievo affidabile.

Dettagli costruttivi

Sono le informazioni che spiegano come gli elementi lavorano insieme: armature, staffe, connessioni, appoggi, ammorsamenti, cordoli, collegamenti tra pareti e solai, stratigrafie e discontinuità.

Molti meccanismi fragili dipendono proprio dai dettagli. È il caso, per esempio, dei nodi trave-pilastro negli edifici esistenti in c.a., dove conoscere soltanto la resistenza del calcestruzzo non basta a descrivere il comportamento del nodo.

Proprietà dei materiali

Le prove servono a caratterizzare i parametri necessari alle verifiche e a valutare la loro variabilità. Il dato sperimentale, però, non vive isolato: deve essere riferito all’elemento, alla zona, alla storia costruttiva e al metodo di prova.

Il livello di conoscenza è una conseguenza documentata

LC1, LC2 e LC3 sintetizzano il grado di conoscenza raggiunto e incidono sull’impostazione della valutazione. La Circolare dettaglia, per le diverse tipologie costruttive, come estensione dei rilievi e delle indagini concorra al livello conseguibile. Circolare 7/2019

Il rischio operativo è trattare il processo al contrario:

1. si decide che il progetto «deve essere LC2»;
2. si cerca il numero minimo di prove che sembra compatibile con quella sigla;
3. si eseguono le prove dove è più semplice;
4. si assume che il livello sia automaticamente raggiunto.

È una scorciatoia debole. Il livello deve essere sostenuto dalla qualità e completezza delle conoscenze effettivamente disponibili, non dalla sola quantità nominale di prove.

Come progettare una campagna di indagine

Una procedura pratica può essere organizzata in sei passaggi.

1. Ricostruire la storia dell’edificio

Progetti originari, varianti, collaudi, pratiche edilizie, fotografie, interventi successivi e testimonianze tecniche possono ridurre drasticamente le zone di incertezza.

La documentazione non sostituisce la verifica in sito, ma può indicare dove cercare discontinuità: ampliamenti, sopraelevazioni, cambi di materiale, ricostruzioni parziali o rinforzi precedenti.

2. Suddividere la costruzione in zone plausibilmente omogenee

Non bisogna assumere che tutto l’edificio sia stato realizzato nello stesso modo. Epoche differenti, squadre diverse, fasi di cantiere e trasformazioni possono produrre popolazioni di materiali e dettagli differenti.

La suddivisione iniziale è un’ipotesi da verificare, non un risultato già acquisito.

3. Elencare le incertezze che influenzano il calcolo

Per ciascuna zona conviene costruire una matrice semplice:

Incertezza	Effetto possibile sul modello	Indagine utile
Armature non note	resistenza e duttilità degli elementi	saggi e tecniche di localizzazione
Calcestruzzo variabile	resistenza degli elementi e meccanismi fragili	prove dirette e/o correlate secondo procedura appropriata
Connessioni murarie incerte	meccanismi locali e risposta scatolare	saggi locali e rilievo costruttivo
Modifiche non documentate	schema resistente e distribuzione delle rigidezze	rilievo geometrico e confronto documentale

La tabella non prescrive una tecnica specifica: serve a rendere esplicito perché ogni prova viene eseguita.

4. Scegliere posizioni rappresentative

Una prova al piano terra vicino all’ingresso non rappresenta automaticamente tutti i pilastri dell’edificio. Analogamente, un saggio su una parete facilmente accessibile non descrive necessariamente tutte le murature.

La distribuzione delle indagini dovrebbe intercettare, quando rilevante:

• piani differenti;
• orientamenti e tipologie di elemento differenti;
• zone costruite in fasi diverse;
• aree con degrado o esposizione diversa;
• elementi che governano le verifiche;
• anomalie emerse dal rilievo preliminare.

5. Coordinare tecniche distruttive e non distruttive

Le tecniche non distruttive o indirette possono essere molto utili per estendere l’informazione e leggere la variabilità, ma il loro impiego deve rispettare campo di applicazione, calibrazione e limiti del metodo.

Il punto non è contrapporre «distruttivo» e «non distruttivo». È costruire una catena di evidenze in cui ogni misura abbia un ruolo chiaro e un livello di affidabilità noto.

6. Prevedere un secondo ciclo se i dati smentiscono l’ipotesi iniziale

Una campagna ben progettata può scoprire che l’edificio è più eterogeneo del previsto. In quel caso fermarsi perché «il numero di prove è stato raggiunto» è metodologicamente sbagliato.

Se i risultati mostrano due popolazioni di calcestruzzo, una tessitura muraria inattesa o dettagli diversi tra piani, la strategia di indagine va aggiornata.

Numero di prove e rappresentatività non sono sinonimi

Due campagne con lo stesso numero di prove possono avere valore informativo molto diverso.

Immaginiamo un edificio di cinque piani. Dieci misure concentrate nei primi due livelli perché facilmente accessibili possono fornire molti dati ma lasciare quasi cieco il modello sui livelli superiori. Una distribuzione più ragionata, costruita sulle fasi di realizzazione e sugli elementi critici, può ridurre meglio l’incertezza pur con un impegno comparabile.

Per questo i criteri quantitativi della normativa e della Circolare vanno letti insieme alla rappresentatività della conoscenza acquisita, non come una checklist separata dal comportamento strutturale.

Dalla prova al parametro di calcolo

Il risultato di laboratorio o in sito non coincide automaticamente con il parametro da inserire nel software.

Tra misura e modello esistono almeno quattro passaggi:

1. verifica della qualità e validità della prova;
2. attribuzione del risultato alla popolazione strutturale rappresentata;
3. valutazione della dispersione e delle eventuali anomalie;
4. applicazione dei criteri normativi pertinenti alla verifica e al livello di conoscenza.

Per le murature, per esempio, la Circolare mette in relazione riconoscimento tipologico, indagini e intervalli di riferimento. La guida alla Tabella C8.5.I e ai parametri meccanici della muratura mostra perché una riga tabellare non possa essere scelta senza il percorso conoscitivo che la giustifica.

Il fattore di confidenza non corregge una campagna sbagliata

Il fattore di confidenza tiene conto delle incertezze connesse al livello di conoscenza secondo le regole applicabili. Non è però una licenza per ignorare un’incertezza strutturale decisiva.

Se non si conosce un dettaglio capace di cambiare il meccanismo resistente, penalizzare genericamente una resistenza può non rappresentare affatto l’effetto dell’informazione mancante.

Un esempio tipico è la staffatura: l’incertezza sulla disposizione delle staffe non equivale semplicemente a una resistenza del calcestruzzo un po’ più bassa. Può cambiare la verifica a taglio, la duttilità e il meccanismo di crisi.

Quando aumentare le indagini ha davvero valore

Aumentare la conoscenza è utile quando può:

• discriminare tra due modelli strutturali plausibili;
• chiarire un meccanismo fragile;
• verificare se una zona anomala è locale o diffusa;
• ridurre un’incertezza che governa la verifica;
• consentire una caratterizzazione più rappresentativa dei materiali;
• evitare un intervento sovradimensionato fondato su assunzioni eccessivamente conservative.

Al contrario, ripetere molte misure su una variabile già ben caratterizzata può aggiungere poco valore se l’incertezza dominante è altrove.

Un esempio di decisione: telaio in c.a. con documentazione incompleta

Supponiamo di avere un telaio in c.a. con elaborati geometrici attendibili ma tavole delle armature incomplete.

Una strategia debole sarebbe eseguire numerose prove sul calcestruzzo e assumere le armature mancanti per analogia.

Una strategia più informativa parte invece dal modello preliminare e individua quali elementi e quali dettagli governano le verifiche. I saggi sulle armature vengono distribuiti per verificare le ipotesi di progetto, mentre le prove sul calcestruzzo sono pianificate per caratterizzare resistenza e variabilità nelle zone rappresentative.

Se emergono differenze sistematiche tra piani o corpi di fabbrica, il piano viene esteso. Se invece le ipotesi risultano coerenti e ripetitive, ulteriori prove dello stesso tipo possono avere rendimento informativo decrescente.

Cosa deve restare nella relazione

La relazione di conoscenza dovrebbe rendere ricostruibile il ragionamento, non soltanto riportare certificati in appendice.

È utile documentare:

• fonti documentali utilizzate e loro attendibilità;
• rilievi eseguiti e zone non accessibili;
• criteri con cui sono state scelte posizioni e tipologie di prova;
• risultati, dispersione e anomalie;
• eventuale suddivisione in popolazioni omogenee;
• passaggio dai risultati sperimentali ai parametri del modello;
• livello di conoscenza effettivamente raggiunto;
• incertezze residue e loro trattamento nel modello o nelle verifiche.

Questa tracciabilità è particolarmente importante quando il risultato della valutazione conduce a un intervento locale, miglioramento o adeguamento: la classificazione dell’intervento e la sicurezza dichiarata devono poggiare su un quadro conoscitivo verificabile.

Metodo operativo in sintesi

Una campagna efficace può essere riassunta così:

1. costruire un modello preliminare e una mappa delle incertezze;
2. individuare le informazioni capaci di modificare decisioni e verifiche;
3. usare documenti e rilievo per ridurre le incertezze prima delle prove;
4. scegliere tecniche e posizioni in funzione della rappresentatività;
5. confrontare i risultati con le ipotesi iniziali;
6. estendere le indagini quando emergono nuove popolazioni o anomalie;
7. tradurre i dati nel modello secondo le regole normative pertinenti;
8. documentare ciò che resta incerto.

La quantità di prove rimane importante, ma è solo una parte della qualità della conoscenza. L’obiettivo non è dimostrare di aver indagato molto: è dimostrare che il modello rappresenta l’edificio con un livello di affidabilità coerente con le verifiche che si stanno svolgendo.