Diagnostica non distruttiva in edifici storici: indagini ultrasoniche per la valutazione dello stato di conservazione di colonne in arenaria

La diagnostica non distruttiva rappresenta oggi uno strumento indispensabile per la valutazione dello stato di conservazione degli elementi strutturali in pietra negli edifici di valore storico.

Nel caso specifico qui sintetizzato, presentiamo le indagini ultrasoniche impiegate per caratterizzare le condizioni interne di due colonne in pietra arenaria appartenenti al portico di un palazzo privato situato nel centro storico di Reggio Emilia.

Valutazione stato di conservazione delle colonne in arenaria mediante indagini ultrasoniche: il caso studio di un edificio privato a Reggio Emilia

L'intervento diagnostico, eseguito nell'aprile 2026, ha avuto come obiettivo primario la valutazione dell'omogeneità della sezione lapidea e la localizzazione di anomalie strutturali non rilevabili attraverso l'ispezione visiva superficiale.

La metodologia adottata ha previsto l'esecuzione di prove ultrasoniche per trasparenza, condotte a diverse quote lungo il fusto delle colonne, consentendo di valutare l’omogenità interna alle sezioni del fusto in base alle reali caratteristiche meccaniche del materiale.

Metodologia di indagine e configurazione delle prove

Le indagini ultrasoniche si fondano sul principio della propagazione delle onde elastiche attraverso mezzi materiali. La tecnica prevede l'utilizzo di sonde piezoelettriche operanti a frequenze comprese tra 40 e 200 kHz, particolarmente indicate per materiali lapidei relativamente omogenei come l'arenaria. Nel caso specifico è stata impiegata strumentazione con frequenza di emissione di 50 kHz, configurazione ottimale per il diametro delle colonne analizzate.

La configurazione di prova adottata è stata quella per trasparenza, con sonda emittente e ricevente posizionate su punti diametralmente opposti della sezione circolare della colonna, mantenendo la stessa quota altimetrica. Questa disposizione consente di attraversare l'intero spessore dell'elemento strutturale, fornendo informazioni dirette sull'omogeneità interna del materiale e sulla presenza di eventuali discontinuità.

Le misurazioni sono state condotte a quattro livelli differenti lungo il fusto di ciascuna colonna: 75 cm, 155 cm, 238 cm e 321 cm rispetto al piano di calpestio. Per ogni livello sono state acquisite quattro traiettorie corrispondenti ai punti cardinali (Nord-Sud, Est-Ovest, Nord-Est/Sud-Ovest, Nord-Ovest/Sud-Est), ottenendo così una caratterizzazione completa della sezione circolare in termini di distribuzione delle velocità ultrasoniche.

Interpretazione delle velocità ultrasoniche e criteri di valutazione

Il parametro fondamentale misurato attraverso le prove ultrasoniche è la velocità di propagazione dell'onda elastica, calcolata come rapporto tra la distanza percorsa (diametro della colonna) e il tempo di volo registrato dalla strumentazione. Questo valore fornisce indicazioni dirette sullo stato di conservazione del materiale lapideo:

• velocità elevate indicano materiale compatto, omogeneo e privo di discontinuità;
• velocità ridotte segnalano la presenza di fessurazioni, vuoti o zone degradate.

Per le arenarie in buono stato di conservazione, la letteratura tecnica indica velocità ultrasoniche di riferimento nell'ordine di 2800-3000 m/s. Valori superiori a questa soglia confermano l'assenza di danno strutturale, mentre velocità inferiori suggeriscono la presenza di anomalie che richiedono approfondimenti diagnostici o interventi conservativi.

Nel caso analizzato, le velocità medie registrate hanno mostrato valori compresi tra 3200 e 3800 m/s per la maggior parte delle sezioni investigate, indicando condizioni generalmente buone del materiale lapideo costituente il nucleo delle colonne. Questa omogeneità di comportamento meccanico conferma la qualità della pietra arenaria originaria e l'assenza di fenomeni degenerativi importanti a livello interno.

Risultati diagnostici: colonna C1 in buono stato

La colonna C1 ha evidenziato velocità ultrasoniche particolarmente elevate su tutti i livelli di prova. Al livello 1 (quota 75 cm) le velocità hanno oscillato tra 3134 e 3884 m/s, con un valore medio di 3565 m/s. Il livello 2 (quota 155 cm) ha mostrato valori compresi tra 3088 e 3884 m/s, con media di 3772 m/s, rappresentando la sezione con le caratteristiche meccaniche più performanti.

I livelli superiori hanno confermato questa tendenza positiva: il livello 3 (quota 238 cm) ha registrato velocità medie di 3234 m/s, mentre il livello 4 (quota 321 cm) ha fornito una media di 3191 m/s. La distribuzione sostanzialmente uniforme dei valori lungo le diverse traiettorie di ciascun livello indica un'ottima omogeneità della sezione trasversale, senza zone preferenziali di indebolimento.

Dal punto di vista conservativo, la colonna C1 presenta quindi una struttura interna integra e coesa, senza anomalie strutturali rilevanti. Questo dato assume particolare significato se correlato con le evidenze superficiali: nonostante la presenza di lacune di materiale e fenomeni di polverizzazione superficiale visibili lungo il fusto, il nucleo interno della colonna mantiene caratteristiche meccaniche eccellenti, garantendo la capacità portante dell'elemento strutturale.

Risultati diagnostici: colonna C2 e criticità riscontrate

La colonna C2 ha evidenziato una situazione più articolata, con significative differenze tra i livelli di prova. Il dato più rilevante riguarda il livello 1 (quota 75 cm), dove sono state registrate velocità medie di soli 1766 m/s, valore ben inferiore alla soglia di riferimento di 2800 m/s. Alcune traiettorie hanno mostrato valori particolarmente critici, scendendo fino a 998 m/s e 1661 m/s, indicatori di severo danneggiamento della sezione.

Questa anomalia localizzata trova corrispondenza diretta con le evidenze superficiali riscontrate durante l'ispezione visiva: in corrispondenza del livello 1 è presente un rivestimento in cemento armato alla base della colonna, fortemente degradato, con rigonfiamenti e numerose porzioni di materiale espulse. L'armatura metallica interna al rivestimento risulta totalmente corrosa, e in corrispondenza del collare superiore si sono manifestati fenomeni di espulsione di materiale lapideo con conseguente riduzione localizzata della sezione portante.

I livelli superiori della colonna C2 presentano invece condizioni decisamente migliori: il livello 2 (quota 155 cm) ha mostrato velocità medie di 3462 m/s, il livello 3 (quota 238 cm) di 3443 m/s e il livello 4 (quota 321 cm) di 3294 m/s. Questi valori, tutti superiori a 3000 m/s, indicano l'assenza di danno interno significativo nella porzione superiore del fusto.

Fenomenologia del degrado superficiale

Entrambe le colonne presentano manifestazioni di degrado superficiale legate principalmente alla presenza costante di umidità nella zona basamentale. Il rivestimento in cemento armato, realizzato in epoca successiva alla costruzione originaria delle colonne, ha creato condizioni particolarmente sfavorevoli per la conservazione della pietra arenaria.

In corrispondenza del collare superiore del rivestimento cementizio si è formata un'intercapedine che favorisce l'infiltrazione e il ristagno di acqua meteorica, esponendo la parte inferiore delle colonne a un continuo stato di bagnamento. Questa condizione innesca diversi meccanismi di degrado: nei mesi freddi l'acqua congelando aumenta di volume, generando tensioni interne che causano rotture e sfaldamenti superficiali. Lo sfaldamento progressivo aumenta la porosità del materiale, rendendolo ancora più vulnerabile all'azione dell'acqua, dei sali solubili e degli inquinanti atmosferici.

La presenza di materiale cementizio con armatura metallica aggrava ulteriormente la situazione: la corrosione dei ferri di armatura genera prodotti espansivi che accelerano il degrado meccanico sia del rivestimento che della pietra sottostante. I processi chimici associati causano perdita di coesione tra i clasti componenti l'arenaria, per trasformazione della matrice carbonatica che li lega, con conseguente polverizzazione superficiale del materiale.

Sono state inoltre rilevate estese patine superficiali di colorazione scura/nera, particolarmente evidenti sui capitelli, assimilabili alle croste nere tipiche degli ambienti urbani inquinati. Queste formazioni derivano dall'accumulo di inquinanti atmosferici combinati con i prodotti di trasformazione della componente calcarea della pietra stessa, costituendo un ulteriore fattore di degrado per le strutture lapidee.

Nonostante l'intensità del degrado superficiale, particolarmente accentuato sulla colonna C2, non sono stati rilevati quadri fessurativi importanti che interessino l'intera sezione degli elementi strutturali, confermando quanto emerso dalle indagini ultrasoniche circa la sostanziale integrità del nucleo interno delle colonne.

Considerazioni conclusive e raccomandazioni conservative

Le indagini ultrasoniche condotte hanno fornito un quadro diagnostico articolato dello stato di conservazione delle colonne analizzate. La correlazione tra i dati strumentali e le evidenze del degrado superficiale mediante ispezione visiva degli operatori di Arch-indagini conferma la validità delle indagini ultrasoniche come strumento diagnostico per gli elementi lapidei: la riduzione delle velocità ultrasoniche al livello 1 della colonna C2 corrisponde precisamente alla zona di massimo degrado visibile, dove l'interazione negativa tra cemento armato corroso e pietra arenaria ha generato fenomeni di espulsione di materiale con riduzione della sezione portante.

Dal punto di vista conservativo, i risultati suggeriscono la necessità di interventi prioritari sulla zona basamentale delle colonne, in particolare della C2. La rimozione del rivestimento in cemento armato degradato appare indispensabile per arrestare i processi di deterioramento in atto. Successivamente sarà necessario procedere con il consolidamento delle zone superficiali polverizzate e la protezione della pietra da ulteriori infiltrazioni d'acqua.

Le indagini ultrasoniche potranno essere ripetute successivamente agli interventi conservativi per verificarne l'efficacia, confrontando le velocità di propagazione rilevate prima e dopo il consolidamento. Questo approccio di monitoraggio strumentale consente di oggettivare i benefici degli interventi di restauro, trasformando la diagnostica da semplice strumento conoscitivo a effettivo sistema di controllo qualità delle opere di conservazione del patrimonio architettonico storico.