Delaminazione superficiale di una pavimentazione in laterizio: un’indagine di patologia edilizia con la Fault Tree Analysis

Normalmente un’indagine nel campo della patologia edilizia si svolge secondo fasi sequenziali tra cui possiamo indicare come principali: 1) la verifica della sussistenza del fenomeno patologico, 2) la definizione del criterio di manifestazione, 3) la disamina dei fattori potenzialmente capaci di produrre la patologia in esame, 4) l’indagine dei singoli fattori e della loro correlazione con il fenomeno, 5) la formulazione della diagnosi.

 

Molto spesso una visione incompleta dei possibili fattori in gioco può indurre all’utilizzo di prove inadatte o inutili con conseguenti perdite di tempo e denaro, o alla formulazione di diagnosi errate o incomplete.

 

Si vuole quindi dimostrare attraverso la presentazione di un caso pratico, come sia possibile affiancare al sopra citato processo di indagine una Fault Tree Analysis (FTA) che rappresenta un efficace strumento di analisi top down in grado di descrivere uno specifico stato indesiderato relativo ad un determinato sistema individuando tutti i possibili modi in cui l’evento possa verificarsi. Grazie a questa tecnica sarà possibile quindi mettere in luce tutti i fattori potenzialmente capaci di provocare la patologia in oggetto fornendo una visione completa del quadro d’indagine.

 

Il caso di studio
Nello specifico si tratterà di una piazza esterna realizzata in elementi laterizi su cui si riscontra una diffusa delaminazione superficiale. Procedendo secondo il flusso logico di indagine presentato sopra si verifica la sussistenza del fenomeno patologico attraverso un sopralluogo preliminare.

 

Durante questa prima indagine visiva sono state annotate diverse evidenze tra cui possiamo classificare come rilevanti ai fini del processo di indagine:

1. la presenza di sale antigelo sparso sulla pavimentazione,

2. le tracce di pneumatici testimonianti l’uso carrabile della piazza (che da progetto risulta ad uso esclusivamente pedonale),

3. la presenza di diffuse efflorescenze saline,

4. l’utilizzo di materiali con caratteristiche meccaniche differenti per l’intasatura dei giunti tra gli elementi, in particolare alcune zone della piazza sono posate utilizzando boiacca di cemento mentre altre presentano giunti intasati mediante sabbia.

 

La patologia si manifesta con il distacco di una lamina superficiale del laterizio la quale propone un profilo di rottura tipicamente concavo verso l’elemento. L’estensione sul singolo manufatto è solitamente completa in senso trasversale mentre presenta un andamento variabile longitudinalmente. Una caratteristica interessante è che il fenomeno non si esaurisce a seguito del distacco della prima lamina.

 

Il meccanismo appena descritto è figlio di uno stato tensionale che supera i valori di resistenza limite del materiale con la conseguente formazione di cricche che portano quindi al distacco della lamina. Le caratteristiche di resistenza dello specifico materiale dal comportamento tipicamente fragile, possono essere descritte tramite il piano di Mohr in cui le resistenze limite di rottura a trazione e compressione sono state ricavate rispettivamente da prove di laboratorio e schede tecniche di prodotto.

 

L’insieme dei fattori potenzialmente capaci di provocare la patologia viene normalmente svolto dal tecnico che, valutando l’evento ed il contesto in cui si manifesta, svolge una disamina di tutti i possibili fattori in gioco.

 

In questo caso si possono ritrovare questi stessi fattori all’interno della specifica Fault Tree Analysis che descrive l’evento indesiderato “delaminazione” con riferimento all’organismo edilizio “pavimentazione esterna con strato di finitura in elementi di ceramica porosa” (scarica la FTA in formato PDF).

 

Tale grafico permette una visione completa non solo dei fattori ma anche della loro correlazione con il fenomeno patologico, a cui si collegano tramite un flusso di eventi logici elementari.

 

Si procede quindi esaminando singolarmente i suddetti fattori per identificare quale fra questi sia realmente responsabile dei meccanismi degradanti sopra esposti. Con l’utilizzo di un livello è stato possibile determinare le pendenze della pavimentazione che risultano comprese tra l’1,5% e il 2% valori assolutamente in linea con le norme di buona pratica relative alla realizzazione di pavimentazioni esterne.

 

Sempre in situ è stata svolta un’indagine visiva su alcune fessure presenti permettendo di escludere la correlazione tra queste e la patologia, in quanto non si sono riscontrate concentrazioni del fenomeno nell’intorno delle fessure stesse.

 

Attraverso un approccio del tutto analogo può essere esclusa la correlazione con i chiusini di scarico delle acque piovane evidenziando inoltre l’assenza di ristagni d’acqua durante tutti i sopralluoghi svolti, il che denota l’efficacia nell’allontanamento delle acque meteoriche. Alla luce di questi risultati è possibile eliminare dalla FTA di partenza i fattori che risultano ininfluenti nei confronti della patologia ed eventualmente gli eventi a loro connessi lasciando quindi in evidenza quelli da sottoporre ad indagine.

 

Il processo prosegue con lo svolgimento di prove di laboratorio effettuate su un campione significativo di elementi prelevati direttamente da pallet di disavanzo delle fasi di realizzazione della piazza. In particolare sono state commissionate prove atte a determinare:

1. il contenuto di sali nei manufatti,

2. la resistenza a cicli ripetuti di gelo/disgelo,

3. l’assorbimento di acqua,

4. il carico di rottura trasversale,

5. la resistenza all’abrasione.

 

In particolare, il contenuto di sali è stato misurato seguendo le direttive del regio decreto 2233/1939 e della norma UNI 772-5:2003 fornendo nel primo caso un valore di sali alcalini pari a 0,0219% e quindi minori rispetto al limite imposto pari allo 0,05%, e nel secondo caso un contenuto di sali solubili attivi pari allo 0,01%, il che pone gli elementi in classe S2 che risulta quella a più basso contenuto di sali. Per la prova di resistenza ai cicli di gelo/disgelo sono stati commissionati 3 differenti provini, due realizzati secondo le direttive della norma UNI che prevede l’intasamento dei giunti mediante l’utilizzo di gomma espansa, ed uno realizzato su misura in cui si è previsto l’intasamento dei giunti mediante boiacca di cemento così da riprodurre più fedelmente le reali condizioni di posa. A seguito dei cicli di prova su nessuno degli elementi, costituenti i provini, sono stati riscontrati danni classificando quindi i manufatti come FP100.

 

Attraverso l’utilizzo di software di modellazione è stato possibile simulare il comportamento dell’organismo edilizio al variare delle condizioni climatiche esterne e durante le fasi di utilizzo pedonale e carrabile.

 

In seguito allo sviluppo di diversi modelli, utilizzati per calibrare i parametri geometrici e le condizioni al contorno, è stato possibile calcolare la distribuzione delle temperature all’interno del sistema di pavimentazione durante una giornata estiva, in funzione dell’andamento della temperatura esterna e dell’irraggiamento solare incidente.

 

Inserendo questi valori all’interno di un modello piano si è poi calcolato l’andamento delle tensioni provocate dall’interazione tra gli elementi costituenti l’organismo a seguito delle dilatazioni termiche indotte dal profilo di temperature sopra calcolato.

 

Analizzando i risultati proposti dalla prima serie di modellazioni si evidenzia una concentrazioni di tensioni all’interfaccia di contatto tra laterizio e giunti, inoltre si nota un andamento delle tensioni principali tipicamente concavo. A seguito della prima serie di prove si è notata una disomogeneità tra le facce degli elementi causata dal processo di produzione, fattore che potrebbe aver indotto la nascita di tensioni residue interne ai manufatti.

 

Si è quindi simulato il processo di cottura dei laterizi utilizzando tre modelli distinti dalla differente disposizione degli elementi all’interno del forno. Facendo variare la temperatura dell’aria nell’intorno degli elementi secondo un normale processo di cottura ed aspettando un tempo sufficiente affinché questi si raffreddassero fino a raggiungere una temperatura stabile, si sono misurate le tensioni residue interne.

 

Tutti e tre i modelli hanno evidenziato tensioni residue simili, si sono quindi assunte delle tensioni date dalla media dei risultati offerti dalle modellazioni.

 

Utilizzando questo stato iniziale degli elementi è stato possibile rimodellare lo stress termico indotto dall’andamento delle temperatura all’interno dell’organismo edilizio calcolando nuovamente le tensioni generate al suo interno. È stato poi possibile calcolare le tensioni generate durante l’utilizzo carrabile o pedonale della pavimentazione. Si sono quindi imposti sugli elementi carichi normali che simulassero il passaggio di persone o autovetture e un carico trasversale che riproducesse l’azione di partenza o frenata degli autoveicoli.

 

Inserendo all’interno del piano di Mohr il quadro tensionale offerto da ciascun modello di stress termico è stato possibile confrontare direttamente le tensioni agenti con quelle a limite di rottura degli elementi mediante una sovrapposizione tra i due piani ottenuti. Si evidenzia da questo paragone il superamento dei limiti di resistenza propri del manufatto con conseguente rottura dello stesso. Svolgendo lo stesso confronto con le tensioni fornite dai modelli, che simulano l’utilizzo della piazza, si evidenzia come in nessun caso si riscontri un superamento delle tensioni limite di resistenza.

 

In ultimo bisogna valutare se la formazione di sub-efflorescenze, causate dall’apporto di sali da agenti esterni, possa agire congiuntamente allo stress termico contribuendo alla manifestazione del fenomeno patologico.

 

Per questo sono state svolte delle indagini microscopiche sulla superficie di distacco di diverse lamine prelevate in situ per determinare la presenza o meno di efflorescenze saline. Da tale indagine si nota la presenza di sali su un numero molto limitato di provini mettendo in luce come la patologia si manifesti indipendentemente dalla presenza di sub-efflorescenze, rendendo queste ultime ininfluenti ai fini del processo patologico.

 

La patologia è quindi causata dall’instaurarsi di un quadro tensionale che supera i limiti di resistenza dei manufatti a seguito dell’impedita espansione termica offerta dai giunti rigidi e dalla coazione tra i due materiali. Questa conclusione è avvalorata dai risultati forniti dai modelli che evidenziano il superamento delle tensioni limiti di resistenza e propongono un andamento delle tensioni principali del tutto simile al profilo di rottura riscontrato.

 

Inoltre le indagini in situ hanno evidenziato la diffusione del fenomeno patologico in tutte quelle parti della piazza in cui è stato impiegato un materiale con caratteristiche rigide per l’intasatura dei giunti, mentre non risultano colpite le porzioni in cui i giunti propongono un comportamento flessibile. Si è quindi dimostrato come sia possibile impiegare la FTA per risolvere un caso pratico fornendo un esempio estendibile ad altri casi di patologia edilizia utilizzando alberi specifici, redatti a monte rispetto all’avvento della patologia stessa.

 

Articolo di Pierpaolo Cicchiello, ingegnere strutturista, e Claudio Mirarchi, ingegnere libero professionista

 

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