Edifici in calcestruzzo armato incendiati: come si effettua la diagnosi | Ingegneri.info

Edifici in calcestruzzo armato incendiati: come si effettua la diagnosi

Effettuare una diagnosi della struttura una volta estinto l’incendio è uno dei primi passi per capire se la struttura è o meno recuperabile attraverso operazioni di consolidamento

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Il calcestruzzo è un materiale che reagisce abbastanza ben al fuoco poiché il periodo nel quale mantiene le sue proprietà è abbastanza lungo e la perdita di resistenza e la riduzione del suo modulo elastico avviene quando sono superati i 300°C. Pertanto la resistenza del materiale e la sua corrispondente riduzione è funzione della temperatura raggiunta durante l’incendio. Questo aspetto rappresenta il nodo cruciale quando si deve eseguire una diagnosi su una struttura incendiata, ponendosi il seguente interrogativo: è possibile consolidarla o è più conveniente ricostruirla?

Entrano in gioco molteplici aspetti oltre a quelli strutturali, ad esempio se la costruzione coinvolta nell’incendio è un’attività produttiva, vi saranno tra gli altri i danni derivanti dalla chiusura temporanea dell’attività nonché la perdita delle scorte e dei prodotti presenti al momento dell’evento.
Tale aspetto, non trascurabile, ovvero la riapertura dell’attività, benché non di natura strutturale può incidere sulle future scelte tecniche.

Tipologia di danno riscontrabile dopo un incendio: possibili indicatori
L’incendio interessa in modo non uniforme la costruzione, per tale ragione vi possono essere zone più o meno esposte, anche sul medesimo elemento, provocando al suo interno un gradiente termico che porta la superficie più esterna a staccarsi. Inoltre la presenza delle armature all’interno del conglomerato, trattandosi di due materiali differenti e quindi con diversa conducibilità, induce il distacco delle parti calde che porta ad uno stato indotto di trazione nelle regioni più fredde.

Queste risposte costruttive si traducono in:
1) scheggiamento degli inerti: indotto dallo scoppio o dalla frantumazione dei granuli degli inerti, a seguito delle trasformazioni fisiche e chimiche avvenute nel materiale durante l’incendio a causa dell’innalzamento della temperatura;
2) sfaldamento: consiste nel distacco di strati o frammenti di calcestruzzo (solitamente questo avviene quando il periodo di esposizione dell’elemento all’incendio è molto elevato). Solitamente caratterizza elementi soggetti ad elevate entità di carico;
3) fessurazione, provocata dalla diversa risposta dei materiali costituenti il calcestruzzo armato, ovvero calcestruzzo e armature, in termini di dilatazione termica;
4) esplosioni interne indotte dalle tensioni di trazione causate dalla formazione di vapore acqueo o da deformazioni impedite.

Fase preliminare
Come per una struttura colpita dal sisma, anche per un edificio incendiato occorre effettuare una diagnosi circa le sue possibili risorse di resistenza una volta terminato l’evento.
Prima operazione fondamentale da eseguire consiste nel recuperare più informazioni possibili sulla tipologia dei materiali combusti (per valutare la temperatura dell’incendio e quali sostanze possono essere rilasciate) e sulla durata dello stesso, informazioni che possono essere ricavate anche dal verbale dei Vigili del Fuoco.

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(fonte: Promozione Acciaio)

Non solo, aspetto non trascurabile, che caratterizza sempre l’approccio conoscitivo nei confronti di una costruzione esistente è il reperimento del materiale grafico descrittivo che può consistere ad esempio nel:
• progetto costruttivo (architettonico, carpenteria);
• collaudo della struttura o di alcune sue componenti;
• eventuali interventi, anche di natura no strutturale, che possono aver interessato la stratigrafia della costruzione.
Tale operazione è possibile interfacciandosi con gli organi competenti, ad esempio archivi comunali, catasto, uffici del Genio Civile e della Provincia.

Da qui si dovrebbe pervenire ad una prima conoscenza geometrica e materica del fabbricato, al fine di stabilire una possibile procedura di indagine diagnostica.
Infine ultimo aspetto da non sottovalutare corrisponde alla messa in sicurezza dell’area subito dopo l’estinzione dell’incendio, al fine poi di condurre le indagini.

Fase diagnostica
Nel caso ad esempio di una struttura in calcestruzzo armato o prefabbricata possono essere seguiti, per quanto le condizioni lo consentano, i dettami delle linee guida per la valutazione delle strutture in conglomerato e la metodologia di prova descritti nella UNI EN 13791: 2008 “Valutazione della resistenza a compressione in sito nelle strutture e nei componenti prefabbricati di calcestruzzo”.
Le indagini solitamente sono distinte tra non distruttive, limitatamente distruttive e distruttive.
Possono essere condotte direttamente in sito sugli elementi in opera o su campioni prelevati da zone sia danneggiate sia “sane”, ovvero non coinvolte nell’incendio. L’analisi di queste ultime è fondamentale poiché rappresenta un elemento di taratura dei risultati circa il danneggiamento sofferto dalla struttura (decadimento delle caratteristiche fisiche e meccaniche del materiale costruttivo).

1) Rilievo visivo e quadro fessurativo: è valutato visivamente il degrado attraverso l’analisi del colore:
• rosa-rosso: 300°C – 600°C;
• grigio scuro: 600°C – 900°C;
• marrone: 900°C – 1200°C;
• giallo, si ha per temperature superiori a 1200°;
• nero, si tratta solo di fumi di combustione.

A questo rilievo si accompagna la lettura del quadro fessurativo (fessure, lesioni e/o distacchi). È possibile inoltre rilevare indicatori indiretti dell’entità dell’incendio, quali ad esempio la profondità di carbonizzazione del legno, cavi in PVC bruciati (T > 300°C), fusione del vetro (T>1000°C) e rete di fessure sulla superficie del calcestruzzo (profondità circa 2 cm corrisponde ad una temperatura raggiunta di circa 1000°C).

2) Stato deformativo
Già dalla prima fase è possibile individuare le aree che hanno patito maggiormente l’evento e su di esse concentrarsi per la lettura dello stato deformativo, attraverso la misura delle freccia assunta dagli elementi orizzontali, nonché i fuori piombo che possono manifestarsi nelle strutture verticali. In questa fase, sempre preliminare alla diagnosi, è possibile avvalersi di metodi classici topografici, qualora il contesto ambientale lo consenta.

3) Indagine a campione
Trattandosi di un fabbricato in calcestruzzo armato, gli elementi costituenti che lo caratterizzano sono due: il calcestruzzo e le armature.
Indagine pacometrica: permette di definire la posizione e la tipologia di armatura contenuta negli elementi. Quest’indagine è molto importante in sede sia di verifica strutturale sia perché permette di valutare l’eventuale corrispondenza di fessurazione e ferri, di evitare di eseguire indagini in corrispondenza delle stesse e di non danneggiarle nel caso successivamente vengano eseguiti dei carotaggi.
Consente inoltre di stimare lo spessore del copriferro, aspetto fondamentale per la valutazione della temperatura raggiunta dalle armature.

Caratterizzazione meccanica: ovvero definire appunto le proprietà meccaniche degli elementi costitutivi nonché del materiale composito. Nel caso del calcestruzzo la valutazione dell’Rck può avvenire mediante la combinazione dell’indagine sclerometrica (UNI EN 12504-2) con quella ultrasonica (UNI EN 12504-4). I valori possono essere rielaborati secondo le formulazioni RILEM (1993) che si riconducono alla tipologia di indagine SONREB che permette di:
1) annullare l’influenza dell’umidità e del grado di maturazione del calcestruzzo (aspetti che incidono in modo opposto sull’indice di rimbalzo e sulla velocità di propagazione dell’onda nell’indagine ultrasonica);
2) ridurre, rispetto all’indagine ultrasonica, l’influenza della granulometria dell’inerte, del dosaggio e del tipo di cemento e dell’eventuale additivo utilizzato per il getto;
3) ridurre, rispetto all’indagine sclerometrica, l’importanza della differenza di qualità tra gli strati superficiali e quelli profondi del calcestruzzo.

Sempre per la valutazione dell’Rck è possibile procedere all’estrazione di campioni, mediante carotaggio. Sulle carote possono essere condotte due tipi di prove: la misurazione della profondità di carbonatazione (metodo chimico con fenolftaleina, UNI EN 14630) e, dopo una rettifica e pesatura, la prova di compressione.
Infine può essere condotta la misura del contenuto di umidità sia in sito (con metodi elettrici) che in laboratorio (metodo termogravimetrico), al fine di valutare l’eventuale assorbimento dell’acqua utilizzata per lo spegnimento dell’incendio.
Per quanto concerne le armature e la corrispondente resistenza, è possibile operare un’estrazione a campione per condurvi una prova di trazione.

Fonti consultate/Web

  • UNI 9502 – Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costruttivi di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso
  • Presentazione dell’ing. E. Nigro – Corsodi Strutture Speciali “Il progetto delle strutture in caso di incendio – Aspetti generali delle strutture in calcestruzzo armato”, a.a. 2009-2010
  • Stagno G., Morra R., Roberto C., Toso G., Strutture danneggiate da incendio: il caso di un fabbricato industriale: consolidamento o ricostruzione?, Concrete 2012 Il calcestruzzo per l’edilizi del secondo millennio – Progetto e tecnologia per il costruito, n.46.

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