Ispezioni e monitoraggio per il controllo periodico della sicurezza dei ponti

A conclusione delle tappe di approfondimento delle “Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti”, completiamo la serie di articoli ad essa dedicati soffermandoci sull’ultimo capitolo (Parte III), relativo al sistema di sorveglianza e monitoraggio.

Il tema della programmazione delle ispezioni periodiche è qui descritto come una prassi da consolidare nel percorso di conoscenza, finalizzato al controllo nel tempo dello stato di salute delle infrastrutture e dei parametri ricavati dai diversi Livelli di approfondimento.

Enti Pubblici e gestori privati sono chiamati ad applicare «[…] il modello di sistema di sorveglianza proposto nelle presenti Linee Guida che comprende sia le attività di ispezione periodica, da condurre secondo metodologie tradizionali, sia le più moderne tecnologie di monitoraggio strumentale di cui è raccomandato l’impiego per le opere di Classe di Attenzione Medio-Alta e Alta e per alcune classi di opere ritenute a maggior rischio o di particolare interesse».

In questo modo, l’analisi della sicurezza del ponte non si ferma alla sola compilazione delle schede di Livello, ma prosegue a vantaggio di una migliore conoscenza del reale comportamento strutturale in fase di esercizio, per l’aggiornamento della «[…] valutazione del rischio dell’opera e quindi il suo inserimento in una Classe di Attenzione corrente […]», al fine di «[…] pianificare in modo efficace, in termini tecnico-economici, gli interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria», tra i quali anche la limitazione o chiusura del traffico qualora necessario.

Questo approfondimento si aggiunge ai precedenti articoli:

• Livello 0 – linee guida ponti esistenti: focus sull’approccio multilivello
• Livello 1- linee guida ponti esistenti: ispezioni visive e schede difetti
• Livello 2 parte 1 – linee guida ponti esistenti: rischio strutturale e fondazionale
• Livello 2 parte 2 – linee guida ponti esistenti: rischio sismico
• Livello 2 parte 3 – linee guida ponti esistenti: classe di attenzione rischio frane
• Livello 2 parte 4 – linee guida ponti esistenti: classe di attenzione complessiva e rischio idraulico
• Livello 3 – linee guida ponti esistenti: la valutazione preliminare
• Livello 4 parte 1 – linee guida ponti esistenti: la verifica accurata
• Livello 4 parte 2 – linee guida ponti esistenti: i livelli di conoscenza
• Livello 4 parte 3 – linee guida ponti esistenti: modalità operativa

Quali strumenti per la sorveglianza e il monitoraggio?

La sorveglianza nel tempo del livello di sicurezza strutturale del ponte può avvalersi di diversi strumenti, i cui risultati sono correlabili fra di loro per una più precisa valutazione.

«[…] Le attività di sorveglianza e monitoraggio sono nel seguito strutturate secondo una strategia cosiddetta “risk-based”, cioè dipendente dalla Classe di Attenzione caratteristica del ponte nello stato corrente. Esse comprendono ispezioni ordinarie (definite di 2° Livello) e straordinarie, l’esecuzione di test statici e dinamici occasionali e l’installazione di sistemi per il monitoraggio strumentale in modalità periodica o permanente».

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L’ispezione visiva, programmata periodicamente con frequenza in relazione alla Classe di Attenzione e all’importanza dell’infrastruttura, è utile «[…] al rilievo di difetti causati dal degrado, dall’uso o da fenomeni ambientali nelle componenti strutturali e accessorie dell’opera che presentino manifestazioni esterne e che possano anche essere valutati mediante semplici misure e prove ND, oppure di situazioni al contorno di natura idraulica o geologica potenzialmente pericolose per l’integrità e la funzionalità dell’opera stessa».

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Devono essere previste ispezioni periodiche (ordinarie) ed ispezioni straordinarie più approfondite da compiersi quando se ne verifichi la necessità e comunque non oltre un predeterminato lasso di tempo (Fig. 1).

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Le ispezioni ordinarie

Le ispezioni ordinarie devono essere condotte visivamente (Fig. 2) e con l’ausilio di semplici strumenti, quali martelli, strumenti di misura delle lunghezze, sensori portatili. Tutti i difetti riscontrati devono essere fotografati con risoluzione adeguata e con riferimenti metrici; le fotografie devono essere identificate e associate alla scheda. E’ possibile avvalersi di droni o di mezzi teleguidati o robotizzati dotati di ottica nei campi visibile e infrarosso o mediante scanner RGB.

Durante i sopralluoghi è raccomandata l’esecuzione di test non distruttivi come le prove sclerometriche, le misure di spessori di protezione, misure di umidità e pH (anche mediante applicazione di soluzione di fenolftaleina), misure di potenziale elettrico.

«Si richiama l’attenzione sul fatto che le ispezioni ordinarie, oltre che le strutture, le opere di fondazione e le dotazioni ausiliarie, devono riguardare le condizioni dell’ambiente circostante ai fini del rilevamento di situazioni anomale con riferimento al rischio alluvioni e frane».

I sopralluoghi sono finalizzati all’attribuzione di un valore numerico/quantitativo rappresentativo dello stato di condizione per ciascun elemento indagato e per l’intera opera.

Le ispezioni straordinarie

Le ispezioni straordinarie hanno lo scopo di acquisire informazioni utili ad approfondire la conoscenza dei fenomeni di degrado e della condizione strutturale dell’opera quando le ispezioni ordinarie abbiano riscontrato criticità evidenti, ad esempio di gravità 5, nonché quando si siano verificati eventi eccezionali, quali incidenti rilevanti, urti, sismi, alluvioni e frane che possano avere influito sulla stabilità dell’opera.

Si avvalgono di un maggior numero di prove distruttive e semi-distruttive, quali prelievo di campioni per test di laboratorio, prove di pull-out, eventualmente prove di carico statico e test dinamici, unite a quelle non invasive come sclerometro, ultrasuoni, prove magnetiche. Nei casi per i quali la Classe di Attenzione si è evoluta in senso negativo, le ispezioni straordinarie devono essere eseguite al più presto e comunque non oltre 60 giorni da quando ne venga resa nota la necessità.

In ogni caso, l’esecuzione di ispezioni straordinarie deve avvenire non oltre 5 anni dalla precedente ispezione per manufatti con Classi di Attenzione Bassa e Medio-Bassa e non oltre 2 anni negli altri casi. La relazione deve concludersi con la valutazione sullo stato dell’opera e sulle tendenze evolutive del degrado con indicazioni per le successive azioni, rivalutandone la Classe di Attenzione.

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Strutture che richiedono particolare sorveglianza

Esistono particolari tipologie strutturali che meritano un’attenzione maggiore durante le ispezioni ordinarie e straordinarie.

«Le strutture precompresse a cavi post-tesi e iniettati, fra le quali, in particolare, quelle realizzate negli anni ’60 e ’70, possono essere soggette a pericolose situazioni di degrado che possono comportare corrosione dei cavi di precompressione e che, pertanto, possono influire negativamente sulla resistenza della struttura e provocare collassi improvvisi, anche in assenza di sovraccarico e/o di traffico. Tali situazioni possono essere in prevalenza causate da difetti nelle iniezioni dei cavi che, in presenza di stati di corrosione delle guaine o degli ancoraggi e/o infiltrazioni di acqua, possono costituire zone di innesco della corrosione».

Le indagini devono essere approfondite di conseguenza, in particolare per l’esecuzione di saggi che consentano l’ispezione diretta della condizione dei fili. Il tracciato dei cavi può essere determinato con tecniche non distruttive,

«[…] quali indagini pacometriche, indagini Georadar, tomografie ultrasoniche o tecniche di Impact-Echo, che, oltre a consentire l’individuazione delle armature, permettono di identificare eventuali discontinuità, vuoti o fessure all’interno degli elementi indagati. Al medesimo scopo possono risultare di grande utilità i metodi magnetici, quali il metodo di dispersione del flusso magnetico (MFL – Magnetic Flux Leakage) e metodi elettrochimici, quali la misura del potenziale di corrosione che consente di stimare la velocità di corrosione delle armature.

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Tenuto conto che la difettosità più grave e ricorrente per i ponti in c.a.p. a cavi post-tesi è legata alla possibile presenza di vuoti all’interno delle guaine di alloggiamento dei cavi, che può favorire la raccolta ed il ristagno d’acqua responsabili dell’innesco di pericolosi fenomeni corrosivi, risulta indispensabile procedere con indagini endoscopiche e prove vacuometriche, per verificare la presenza della malta di iniezione e di eventuali fenomeni ossidativi dei cavi e per quantificare il volume dei vuoti, ove presenti. Ove necessario, è possibile procedere a saggi localmente distruttivi, con rimozione del calcestruzzo e della guaina ed esame dello stato dei fili (conteggio dei fili interrotti e valutazione della riduzione di sezione e dello stato di tensione negli altri), nonché a prelievo di campioni del materiale di iniezione su cui eseguire prove chimiche per determinarne composizione e presenza di umidità e cloruri. I saggi devono essere condotti nelle sezioni critiche a momento e taglio e nelle zone ove si sono manifestati i difetti tipici».

Lo scalzamento è un’altra delle situazioni a particolare rischio da valutare attentamente in fase di ispezione, poiché causa frequente di dissesto e collasso dei ponti con pile o spalle in alveo non adeguatamente protette. Il fenomeno è particolarmente insidioso poiché l’escavo del materiale circostante la fondazione è massimo in condizioni di piena, ma in seguito si possono verificare fenomeni di deposizione di materiale fine sciolto che non rendono osservabile l’effetto dell’escavo ad una ispezione soltanto visiva.

E’ raccomandato che ispezioni dettagliate, anche subacquee, vengano eseguite periodicamente, nel corso dei controlli ordinari o straordinari, e comunque a seguito di eventi di piena anche non eccezionali dei corsi d’acqua attraversati.

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Monitoraggio strumentale (SHM)

Le metodologie di monitoraggio strumentale (Structural Health Monitoring) rappresentano un valido supporto automatizzato al controllo dello stato deformativo e tensionale della struttura, confermando i rilievi visivi o strumentali ricavati durante le ispezioni, Tali sistemi si basano sull’installazione, per periodi di tempo abbastanza lunghi (diversi mesi o anni) o per l’intera vita operativa di una struttura, di reti di sensori gestiti da sistemi hardware/software che consentono di acquisire i dati provenienti direttamente dalla struttura e di elaborarli in modo automatico o semiautomatico, identificando attraverso opportuni algoritmi la presenza di malfunzionamenti.

Si tratta prevalentemente di trasduttori di spostamento, estensimetri, o sensori capaci di captare segnali acustici di diverse frequenze, la cui analisi può confermare la tendenza della struttura ad evolvere o meno verso stadi di pericolosità e instabilità strutturale. L’impianto installato è capace di consentire una tempestiva segnalazione dei difetti o addirittura di situazioni pericolose ben prima che queste producano manifestazioni evidenti. Tali sistemi possono ritenersi efficaci qualora inseriti in un processo di analisi e gestione dei dati anche capace, ove necessario, di determinare immediati provvedimenti di restrizione del traffico attuabili anche attraverso idonee apparecchiature di interdizione del traffico.

«Si utilizzano in genere sensori e apparati di misura con trasmissione del dato digitalizzato in modalità wireless, che risultano di più veloce installazione, anche in ambienti difficili. E’ frequente l’impiego di apparecchi topografici robotizzati e di tecnologie laser e radar, per la misura degli spostamenti».

Nella concezione di sistemi per il monitoraggio strutturale, si sottolinea l’opportunità di considerare l’installazione delle seguenti tipologie di sensori:

• stazioni meteorologiche;
• sistemi WIM (Weigh-in-Motion);
• sensori per il controllo dei fenomeni di corrosione;
• sensori di spostamento/rotazione, deformazione, accelerazione, temperatura e umidità relativa;
• sensori di irraggiamento (piranometri);
• sensori per il controllo dei fenomeni di scalzamento delle pile.

>> Sensori per il monitoraggio: misura dei cedimenti, delle forze e delle inclinazioni

Per i ponti in zona sismica oggetto di monitoraggio continuo, devono essere installati, oltre ai sensori collocati sulla struttura, accelerometri con idonee caratteristiche dinamiche per il rilevamento del moto al suolo in corrispondenza delle spalle e almeno uno di riferimento in posizione lontana dal ponte; per viadotti di lunghezza notevole (oltre 1 km), è necessario il posizionamento di accelerometri al suolo in corrispondenza di posizioni intermedie significative.

I dati e i risultati derivanti da sistemi di monitoraggio continuo potranno essere analizzati per costruire leggi di decadimento dei materiali, in analogia a quanto già presente in letteratura scientifica, per una stima del grado di sicurezza e di vita utile e residua della struttura, in modo da programmare azioni di limitazione del traffico e interventi di manutenzione straordinaria.

L’intero percorso progressivo di indagine, conoscenza e monitoraggio nel tempo, descritto nelle diverse tappe delle Linee Guida, rappresenta una prassi di valutazione da applicare all’intera rete infrastrutturale, quale unica via per tenere sotto controllo lo stato di sicurezza ed intervenire tempestivamente quando necessario a salvaguardia dei ponti esistenti e del traffico veicolare.

Resta aggiornato e leggi l’approfondimento dei successivi livelli di indagine negli articoli:

• Livello 0 – linee guida ponti esistenti: focus sull’approccio multilivello
• Livello 1- linee guida ponti esistenti: ispezioni visive e schede difetti
• Livello 2 parte 1 – linee guida ponti esistenti: rischio strutturale e fondazionale
• Livello 2 parte 2 – linee guida ponti esistenti: rischio sismico
• Livello 2 parte 3 – linee guida ponti esistenti: classe di attenzione rischio frane
• Livello 2 parte 4 – linee guida ponti esistenti: classe di attenzione complessiva e rischio idraulico
• Livello 3 – linee guida ponti esistenti: la valutazione preliminare
• Livello 4 parte 1 – linee guida ponti esistenti: la verifica accurata
• Livello 4 parte 2 – linee guida ponti esistenti: i livelli di conoscenza
• Livello 4 parte 3 – linee guida ponti esistenti: modalità operativa

• Ispezioni e monitoraggio per il controllo periodico della sicurezza dei ponti

Scarica i pdf (aggiornamento 3 dicembre 2021):

• Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti 
• Appendici e allegati
• allegato A. scheda di censimento ponti
• allegato B. scheda descrittiva di ispezione
• allegato B. scheda fenomeni di frana e idraulici
• allegato B. scheda di valutazione dei difetti
• allegato C. schede difettologiche
• allegato D. scheda di ispezione speciale

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