Il 14 agosto 2018 la pila 9 del Viadotto del Polcevera a Genova, anche noto come Ponte Morandi, cedette portando con sé un tratto di 250 metri di ponte e la vita di 43 persone. Le pile sono gli elementi verticali che sostengono l’impalcato di un ponte, la striscia orizzontale dove transitano i veicoli. Le cause del crollo del Ponte Morandi, tuttora oggetto di accertamento, sono state ricercate anche nella corrosione dei cavi metallici degli stralli in calcestruzzo armato collegati alla sommità della pila 9.
La corrosione è infatti la causa principale del degrado delle strutture in calcestruzzo armato. Avviene quando anidride carbonica, presente in atmosfera, o cloruri, presenti soprattutto nelle zone costiere, penetrano nel calcestruzzo e riescono a raggiungere i cavi metallici che ne costituiscono l’armatura. Inizia così un processo di ossidazione che può portare alla corrosione, ovvero al lento consumo del materiale metallico, e dunque alla perdita di resistenza della struttura.
Solo dal 2008 in Italia le norme tecniche per le costruzioni prevedono prescrizioni specifiche per garantire la durabilità delle strutture, che fino a quel momento non veniva considerata. Il crollo del Ponte Morandi, il più grave disastro ingegneristico avvenuto in Italia, ha aumentato ancora la sensibilità verso questo argomento.
Negli anni Sessanta e Settanta del Novecento, quando venne costruita la maggior parte dei ponti in calcestruzzo armato in Italia, «si riteneva che il calcestruzzo fosse un materiale eterno», spiega Fabio Biondini, professore ordinario di Tecnica delle Costruzioni del Politecnico di Milano e membro del comitato esecutivo della International Association of Bridge Maintenance and Safety (IABMAS) e della International Association for Life-Cycle Civil Engineering (IALCCE). «L’evoluzione nel tempo dello stato di conservazione delle opere in esercizio mostra invece che materiali e strutture invecchiano», continua Biondini, «l’esposizione ad ambienti sempre più aggressivi, con conseguente degrado prevalentemente dovuto a corrosione, e il progressivo aumento dell’incidenza dei carichi da traffico sono solo alcuni dei fattori che oggi determinano i problemi connessi con l’obsolescenza dei ponti.»
Biondini spiega che «negli ultimi decenni, in tutto il mondo, sono stati condotti rilievi e sperimentazioni per esaminare le principali cause di degrado, sono stati introdotti modelli teorici per l’analisi dell’innesco e della propagazione delle cause ammaloranti e dei loro effetti meccanici e sono state proposte e sperimentate tecniche di riparazione mirate alle specifiche situazioni. Tali studi hanno condizionato e migliorato i processi di manutenzione e gestione delle opere esistenti e hanno portato a modificare profondamente i criteri di progetto di opere nuove, attuando una progressiva transizione verso un approccio progettuale a ciclo di vita.»
Tra gli strumenti di cui parla Biondini ci sono i modelli computazionali che permettono di simulare le strutture a computer pensandole come la somma e l’interazione di tante piccole porzioni. Il comportamento di ciascuna porzione è il risultato delle proprietà dei materiali di cui è formata e dall’aggregazione dei loro comportamenti emerge il comportamento dell’intera struttura. Oggi esistono modelli che integrano anche il fenomeno della corrosione delle armature metalliche, considerando per esempio delle barre di massa diminuita di una certa percentuale, a seconda di quanto è avanzato il processo di degrado. Questi modelli permettono di prevedere la performance di una struttura (per esempio di quanto si abbassa la trave di un ponte se la sottopongo a un certo carico verticale) a partire dalla conoscenza della sua geometria e dei materiali di cui è costituita, incorporando anche gli effetti della corrosione. Ma prima di poter usare questi strumenti nella pratica, «mancano due passaggi importanti: la validazione sperimentale e la codifica normativa», spiega Biondini.
BRIDGE|50
Un’opportunità unica di mettere alla prova dei dati questi modelli è arrivata dal progetto BRIDGE|50, promosso dai politecnici di Milano e Torino, da enti pubblici come Regione Piemonte e Città di Torino e da alcune aziende private che si occupano di grandi opere. Il progetto ha permesso di effettuare degli esperimenti a “scala reale” su alcuni elementi strutturali del viadotto di Corso Grosseto a Torino. Il viadotto, in calcestruzzo armato precompresso, doveva essere smantellato e 29 travi e 2 pulvini, gli elementi di appoggio e collegamento delle travi alle pile, sono stati rimossi senza demolirle, usando dei dischi da taglio diamantati, e trasportati in un sito sperimentale appositamente allestito vicino al quartiere Mirafiori.
Finora i modelli sono stati validati per lo più usando test di laboratorio, in cui travi in calcestruzzo armato in scala ridotta vengono sottoposte a prove di carico misurandone poi la risposta. In questi esperimenti, le travi sono state sottoposte a corrosione accelerata aggiungendo ioni cloruro alla miscela di calcestruzzo, per simulare il processo di degrado che avviene nel tempo per esposizione ai diversi agenti atmosferici.
«Uno dei limiti principali della sperimentazione in laboratorio è la scala», spiega Biondini, «modelli validati su provini realizzati in laboratorio a scala ridotta e sottoposti a degrado artificiale possono risultare poco rappresentativi di strutture a scala reale in esercizio da decenni. Anche per questo il progetto BRIDGE|50 è così prezioso.»
La possibilità di sperimentare con le travi del viadotto di Corso Grosseto ha permesso a Biondini e al suo collaboratore, Mattia Anghileri, ricercatore al Politecnico di Milano, anche di osservare gli effetti naturali della corrosione su una struttura di cinquant’anni. I risultati della validazione di uno dei modelli numerici esistenti sui dati raccolti nel progetto BRIDGE|50 sono documentati in uno studio pubblicato sulla rivista Structure and Infrastructure Engineering.
Nello studio i due autori mostrano il buon accordo tra i modelli computazionali e i dati sperimentali ottenuti sottoponendo a prove di carico le travi del viadotto smantellato portandole fino a rottura. Non solo. Un valore aggiunto del loro lavoro è anche quello di stimare l’incertezza nei parametri che descrivono le caratteristiche del calcestruzzo armato (rigidezza e resistenza a compressione e deformazioni in diverse direzioni) e la loro deviazione rispetto ai dati contenuti nei documenti di progetto.
La possibilità di applicare i risultati di questo studio ad altri ponti esistenti in calcestruzzo armato dipende infatti dalla disponibilità di informazioni sui ponti stessi. Quante barre costituiscono l’armatura? Che caratteristiche hanno? Che tipo di calcestruzzo è stato usato?
«Per molte opere esistenti in Italia, così come in altri paesi del mondo, le informazioni disponibili sono limitate», spiega Biondini. «Per le opere più datate spesso non è disponibile neanche la documentazione tecnica di progetto e anche quando tale documentazione è presente potrebbero non risultare documentate le varianti di progetto applicate in corso d’opera. Le varianti possono ad esempio comportare modifiche nella scelta dei materiali e nei dettagli costruttivi, informazioni indispensabili per avere una piena conoscenza dell’opera realizzata.»
Nello studio dei materiali delle travi del viadotto, Biondini e Anghileri hanno potuto osservare la variabilità delle proprietà dei materiali e di altre caratteristiche strutturali, quali ad esempio i livelli di precompressione residua. «Per ciascuna variabile, abbiamo ripetuto la misura su più campioni, trovando una distribuzione di valori», spiega Anghileri. «Studiare queste distribuzioni consente di sviluppare una trattazione probabilistica, nella quale è possibile tenere conto delle incertezze e quantificarle», continua Anghileri.
Inoltre, spiega Anghileri, le travi del viadotto di Corso Grosseto consentono di consolidare la validazione dei modelli per diversi livelli di degrado. «Le travi presentano un stato di degrado limitato, mentre i pulvini, le cui prove non sono ancora state completate, sono caratterizzati da livelli di corrosione molto severi.»
I risultati del progetto saranno dunque utili a valutare la tenuta di altre strutture in calcestruzzo armato già esistenti, misurandone lo stato di degrado anche con indagini non invasive.
Come nasce BRIDGE”50
«Dopo il crollo del Ponte Morandi, i politecnici di Milano e Torino ci hanno proposto di realizzare un progetto di ricerca recuperando alcuni degli elementi, travi e pulvini, che costituivano il viadotto di Corso Grosseto, che doveva essere smantellato per realizzare la connessione della linea ferroviaria Torino-Ceres con il nodo ferroviario della città di Torino», spiega Miriam Chiara, ingegnere della Direzione Opere Pubbliche e Trasporti della Regione Piemonte.
«Ci è sembrato da subito molto interessante, perché poteva produrre informazioni utili per la gestione di opere e infrastrutture costruite negli anni Settanta, in particolare per la stima i costi di manutenzione durante il loro ciclo di vita», aggiunge. Chiara spiega che «fino alla data delle più recenti normative quando si progettava un’opera si lasciava in secondo piano la stima dei costi di manutenzione durante tutto l’arco della vita e quindi gli enti gestori erano sempre un po’ alla rincorsa delle risorse per fare manutenzione.»
Chiara ritiene che sarà necessario ancora qualche anno di lavoro perché il progetto BRIDGE|50 produca degli indirizzi da adottare nella pratica. «Questi dovranno essere sottoposti anche agli organi regionali per una validazione prima dell’utilizzo.» Chiara auspica che i risultati del progetto arrivino anche all’attenzione delle autorità nazionali, «molte delle opere che potrebbero beneficiare dei nuovi approcci sviluppati dal progetto sono di competenza statale.»
Rilevanza nazionale
Anche a livello nazionale, il crollo del Ponte Morandi ha aumentato la sensibilità nei confronti del monitoraggio e della manutenzione dei ponti esistenti, portando all’adozione, nel 2022, delle “Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio dei ponti esistenti”, che gli addetti ai lavori chiamano in breve “Linee guida ponti esistenti”.
Le linee guida prevedono una serie di livelli di intervento. Il livello 0 è il censimento, la raccolta di alcuni dati di base sui ponti che permettano, anche grazie a informazioni aggiuntive da raccogliere durante ispezione (livello 1), di assegnargli una classe di attenzione (livello 2). Secondo la classe di attenzione sono previste diverse misure, come quella del monitoraggio continuo, che possono poi determinare interventi di adeguamento.
Il censimento va avanti di pari passo con l’Archivio Italiano delle Opere Pubbliche (AINOP), istituito nel 2019 con un decreto del Ministero dei Trasporti e delle Infrastrutture. AINOP censisce tutti i tipi di opere pubbliche, compresi i ponti, ed è consultabile da tutti i cittadini. A oggi AINOP conta circa 100 000 ponti, ma diverse stime concordano che il totale si aggirerebbe intorno a 180 000.
Il database AINOP non contiene informazioni strutturali o sul tipo di materiali utilizzato, ma i risultati della sperimentazione sulle Linee guida ponti esistenti, realizzata dalla rete di laboratori per l’ingegneria sismica e strutturale ReLUIS, indica che il 30% dei ponti italiani sarebbe realizzato in calcestruzzo armato e il 55% in calcestruzzo armato precompresso. La Sperimentazione, che ha approfondito i dati di un campione di circa 600 ponti ritenuto rappresentativo dell’intero patrimonio nazionale, indica che circa il 60% di questi ponti sarebbe stato costruito negli anni Sessanta e Settanta, e circa il 20% tra il 1990 e il 2008.
Queste stime indicherebbero che il degrado dovuto alla corrosione sarebbe dunque un tema rilevante per moltissimi ponti nel paese.
