Applicazioni termografiche: rilievo dei dettagli costruttivi e delle vulnerabilità di un edificio in muratura

La tecnica termografica, per quanto conosciuta nelle applicazione energetiche, costituisce un utile strumento per una prima valutazione speditiva dei dettagli costruttivi celati dall’intonaco o comunque non facilmente rilevabili a occhio nudo. La termografia permette quindi di rilevare:

• Tessiture murarie celate dall’intonaco (eseguita in mattoni o in pietra, regolare, irregolare, etc.);
• Cavità e aperture tamponate;
• Architravi sulle aperture;
• Tubazioni e canne fumarie;
• Corpi metallici murati (profilati metallici, catene, capo-chiavi);
• Quadri fessurativi non visibili anche a distanza ragguardevole;
• Elementi di elevata vulnerabilità (pareti divisorie sottili, controsoffitti, tracce impianti);
• Orditura dei solai in latero-cemento e con struttura lignea controsoffittata.

Applicazioni termografiche: un supporto fondamentale a rilievi geometrici e di caratterizzazione strutture

Già la direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri del 9/02/2011 “Valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale” spiega nei paragrafi 4.1.4 e 4.1.6 come l’impiego della termografia sia di supporto e completamento alle attività di rilievo geometrico e caratterizzazione delle strutture murarie. Accade spesso che non sia possibile raccogliere tutte le informazioni utili ad un’esaustiva ricostruzione dello stato di fatto di un edificio, poiché alcuni elementi costruttivi sono nascosti dall’intonaco, celati da un controsoffitto oppure situati ad una quota inaccessibile per un’ispezione diretta. Anche la recente circolare esplicativa alle NTC 2018 suggerisce, tra le altre indagini diagnostiche non distruttive, l’adozione della termografia per il raggiungimento del livello di conoscenza LC2. Tale livello di approfondimento conoscitivo si raggiunge, tra l’altro, attraverso il rilievo della tessitura muraria, dei dispositivi di collegamento trasversale (catene metalliche e lignee, interventi di consolidamento dei solai) oltre che dei fenomeni di degrado superficiali.

È quindi evidente come sia consigliabile accostare il rilievo all’infrarosso al tradizionale rilievo geometrico al fine di comprendere completamente l’evoluzione costruttiva della fabbrica, tenendo anche presente la qualità e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi che la compongono. Con questa tecnica di indagine è inoltre possibile ridurre al minimo i saggi distruttivi degli intonaci e campionare una maggior numero di superfici posta anche in zone altrimenti inaccessibili.

Termografia: come funziona

La termocamera è in grado di rilevare l’intensità delle radiazioni infrarosse (cioè il calore) emesse, riflesse ed eventualmente trasmesse da un corpo e ne determina la distribuzione superficiale delle temperature mediante alcuni parametri, tra i quali il principale è l’emissività ε e la temperatura riflessa apparente Trif. L’emissività è un indicatore di quanto il materiale sia efficiente nell’emettere la sua energia per irraggiamento, mentre la temperatura riflessa apparente dipende dalla radiazione ambientale riflessa dalle superfici inquadrate dalla termocamera.

Qualsiasi materiale emette energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche, in quanto caratterizzato da una propria conducibilità termica, e da un proprio calore specifico. Ne consegue che una struttura muraria è caratterizzata da temperature differenti in base alla conducibilità e al calore specifico di ogni singolo materiale componente (mattone, pietra e malta). La termocamera rileva e suddivide istantaneamente tutte le radiazioni infrarosse emesse spontaneamente dai singoli punti di un corpo in un certo istante e attraverso una serie di algoritmi integrati fornisce un’immagine termica, chiamato termogramma, dell’oggetto attraverso scale di colori o di grigi. L’insieme dei pixel colorati componenti il termogramma riproduce forma e dimensioni degli elementi nascosti, per esempio, sotto intonaco. Ad ogni colore o tono della scala di grigi corrisponde un intervallo di temperatura che generalmente è nell’ordine di frazioni di grado centigrado.

Rilievo di prospetto soleggiato con termocamera per rilievo di distacchi dell’intonaco.

Modalità applicative della termografia

Nell’ambito delle applicazioni architettoniche la termografia può essere condotta secondo due modalità di prova: in modo passivo, analizzando cicli termici naturali (insolazione e successivo raffreddamento), ed in modo attivo, scaldando artificialmente la superficie da analizzare. Di particolare interesse per lo studio dei dettagli costruttivi in un edifico in muratura è la modalità di rilievo attivo, impiegata per verificare l’aderenza dei rivestimenti ai supporti murari e per individuare le strutture nascoste sotto lo stato superficiale di intonaco.

La scelta del metodo di sollecitazione termica più opportuno dipende sia dall’oggetto che dalle condizioni ambientali al momento del rilievo. Se si riprende dall’esterno il prospetto di un immobile sarà possibile sfruttare l’irraggiamento termico per avere un riscaldamento uniforme e graduale di tutte le superfici. I vari strati che compongono il muro si scalderanno in maniera differente in virtù delle diverse proprietà fisiche in termini di massa, inerzia e conducibilità termica. Il calore si distribuirà maggiormente se trova materiali più conduttori o si accumulerà se incontrerà materiali/fluidi più isolanti (legno ed aria). Risulta quindi comprensibile come sia efficace l’impiego della termografia per rilevare strutture lignee nascoste nel muro o le canne fumarie murate o i quadri fessurativi non visibili ad occhio nudo, come quelli situati sulle volte. In questi casi il termogramma rivelerà le aree più calde in corrispondenza delle zone superficiali dove il legno o l’aria oppongono maggiore resistenza al passaggio di calore verso l’interno del muro.

Rilievo di canna fumaria celata sotto intonaco.

Lo stesso principio può essere applicato per verificare l’aderenza degli intonaci o dei rivestimenti lapidei naturali o artificiali al supporto. Anche in questo caso la lama d’aria presente tra supporto murario e rivestimento impedisce il passaggio di calore. Il termogramma identificherà quindi il distacco come area “surriscaldata” per accumulo del calore dovuto all’effetto isolante della tasca d’aria formatasi in seguito al distacco del rivestimento dal supporto murario.

Schema del meccanismo di distribuzione del calore per la presenza di distacchi superficiali.

Il procedimento è analogo per il rilievo delle lesioni sulle superfici. Generalmente a una lesione corrispondono dei sollevamenti di intonaco in corrispondenza dei lembi della stessa, interpretabili come dei distacchi. Una casistica particolare è rappresentata dalle lesioni passanti. Se si considera un muro tra due stanze adiacenti di cui si vuole verificare la presenza di fessure passanti si potrà scaldare uno dei due ambienti, rilevare il quadro fessurativo sulla parete dell’ambiente scaldato e spostarsi subito nella stanza accanto, non riscaldata. Se anche qui la termografia rileva la presenza di fessure calde sulla parete significa che le lesioni sono passanti. Tale fenomeno è apprezzabile in pareti di profondità contenuta e con lesioni di spessore almeno di qualche millimetro.

Un’altra applicazione tipica della termografia che impiega il riscaldamento attivo delle superfici è il rilievo delle tessiture murarie rivestite da intonaco e di altre discontinuità discontinuità strutturali (ad esempio le tamponature o le tracce di pregressi interventi di consolidamento) non visibili ad occhio nudo. Durante la fase di riscaldamento si avrà un trasferimento di calore tra i vari strati della muratura a partire dall’intonaco esterno. Dove i materiali sono più omogenei (intonaco e malta) il flusso di calore passerà più agevolmente, mentre dove si incontrano altri elementi (mattoni, pietre, metalli) il passaggio di calore subirà delle modifiche in base alla maggiore o minore resistenza offerta dai vari materiali. Avremo così un leggero accumulo di calore in corrispondenza dei mattoni, rappresentato nel termogramma da aree più calde, rispetto ai giunti di malta oppure un maggiore passaggio di calore, rappresentato nel termogramma da aree più fredde, in corrispondenza degli elementi posti trasversalmente alla sezione muraria come avviene per le catene o profilati metalliche oppure per elementi lapidei posti di testa. Questi elementi fungono da ponti termici al contrario, favorendo il flusso di calore verso l’interno del muro a causa della maggiore diffusività termica e dal punto di vista termografico sono più freddi rispetto ai giunti di malta.

Rilievo di tessiture murarie differenti e di profilati metallici di precedente intervento di consolidamento.

Rilievi termografici in ambienti interni

Tutto quello detto fino ad ora si riferisce a rilievi condotti all’esterno di un edificio in condizioni di riscaldamento solare. Se si deve operare dall’interno di un ambiente occorrerà riscaldarlo artificialmente mediante l’impiego di termoconvettori alimentati a GPL. Un limite di questo sistema è rappresentato dai maggiori tempi necessari per avere una temperatura calda uniformemente distribuita all’interno dello spazio dove si dovranno condurre i rilievi termografici. Per ottenere un riscaldamento omogeneo della parete oggetto di indagine e conseguentemente dei termogrammi più interpretabili è consigliabile posizionare il generatore di calore parallelamente alla superficie da analizzare e consentire un minimo di ventilazione dell’ambiente.

Applicazioni termografiche: i vantaggi

In sintesi la termografia è la prima tecnica diagnostica utilizzabile per raccogliere informazioni di tipo qualitativo relative all’evoluzione strutturale delle costruzionI, allo stato conservazione dei materiali e alle sue vulnerabilità strutturali. L’utilizzo di questo metodo può fornire un’interessante lettura degli strati nascosti, di tipo non invasivo, del manufatto in murature di mattoni o pietre, ponendo in evidenza anomalie e particolari architettonici nascosti alla vista. In sintesi questa tecnica di rilievo presenta diversi vantaggi:

• è un’analisi del tutto non invasiva;
• permette di acquisire in maniera estensiva informazioni sull’omogeneità delle caratteristiche della struttura e sulla presenza di aree soggette ad anomalie senza dover intervenire direttamente sulla muratura con ispezioni di tipo invasivo;
• durante lo svolgimento dell’indagine non è necessario abbandonare l’immobile o interrompere le attività che si stanno conducendo al suo interno;
• consente di esaminare estese superfici murarie anche in zone raggiungibili solo con l’impiego di ponteggi;
• questo metodo è in grado di fornire una serie di informazioni di carattere tecnico-costruttivo, quali la identificazione di strutture portanti, orditura dei solai, cavità, che altrimenti sarebbero verificabili solamente con operazioni di carattere distruttivo;
• permette di ottenere output grafici di più facile comprensione rispetto ad altre tecniche diagnostiche non invasive, come il georadar.