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Uno studio sperimentale condotto nell’ambito del progetto PRIN 2022 ha analizzato l’affidabilità della diffrattometria a raggi X (XRD) nella misura dello stato tensionale dei trefoli di precompressione soggetti a corrosione. I risultati, presentati da Carlo Pettorusso del Politecnico di Milano durante FABRE 2026, evidenziano un errore relativo nell’ordine del 13% e non mostrano una correlazione significativa tra il livello di corrosione e l’accuratezza delle misure. Un risultato promettente per lo sviluppo di tecniche non distruttive applicabili alla valutazione della sicurezza dei ponti esistenti.
La valutazione della tensione residua nei trefoli: una sfida per la sicurezza dei ponti
La valutazione dello stato di conservazione delle strutture precompresse rappresenta una delle principali sfide nell’ambito della gestione e della manutenzione dei ponti esistenti. Tra i fenomeni di degrado maggiormente critici figura la corrosione dei trefoli, che può compromettere progressivamente le caratteristiche meccaniche degli elementi e ridurre l’efficacia della precompressione.
La presenza di vuoti, infiltrazioni d’acqua e umidità può infatti favorire l’innesco di processi corrosivi, con conseguenze sulla durabilità e sulla capacità resistente delle strutture. In questo contesto, uno degli interrogativi fondamentali riguarda la possibilità di determinare quanta tensione sia effettivamente rimasta nei trefoli dopo l’insorgere dei fenomeni di degrado.
La conoscenza della tensione residua costituisce un’informazione importante per valutare le condizioni di esercizio delle opere e supportare le decisioni relative agli interventi di manutenzione, monitoraggio e riabilitazione strutturale.
Proprio su questo tema si è concentrata la relazione di Carlo Pettorusso, del Politecnico di Milano, presentata durante FABRE 2026, dedicata allo studio sperimentale dell’accuratezza delle misure effettuate mediante diffrattometria a raggi X su elementi di precompressione corrosi.
L’obiettivo della ricerca è verificare l’affidabilità di una tecnica di indagine non distruttiva che consenta di stimare lo stato tensionale dei trefoli senza comprometterne l’integrità, valutando in particolare l’eventuale influenza della corrosione sui risultati delle misurazioni.
Diffrattometria a raggi X: una tecnica non distruttiva per misurare le tensioni
La determinazione dello stato tensionale residuo nei sistemi di precompressione dei ponti esistenti può essere affrontata attraverso differenti metodologie sperimentali.
Tra le tecniche considerate figurano i metodi di rilascio tensionale applicati al calcestruzzo, le prove mediante martinetti piatti e la diffrattometria a raggi X (XRD, X-Ray Diffraction).
Quest’ultima presenta un vantaggio particolarmente interessante: permette di ottenere informazioni direttamente dal materiale metallico del trefolo, senza richiedere il taglio o il rilascio di uno dei fili che lo compongono.
Il principio fisico alla base della tecnica consiste nella misurazione delle variazioni della distanza tra i piani cristallini del materiale. Tali variazioni, attraverso opportune correlazioni con le deformazioni elastiche, consentono di risalire allo stato tensionale.
La diffrattometria permette quindi di effettuare una misura locale delle tensioni nel materiale metallico, rendendo possibile la valutazione dello stato tensionale senza ricorrere a prove distruttive.
L’applicazione di questo metodo alle strutture esistenti presenta tuttavia alcune criticità, legate soprattutto alle condizioni superficiali degli elementi, alla preparazione delle zone di misura e alla necessità di interpretare correttamente i risultati sperimentali.
In particolare, la presenza di prodotti di corrosione sulla superficie dei trefoli potrebbe interferire con la misura, rendendo necessario verificare quanto lo stato di degrado influenzi l’accuratezza della tecnica.
FABRE 2026: ponti, viadotti e gallerie tra manutenzione, norme e rischi climatici
Il terzo Convegno FABRE 2026 ha riunito ricerca, istituzioni e gestori per migliorare metodi e criteri nella gestione di ponti, viadotti e gallerie. Al centro: nuove norme tecniche, valutazione del rischio, monitoraggio e impatti di eventi estremi e dissesto idrogeologico. INGENIO è media partner e il nostro Direttore Andrea Dari ha moderato l’evento.
LEGGI L’APPROFONDIMENTO
Il progetto PRIN 2022: dalle prove sui fili alle sperimentazioni in scala reale
Per approfondire queste problematiche è stato sviluppato un progetto di ricerca PRIN 2022, che coinvolge il Politecnico di Milano, l’Università di Pisa e l’Università di Padova.
Il programma sperimentale è stato articolato su tre livelli di approfondimento, con l’obiettivo di verificare progressivamente l’applicabilità della diffrattometria a raggi X alla valutazione dello stato tensionale degli elementi di precompressione.
Il primo livello ha riguardato il materiale, attraverso prove condotte sui singoli fili metallici. Il secondo si è concentrato sui trefoli completi, mentre il terzo ha previsto sperimentazioni su travi in scala reale.
Questa impostazione consente di affrontare il problema a differenti scale, passando dall’analisi del comportamento del materiale alle condizioni maggiormente rappresentative delle applicazioni strutturali.
Nell’intervento presentato a FABRE 2026, Pettorusso si è soffermato in particolare sui risultati relativi ai trefoli sottoposti a differenti livelli di corrosione, con l’obiettivo di comprendere se l’intensità del degrado potesse determinare variazioni significative nell’affidabilità delle misurazioni.
La sperimentazione sui trefoli corrosi: metodologia e livelli di carico
Per riprodurre condizioni di degrado differenti, i campioni sono stati sottoposti a un processo di corrosione accelerata mediante esposizione in camera a nebbia salina.
Sono stati considerati quattro differenti periodi di esposizione, rispettivamente di 10, 20, 29 e 37 giorni, in modo da ottenere campioni caratterizzati da diversi stati di corrosione.
La procedura sperimentale ha previsto il caricamento dei trefoli corrosi, la rimozione chimica dei prodotti di corrosione mediante un trattamento decapante e, successivamente, l’esecuzione delle misure attraverso diffrattometria a raggi X.
Le prove sono state condotte considerando cinque livelli di tensione applicata, compresi tra 400 e 1.200 MPa.
L’impostazione ha consentito di confrontare le tensioni effettivamente applicate ai campioni con quelle determinate sperimentalmente mediante la tecnica XRD.
In particolare, i risultati sono stati rappresentati ponendo sull’asse delle ascisse la tensione applicata e sull’asse delle ordinate quella misurata mediante diffrattometria.
Il confronto con la bisettrice, rappresentativa della condizione ideale in cui tensione applicata e tensione misurata coincidono, ha permesso di quantificare gli scostamenti e valutare l’accuratezza della metodologia.
L’analisi è stata condotta considerando sia l’influenza del livello di tensione sia quella dello stato di corrosione, per distinguere i possibili fattori responsabili della dispersione dei risultati sperimentali.
I risultati: accuratezza del 13% e assenza di una correlazione evidente con la corrosione
I risultati ottenuti hanno evidenziato un comportamento complessivamente incoraggiante della tecnica, pur mostrando alcune differenze in funzione del livello di tensione applicata.
In particolare, per tensioni pari o superiori a circa 800 MPa, la diffrattometria tende a sottostimare lievemente il valore effettivo della tensione, mentre per livelli di carico inferiori è stata osservata una maggiore dispersione delle misure.
Questo comportamento conferma l’importanza di considerare il livello tensionale dell’elemento nell’interpretazione dei dati sperimentali. L’aspetto più significativo della ricerca riguarda tuttavia l’influenza della corrosione.
Dall’analisi dei risultati non è infatti emersa una correlazione scientificamente evidente tra lo stato di corrosione dei trefoli e l’errore di misura.
In altri termini, la dispersione riscontrata nelle letture non è risultata direttamente riconducibile ai differenti periodi di esposizione in camera a nebbia salina.
Complessivamente, le prove hanno evidenziato un errore relativo nell’ordine del 13%, valore che, nelle condizioni sperimentali considerate, indica una buona capacità della tecnica di fornire una stima dello stato tensionale dei trefoli.
Nel corso dello studio è stata inoltre valutata l’applicazione di una correzione dei risultati attraverso una formulazione proposta da Morelli nel 2021, che tiene conto del livello tensionale dell’elemento.
L’introduzione della correzione ha consentito di avvicinare alcuni valori misurati a quelli attesi, senza tuttavia determinare una riduzione sostanziale dell’errore relativo complessivo, rimasto nell’ordine del 13%.
Anche dopo la correzione, non è stata individuata una dipendenza sistematica della dispersione delle misure dai diversi stati di corrosione indotti sperimentalmente.
Si tratta di un risultato importante perché suggerisce che, una volta adeguatamente preparata la superficie del trefolo, la presenza di un precedente processo corrosivo non determina necessariamente una perdita significativa di accuratezza della misura.
Naturalmente, queste conclusioni devono essere riferite alle condizioni di prova considerate e ai livelli di degrado riprodotti in laboratorio.
La preparazione superficiale è determinante per l’affidabilità delle misure
Un ulteriore risultato emerso dalla sperimentazione riguarda il ruolo della preparazione superficiale dei campioni.
La presenza dei prodotti di corrosione costituisce infatti un ostacolo alla corretta esecuzione delle misure diffrattometriche.
Come evidenziato da Pettorusso, sui trefoli corrosi la lettura non risulta possibile senza una preventiva rimozione dei prodotti di ossidazione.
Il trattamento chimico mediante decapante si è invece dimostrato particolarmente efficace nel rendere nuovamente accessibile alla misura la superficie metallica.
La rimozione dei prodotti di corrosione rappresenta quindi un passaggio essenziale della procedura sperimentale, poiché permette di effettuare misurazioni che, in assenza di adeguata preparazione, non sarebbero ottenibili.
Questo aspetto assume particolare rilevanza in prospettiva applicativa.
Nel caso delle strutture esistenti, infatti, l’impiego della diffrattometria a raggi X richiede non soltanto strumenti di misura adeguati, ma anche procedure operative capaci di garantire condizioni superficiali idonee.
La possibilità di ottenere risultati affidabili anche su trefoli precedentemente corrosi costituisce un elemento favorevole allo sviluppo della metodologia, pur restando necessario approfondire gli effetti della preparazione superficiale e le modalità di applicazione in condizioni reali.
Dalla sperimentazione in laboratorio al monitoraggio dei ponti esistenti
I risultati presentati durante FABRE 2026 contribuiscono a chiarire le potenzialità della diffrattometria a raggi X nella valutazione dello stato tensionale degli elementi di precompressione.
La possibilità di misurare direttamente le tensioni nel materiale metallico, senza compromettere l’integrità dei trefoli, rappresenta un vantaggio significativo rispetto a metodologie che richiedono interventi invasivi.
Lo studio ha mostrato che, in ambiente controllato, la tecnica può raggiungere un’accuratezza interessante anche in presenza di elementi sottoposti a precedenti processi corrosivi.
Allo stesso tempo, la maggiore dispersione riscontrata ai livelli di tensione inferiori suggerisce la necessità di prestare particolare attenzione all’interpretazione delle letture in condizioni di ridotta sollecitazione.
Nel contesto dei ponti precompressi, valori di tensione sensibilmente inferiori a quelli attesi potrebbero infatti rappresentare un segnale di criticità da approfondire attraverso ulteriori valutazioni strutturali.
Occorre inoltre ricordare che la diffrattometria fornisce informazioni locali sullo stato tensionale del materiale. La loro interpretazione a livello di trefolo e di elemento strutturale richiede quindi un’adeguata conoscenza delle condizioni di esercizio e del comportamento del sistema di precompressione.
La sperimentazione condotta nell’ambito del PRIN 2022 rappresenta pertanto un contributo importante alla validazione della metodologia, ma il trasferimento delle procedure dal laboratorio alle opere in esercizio richiede ulteriori approfondimenti.
In particolare, sarà fondamentale verificare la ripetibilità delle misure nelle condizioni operative dei cantieri, l’efficacia delle procedure di preparazione superficiale e la rappresentatività delle letture rispetto allo stato tensionale complessivo dei trefoli.
Conclusioni: una prospettiva promettente per le indagini non distruttive
La ricerca presentata da Carlo Pettorusso a FABRE 2026 evidenzia come la diffrattometria a raggi X possa rappresentare uno strumento promettente per lo studio dello stato tensionale residuo nei trefoli di precompressione soggetti a corrosione.
I principali risultati riguardano un errore relativo complessivo nell’ordine del 13%, l’assenza di una dipendenza evidente dell’accuratezza dal livello di corrosione e l’efficacia della rimozione chimica dei prodotti corrosivi ai fini dell’esecuzione delle misure.
La maggiore dispersione osservata alle tensioni inferiori e la lieve sottostima dei valori più elevati costituiscono aspetti da considerare nella definizione delle future procedure di prova e dei criteri di interpretazione dei risultati.
Pur trattandosi di evidenze ottenute in condizioni controllate, lo studio offre indicazioni utili per il progressivo sviluppo di metodologie di indagine non distruttiva applicabili alle infrastrutture esistenti.
Disporre di strumenti capaci di stimare la tensione residua nei trefoli senza alterarne l’integrità potrebbe contribuire a migliorare la conoscenza delle condizioni effettive delle strutture precompresse, integrando le attività di ispezione, diagnosi e valutazione della sicurezza.
In questa prospettiva, la diffrattometria a raggi X si inserisce nel percorso di evoluzione delle tecniche sperimentali per il monitoraggio e la gestione dei ponti esistenti, con l’obiettivo di fornire informazioni sempre più attendibili a supporto delle decisioni ingegneristiche.
DI SEGUITO LA RELAZIONE INTEGRALE DI CARLO PETTORUSSO.
Il testo è stato elaborato grazie alla videoregistrazione dell’intervento, con l’aiuto di strumenti di IA (ChatGpT).
IN SINTESI
-La corrosione dei trefoli di precompressione rappresenta una criticità per la sicurezza dei ponti esistenti, rendendo fondamentale la valutazione della tensione residua.
-La diffrattometria a raggi X (XRD) permette di stimare lo stato tensionale direttamente dal materiale metallico, senza ricorrere a prove distruttive.
-Le prove sperimentali, condotte su trefoli sottoposti a differenti livelli di corrosione e tensioni comprese tra 400 e 1.200 MPa, hanno evidenziato un errore relativo complessivo di circa il 13%.
-Non è emersa una correlazione significativa tra il livello di corrosione e l’accuratezza delle misure, mentre la rimozione chimica dei prodotti corrosivi si è dimostrata essenziale per ottenere letture attendibili.
-La tecnica mostra risultati promettenti per la diagnostica dei ponti precompressi, ma sono necessari ulteriori approfondimenti per verificarne l’applicabilità nelle condizioni operative delle strutture esistenti.