Strutture in legno esistenti negli edifici storici: diagnosi e indagine non distruttiva

La conoscenza delle caratteristiche del legno, così come appaiono a livello macroscopico e microscopico, risulta imprescindibile per comprendere i principali fenomeni di degrado che interessano il materiale, e consentono di formulare un percorso diagnostico appropriato per valutarne lo stato di conservazione o degrado.

L'analisi diagnostica delle strutture in legno, quindi, ha un ruolo cruciale nella valutazione della sicurezza delle costruzioni e nell'identificazione di problematiche non sempre visibili, derivanti dal degrado delle componenti lignee che spesso costituiscono solai e coperture.

Analisi dello stato di conservazione delle strutture in legno, come eseguirla

L’indagine delle strutture lignee è una procedura diagnostica che si colloca nel contesto delle metodologie dette “non distruttive”, sulle quali il team di Arch-indagini è specializzato: significa che queste prove permettono di indagare lo stato di conservazione del legno attraverso osservazioni visive e tramite l’uso di strumenti come il penetrometro per legno (resistograph).

Le modalità di ispezione in situ delle strutture in legno è regolamentata dalla norma UNI 11119:2004 "Beni culturali. Manufatti lignei. Strutture portanti degli edifici - Ispezione in situ per la diagnosi degli elementi in opera", che stabilisce procedure e criteri per la valutazione dello stato di conservazione e la stima delle proprietà di resistenza di elementi lignei in opera.

Secondo la norma, prima di svolgere l’ispezione vera e propria di una struttura lignea è necessario che venga fatto un sopralluogo per verificare che ci siano le condizioni necessarie per lo svolgimento delle attività diagnostiche, ossia:

• Accessibilità della struttura da parte dei tecnici

• Pulizia delle superfici, che consenta l’analisi visiva

• Adeguata illuminazione, per un corretto esame a vista delle superfici in legno.

Due procedure di indagine per il legno

Esistono due principali procedure di ispezione da adottare per una completa valutazione dello stato di conservazione di una struttura in legno.

Indagini sul legno: ispezione visiva

La prima è l’ispezione visiva: si tratta di esaminare a distanza ravvicinata l’elemento ligneo, rilevando dettagli relativi alle caratteristiche geometriche, alla specie, ai difetti e degradi, soprattutto nelle zone non a vista come gli appoggi murari. Non solo, è possibile compiere anche valutazioni qualitative con un impatto minimo sulla struttura e sui materiali, come tecniche di percussione con martelli o inserimento di cacciaviti per sondare la consistenza del legno. 

Diagnostica di strutture lignee: analisi strumentale

La seconda procedura comprendere le analisi strumentali, eseguite per accertare l’eventuale presenza di degrado negli elementi lignei apparentemente sani. Le modalità di svolgimento delle prove dipendono dalla specie legnosa, dalle dimensioni della sezione o da eventuali manifestazioni visibili delle alterazioni delle zone immediatamente adiacenti agli elementi indagati.

Un esempio di strumento utilizzato è uno speciale trapano (chiamato commercialmente resistograph), in grado di rilevare le variazioni dei parametri di rotazione e di avanzamento della punta nel legno, in quella che viene definita tecnica della foratura semplice.  Si riesce quindi a ricavare informazioni sulla presenza di eventuali zone di scarsa resistenza. Queste informazioni vengono poi riportate in un grafico dove sull’asse orizzontale viene rappresentata la profondità progressiva della penetrazione e sull’asse verticale viene mostrato l’indice delle resistenze riscontrato durante il percorso della punta all’interno del materiale legnoso. 

Un “profilo integro”, ottenuto con la prova penetrometrica, si presenta come segue, ossia con una successione ravvicinata di picchi massimi e minimi, che rimanda alla densità degli anelli che costituiscono la struttura indagata.

Quando invece il legno è molto degradato, il profilo rileverà la presenza di vuoti, dovuti a fenomeni di degrado come la carie, causa un repentino abbassamento della curva tendente allo zero. 

Un caso studio: il sottotetto della chiesa di Santa Chiara in Carpi

Questo splendido edificio ecclesiastico fa parte di un antico complesso monastico, risalente al XVI° secolo. Le strutture lignee della copertura appartengono a due epoche costruttive diverse: la più antica posta sopra gli ambienti del coro e la più nuova sopra l’aula della chiesa. 

Abbiamo concentrato la nostra ispezione diagnostica sulla parte più antica della copertura, caratterizzata dalla presenza di capriate composte, con doppia catena, di cui quella inferiore composta da due parti unite mediante un giunto a dardo di Giove e 3 monaci. Abbiamo notato che le capriate presentano catene rinforzate con altri elementi in legno e alcuni elementi erano stati sostituiti con altri di specie differente, molto probabilmente per far fronte a problemi di degrado.

Alcuni nodi puntoni-catena erano, invece, consolidati localmente tramite staffe metalliche, anch’esse presumibilmente utilizzate per rinforzare le strutture ammalorate per la presenza di degradi pregressi, ma che saranno da localizzare e quantificare in vista del recupero delle strutture.

I risultati dell’ispezione diagnostica hanno evidenziato che le capriate presentano problemi di degrado agli appoggi ed occasionalmente anche in luce. Tale degrado è più intenso nei casi in cui si sono osservati interventi pregressi di consolidamento con staffature e imbullonature. 

La raccolta di tutte queste informazioni è avvenuta mediante l’impiego di schemi grafici relativi alla struttura nel suo complesso, alle singole unità strutturali e per ciascun elemento componente. Si riportano, a titolo esemplificativo dell’indagine diagnostica effettuata, gli schemi di rilievo agli appoggi della capriata più ammalorata, su cui sono state raccolte tutte le informazioni durante l’ispezione visiva e strumentale.