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INDAGINI DIAGNOSTICHE
PROVE SULLA MURATURA
PROVE SUL CALCESTRUZZO
PROVE SUL LEGNO
PROVE SULL'ACCIAIO
PORTOLIO LAVORI PROVE

PROVE PER STRUTTURE IN MURATURA
PROVE NON DISTRUTTIVE

PROVE DI RILIEVO CON ONDE ULTRASONICHE SU LATERIZI E BLOCCHI LAPIDEI

Si tratta di un esame di indagine non distruttivo al fine di individuare nei materiali anomalie, fessure, porosità, cavità e rilevare la presenza di discontinuità all’interno dei materiali esaminati, con applicazione codificata da norme UNI per gli acciai e nel calcestruzzo (l’esame è perfettamente utilizzabile per indagare materiali lapidei, malte, legno, muratura, ecc)  L’esame ultrasonico non si limita a segnalare l’eventuale presenza di discontinuità ma è in grado di fornire:

  1. Grado di omogeneità
  2. La presenza di vuoti, fessure od altre imperfezioni
  3. Entità della discontinuità
  4. Localizzazione di zone alterate prima che le modificazioni della materia siano visibili ad occhio nudo
  5. Variazioni delle proprietà dei materiali nel tempo
  6. Il valore del modulo elastico dinamico del materiale
  7. Resistenza del materiale

Nel caso della muratura deve essere comunque limitato ai singoli materiali che la compongono, cioè: laterizi, malte, pietre. Il principio fisico di funzionamento è secondo vibrazioni meccaniche (elastiche) il cui campo di frequenza si estende da valori superiori a 20 kHz sino a 1000 MHz, non sono udibili.
Le tipologie di indagine possono essere suddivise in: indagine a riflessione (metodo che impiega una sola sonda e che opera sia come sorgente di emissione dell’impulso ultrasonico, che da ricevitore del segnale), a trasmissione (metodo che impiega due sonde di cui una costituisce la sorgente di emissione dell’impulso ultrasonico l’altra riceve il segnale) o a trasmissione diretta (metodo che prevede che le sonde siano applicate sull’oggetto da indagare, in due punti speculari tra loro su facce opposte).

INDAGINI DEBOLMENTE DISTRUTTIVE
INDAGINI VISIVE DELLE CONNESSIONI MURARIE

Si tratta di un esame visivo della superficie muraria, condotto dopo la rimozione di una zona di intonaco di circa 1m x 1m. É da eseguirsi, preferibilmente, in corrispondenza delle connessioni tra strutture murarie principali, al fine di verificare tecnologie costruttive tessiture e tipologie di materiali, dettagli costruttivi, informazioni qualitative sullo stato di conservazione e sulla presenza di difetti costruttivi. Sono fondamentali se si vuole limitare al massimo gli interventi distruttivi o semidistruttivi o raggiungere i livelli di conoscenza minimi richiesti.

INDAGINI ENDOSCOPICHE

endoscopia

L’indagine endoscopica consente l’ispezione visiva diretta di cavità, o parti altrimenti inaccessibili della muratura, all’interno dello spessore murario. Mediante l’inserimento di una piccola sonda endoscopica in fori di almeno 20 mm di diametro si può studiare la superficie del foro per cercare di ricostruire la stratigrafia muraria, inclusa la tipologia di materiali presenti e la presenza di larghi vuoti. I risultati del controllo visivo possono essere registrati mediante un sistema di ripresa video, su file immagine o video. L’esecuzione prevede l’utilizzo di apparecchiature flessibili o rigide, articolate o non, con illuminazione a luce calda o a fibre ottiche. A seconda del tipo di apparecchiatura può cambiare la profondità massima di ispezione, il diametro minimo del foro d’ispezione (a seconda dello spessore della sonda) ed il diametro massimo (fori più grandi richiedono fonti di illuminazione più potenti per dare immagini con buona risoluzione e visibilità). Anche il campo di visione della sonda, rispetto alla visione diretta in avanti, può essere variabile.

Durante l’esecuzione delle indagini endoscopiche, è utile adottare dei riferimenti metrici che indichino la posizione lungo la profondità del foro, sia per le annotazioni effettuate in corso di esecuzione della prova, sia per eventuali osservazioni che avvengano in un secondo momento, in seguito a visione delle immagini salvate durante l’indagine. L’impresa ritiene questa una delle prove fondamentali da eseguire prima di qualsiasi intervento, infatti tale indagine si pone alla base di qualsiasi intervento ben riuscito.

INDAGINI STRATIGRAFICHE
Per determinare la storia costruttiva di un edificio è necessario, prima di tutto, individuare l’esito materiale di ogni singola azione costruttiva omogenea o Unità Stratigrafica (US). Il tipo di unità più frequente è, ovviamente, quella muraria (USM), “cioè una struttura caratterizzata da un’unica volontà costruttiva, realizzata in massima parte con il medesimo materiale o con gli stessi strumenti, adibita ad una funzione specifica”. Oltre alle Unità Stratigrafiche positive (di volume) esistono poi quelle negative (di superficie) come, ad esempio, il taglio praticato nella muratura per aprire una nuova finestra. I danni del complesso architettonico come i crolli (distacchi del paramento murario) e le lesioni – causati da difetti di progettazione, fenomeni di invecchiamento o eventi di carattere straordinario (es.: eventi sismici, alluvioni, nubifragi, fulmini) – possono essere considerati US negative. Esistono infine US positive particolari, cioè le superfici che delimitano le aperture, i fori e i vani. Queste superfici possono essere riempite pur non essendo unità negative (es.: quando una finestra viene tamponata).
La registrazione delle evidenze stratigrafiche operata sulle strutture edilizie prevede, come prima fase del lavoro, una completa restituzione di tipo fotografico dei paramenti e delle sezioni murarie. Sulle basi fotografiche, usate al posto dei tradizionali grafici realizzati a diretto contatto con la muratura, si disegnano i perimetri di US (visibili sul manufatto come una variazione dei caratteri murari o una vera e propria discontinuità fisico-strutturale) e i simboli relativi ai rapporti stratigrafici riconosciuti durante le osservazioni dirette (copre, si appoggia, taglia, riempie e si lega). Al confine tra due unità stratigrafiche murarie si riscontrano le variazioni dei seguenti caratteri:

  1. materiali degli elementi rigidi (litici o laterizi) e delle malte;
  2. tecniche di produzione dei materiali da costruzione;
  3. dimensioni degli elementi rigidi e dei componenti delle malte;
  4. forme e tecniche di esecuzione dei paramenti.

La ricerca del perimetro si svolge, pertanto, seguendo la continuità della superficie e, contestualmente, individuando la discontinuità che la delimita. Una variazione di questi caratteri non indica sempre il confine tra murature di età differenti ma può essere una particolarità della tecnica impiegata oppure può dipendere da una fornitura di materiale eterogeneo. Per questo motivo la conoscenza delle modalità costruttive diffuse nei diversi periodi storici e nelle varie aree culturali può incrementare la precisione e la velocità del tecnico impegnato nell’analisi delle evidenze stratigrafiche.  È opportuno ricordare come la possibilità di realizzare una restituzione fotografica ad altissima definizione dei paramenti murari stia modificando la strategia operativa sul campo. Quando sono disponibili foto ad altissima definizione la lettura stratigrafica può avvenire principalmente al monitor e la necessaria verifica autoptica (a diretto contatto con le murature) si opera soltanto per i punti veramente necessari – ovvero per i punti che devono essere analizzati a distanza molto ravvicinata – o per effettuare il prelievo di campioni di materiale da analizzare. Il manufatto architettonico è però un volume e i caratteri che vengono individuati nel corso delle analisi (informazioni stratigrafiche, metriche e formali) si distribuiscono nelle tre dimensioni. Adottare pertanto le sole restituzioni fotografiche bidimensionali delle superfici murarie (es.: il fotopiano, il fotomosaico) significa perdere informazioni sulla componente tridimensionale delle evidenze stratigrafiche. Per ottenere una registrazione grafica dello svolgimento geometrico dei perimetri di US nello spazio tridimensionale è possibile utilizzare la tecnica di rilievo fotogrammetrico stereoscopico. Il rilievo tridimensionale di tutte le superfici visibili (paramento interno, esterno e – quando possibile – della sezione muraria) offre inoltre il vantaggio di elaborare assonometrie utili alla comprensione del processo di posa in opera degli elementi costruttivi. Le rappresentazioni tridimensionali si possono utilizzare anche per valutare l’efficacia meccanica della struttura muraria e di conseguenza tentare una stima della sapienza tecnica dei costruttori.
Affinché la documentazione archeologica possa essere utilizzata per indirizzare gli interventi di restauro o consolidamento dell’edificio in esame, è necessario analizzare lo stato di conservazione delle strutture murarie operando la registrazione grafica dei perimetri delle lesioni, degli spanciamenti e dei crolli (distacchi del paramento). I rilievi stratigrafici realizzati sul campo si rivedono e correggono in laboratorio durante la loro redazione in forma digitale. Il modello schematico della struttura architettonica con resa fotografica della superficie muraria e sovrapposizione dei perimetri di US può rendere più efficace la comunicazione dei risultati dell’analisi. Sfruttando i punti per il raddrizzamento delle prese fotografiche si possono “appoggiare” sulle superfici del modello architettonico i rilievi stratigrafici e i due fotomosaici relativi al paramento esterno ed interno della struttura muraria.

fotomosaico

All’individuazione dei contorni delle Unità Stratigrafiche si accompagna la registrazione, in apposite schede alfanumeriche, delle caratteristiche materiali essenziali. La scheda è “il corrispettivo architettonico dell’elenco delle Unità Stratigrafiche, così come viene ancora utilizzato nei cantieri di scavo archeologico”. Per ordinare in una sequenza relativa ogni singolo evento costruttivo in successione, dal più antico al più recente, si utilizzano i significati temporali (anteriorità, posteriorità, contemporaneità) espressi dai rapporti stratigrafici (copre, si appoggia, taglia, riempie e si lega) che intercorrono tra le singole US. I rapporti di cronologia relativa vengono formalizzati da uno schema grafico chiamato diagramma stratigrafico o matrix, costruito manualmente o con l’ausilio di applicazioni informatiche.
All’analisi stratigrafica segue quella delle tecniche costruttive delle murature, delle aperture e degli elementi decorativi. Per quanto riguarda le murature questa analisi ha come primo obiettivo la determinazione dei componenti della struttura, l’individuazione delle tecniche di trasformazione dei materiali (dalla fonte di approvvigionamento alla lavorazione a pié d’opera) ed, infine, il riconoscimento delle modalità di posa in opera. L’identificazione di queste caratteristiche viene agevolata impiegando tavole di confronto, mentre per la registrazione delle informazioni si utilizzano schede corredate della documentazione fotografica (il fotopiano) e grafica (il disegno della forma dei singoli elementi costruttivi e, quando possibile, del profilo del giunto di malta).

Queste informazioni si possono utilizzare, da un lato, per effettuare confronti fra le varie parti dell’edificio – potendo valutare se esistono analogie e quindi elementi sufficienti ad attribuire rapporti indiretti di contemporaneità (uguale per identità, per tipo di forma e tecnica costruttiva) – e, dall’altro, per determinare il periodo di costruzione delle murature attraverso il confronto con quelle locali di cronologia già nota. Per di più il riconoscimento dei litotipi e l’identificazione dei luoghi di provenienza del materiale costruttivo può mettere in luce diversi aspetti sociali. Ottenuta una classificazione delle tecniche murarie si procede con l’elaborazione delle diverse tipologie e varianti. Il tipo “raggruppa le caratteristiche formali di un certo numero di murature, a loro volta esemplificative dell’archetipo mentale dei costruttori e dei committenti e quindi indirettamente rapportabili alla loro cultura”. In genere sono indicativi per questa operazione solo alcuni dei parametri utilizzati nella classificazione (es.: la posa in opera, la finitura delle superfici, il materiale da costruzione o il tipo di legante). L’analisi si conclude con l’elaborazione di piante dell’intero complesso architettonico con evidenziata la distribuzione delle diverse tipologie murarie. Dalla fase analitica si passa a quella propriamente interpretativa che prevede l’identificazione nel diagramma stratigrafico di tutte le unità che appartengono alla stessa attività costruttiva (azioni che seguono una medesima finalità costruttiva) e in seguito di tutte le attività (o gruppi di attività) che appartengono ad una stessa fase costruttiva (la sequenza complessiva delle operazioni costruttive di ogni singolo cantiere). L’ultima fase del procedimento interpretativo consiste nell’integrazione della cronologia relativa con i dati provenienti da altre fonti al fine di trasformare le datazioni da relative ad assolute.
La sequenza costruttiva viene segnalata (in pianta, in sezione, nei rilievi stratigrafici dei prospetti e sul modello tridimensionale) da una diversa caratterizzazione grafica delle murature per appartenenza alla fase edilizia.

Tale indagine è importantissima per il restauro storico-artistico di un bene tutelato e non e una impresa come la Benedetti&Partners , che primeggia nel campo del recupero di edifici storici, è particolarmente sensibile a tale aspetto conoscitivo.


PROVE DEBOLMENTE DISTRUTTIVE

PROVE CON MARTINETTI PIATTI

La prova con martinetto piatto singolo permette di stimare lo stato di tensione locale presente nelle strutture murarie.
La tecnica di prova si basa sulla variazione dello stato tensionale in un punto della struttura provocato da un taglio piano eseguito in direzione normale alla superficie della muratura.

Il taglio viene generalmente realizzato mediante sega idraulica con lama circolare o mediante la punta di un trapano. II rilascio delle tensioni che si manifesta provoca una parziale chiusura del taglio, che viene rilevata tramite misure di variazione relativa fra coppie di punti posti in posizione simmetrica rispetto al taglio stesso. Viene quindi inserito all’interno del taglio un martinetto piatto, realizzato mediante sottili lamiere di acciaio saldate, che viene collegato al circuito idraulico di una pompa. La pressione interna viene gradualmente aumentata fino ad annullare la deformazione misurata successivamente all’esecuzione del taglio. In queste condizioni la pressione all’interno del martinetto è uguale in prima approssimazione alla sollecitazione preesistente nella muratura in direzione normale al piano del martinetto, a meno di una costante sperimentale che tiene conto del rapporto tra l’area del martinetto e l’area del taglio (kA), ed a meno di una costante che tiene conto della rigidezza intrinseca di ogni martinetto (kM).

martinetti

La prova con martinetto piatto doppio consente di determinare le caratteristiche di deformabilità della muratura, nonché di fornire una indicazione sul valore di resistenza della stessa. La prova consiste nell’effettuare un secondo taglio, parallelo al primo ad una distanza variabile (che dipende dagli elementi resistenti della muratura investigata e dalla larghezza del martinetto utilizzato), entro cui viene inserito un altro martinetto.

Ciò consente di delimitare un campione di muratura rappresentativo per dimensioni del comportamento meccanico della stessa.
I due martinetti paralleli - opportunamente messi in pressione - applicano al campione interposto uno stato di sollecitazione monoassiale, e le deformazioni risultanti nella porzione muraria vengono misurate da un numero adeguato di sensori di spostamento in direzione ortogonale e parallela ai piani di inserimento dei martinetti, al fine di determinare il diagramma tensione deformazione della muratura indagata.

 

 

PROVA DI STRAPPO NORMALE (PULL-OFF)
L’obiettivo di tali indagini è la verifica dell’adesione tra gli strati di finitura e/o la coesione degli stessi. Il
principio è quello di applicare un carico crescente su una superficie determinata ed isolata sino a rottura dell’elemento: si rileva il valore di carico massimo e la modalità di frattura che può essere per adesione o per coesione.
Carico di rottura e diametro medio permettono di calcolare l’aderenza o forza di adesione con la seguente
formula:

fh = (4Fh)/(πD²)

dove:
- fh è la forza di adesione (N/mm² o MPa);
- Fh è il carico determinato alla rottura (N);
- D è il diametro medio del campione estratto (mm).


NOTA: è buona norma prevedere, all’atto del rinforzo e in parti della struttura in cui la rimozione del rinforzo non comporti alterazione dei meccanismi di collasso, zone aggiuntive (testimoni), realizzate con gli stessi materiali e con le medesime modalità previste per il rinforzo principale, sulle quali verranno svolte le prove.

 

Valutazione della resistenza della malta attraverso il penetrometro di Gucci
La resistenza della malta viene caratterizzata in sito mediante il penetrometro di Gucci PNT-G; le descrizioni delle tecniche e degli strumenti sono riportate in letteratura. Sono disponibili regressioni che consentono di ottenere una stima dei parametri meccanici dei mattoni e della malta: valutazione della resistenza a compressione a partire da quella a penetrazione:

ove  è la resistenza penetrometrica espressa in mJ di corrente consumata e  è la pressione atmosferica di riferimento che consente passare di una unità di misura all’altra. Nel caso in esame saranno condotte valutazioni sistematiche delle proprietà meccaniche di malta e mattone in prossimità dei punti d'estrazione delle carote. Il diametro del penetrometro è dell’ordine di 4mm e pertanto l’invasività dell’indagine è minima, potendosi con difficoltà discerne i punti nei quali è stata condotta.

Prove X-drill su malta
La resistenza della malta viene caratterizzata in sito mediante prove mediante X-drill. Le prove mediante X-drill sono una rivisitazione delle prove scissometriche previste nei terreni: si tratta di un chiodo con 4 alette che viene inserito in un pre-foro eseguito nel giunto di malta al quale viene poi applicata una torsione mediante chiave dinamometrica (torsiometro), valutando la coppia necessaria a rompere la malta. Viene inoltre misurata la lunghezza di infissione delle alette in modo da ottenere una torsione specifica per unità di profondità.


Figura 1: Chiave dinamometrica per X-drill

Da tale grandezza si ricava la tensione tangenziale media sulla superficie di rottura:

dove:    è il diametro massimo delle alette; 
è una costante tarata sperimentalmente su campioni e vale 0.150.
Figura 2: Stati di tensione nel piano di Mohr Considerando uno stato tangenziale puro si ottiene sul piano di Mohr un cerchio con centro nell'origine; per cui, fissando l'angolo di attrito  si può risalire alla coesione.


Figura 2: Stati di tensione nel piano di Mohr

Il valore dell'angolo di attrito della malta varia in base alla resistenza a compressione della malta stessa:

Dove per le costanti si è posto:

Infine, attraverso il criterio di Mohr-Coulomb, si determina la resistenza a compressione della malta:

Il diametro del foro praticato nelle murature è pari a 6mm e pertanto l’invasività dell’indagine è minima, potendosi con difficoltà discerne i punti nei quali è stata condotta.

Indagini invasive
Le indagini invasive che lo scrivente intende eseguire conseguono dalla impossibilità di caratterizzare compiutamene la resistenza delle strutture (siano esse in laterizio o in calcestruzzo) con indagini in loco; è infatti necessario ricorrere al’effettuazione di prove e test di laboratorio che simulino lo stress meccanico di campioni significativi di materiale quando sottoposti a sollecitazioni dinamiche quali quelle sismiche.  Le prove che si intendono eseguire in laboratorio sono del tipo a compressione su cilindri di materiale lapideo o di laterizio: da esse è possibile individuare la resistenza a compressione e trazione dell'elemento. È pertanto evidente che, in sede preliminare, sia necessario prelevare dalla struttura tali campioni significativi in modo da poterli successivamente testare. Le resistenze a compressione del prisma sono direttamente desumibili dalle prove effettuate; le prove devono essere eseguite in numero tale da consentire la stima dei parametri statistici del campione di misure ottenuto. Sono state altresì indicate tra le prove invasive quelle per cui è necessario procedere alla preventiva asportazione di materiale prima di poter essere eseguite. Dal valore della coesione è anche possibile stimare la resistenza a compressione della malta; assumendo che questa sia definita dal circolo di Mohr passante per l'origine ed esplicitando in funzione dei dati:

Anche la resistenza a trazione è data da una formula analoga:

Carotaggi per caratterizzazione della resistenza di muratura in laterizio
I carotaggi prevedono l’asportazione di un campione di struttura, definito appunto “carota”, di forma cilindrica e dimensione 10*20cm. L’estrazione di carote avviene mediante l’utilizzo di corona diamantata alimentata da motore elettrico, a secco (per strutture in laterizio) oppure ad acqua (per strutture in calcestruzzo). Nel caso di aspirazione a secco si procederà contestualmente alla aspirazione delle polveri. In ogni caso i carotaggi saranno eseguiti su paramenti murari che non presentano paramenti pittorici o affreschi o modanature di qualsiasi genere. La posizione del carotaggio è usualmente collocata entro gli 80cm da terra e la profondità del foro praticato è di circa 25 cm.


Figura 3: Vista della estrazione di carota da muratura portante in laterizio

La prova di compressione in laboratorio deve essere eseguita mediante presse rispondenti a particolari specifiche prescritte dalla normativa. Prima di eseguire la prova occorre verificare le dimensioni del provino con una precisione al millimetro ed annotare il peso con precisione del 0.1%. Il carico deve essere aumentato fino alla completa rottura del provino e si deve prendere nota del carico massimo raggiunto. Dalle carote in laterizio è anche possibile determinare la resistenza della malta prelevata unitamente ai mattoni.


Figura 8: Vista della prova di schiacciamento di una carota in cls e carota in laterizio e malta

 

 
 
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