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INDAGINI DIAGNOSTICHE SULLESTRUTTURE IN MURATURA ESISTENTI
Dott. Ing. Giuseppe Spera
Docente di Indagini diagnostiche e Consolidamento delle Strutture Murarie
Dipartimento di Strutture, Geotecnica, Geologia applicata all’IngegneriaUniversità degli Studi della Basilicata
11.5.2 Dati necessari e identificazione del livello di conoscenza
LC3LC2LC1RILIEVO SOMMARIO
LC1LC1LC1RILIEVO COMPLETO
VERIFICHE IN-SITU
ESAUSTIVE
VERIFICHE IN-SITU ESTESE
RILIEVO COMPLETO
11.5.3 Coefficienti parziali di sicurezza
Livello di conoscenza
LC1LC2LC3
Coefficiente
1.5 γm
γm
0.70 γm
Controllo strutturale attraverso il monitoraggio
MONITORAGGIO STATICO
Se una struttura fosse interessata da importanti quadri fessurativi è consigliabile procedere alla misura delle deformazioni nel tempo al fine di verificarne l’eventuale progressivo aumento nel tempo (cedimenti del terreno, variazioni termiche, carichi eccessivi, ecc.).
rivolto a grandi strutture
strumentazione semplice (estensimetri, fessurimetri, ecc.)
durata minima di 18 mesi per eliminare l’effetto termico
Controllo strutturale attraverso il monitoraggio
Controllo strutturale attraverso il monitoraggio
Cardani G., Tedeschi C., Binda L., Baronio G.
Cascine Chiesa Rossa, Milano
Molte colonne mostrano fuori piombo in diverse direzioni, dovuti a insufficienza delle connessioni, quali quelle con le travi di piano.Nel monitoraggio si sono utilizzati dispositivi elettronici capaci di seguire l’evoluzione del dissesto.
Strumentazione
Controllo strutturale attraverso il monitoraggio
MONITORAGGIO DINAMICO
Per la verifica di comportamenti strutturali e dell’integrità di una struttura possono essere effettuate prove dinamiche in situ, considerate tecniche affidabili e frequentemente utilizzate per il controllo della risposta della struttura a vibrazioni.
Tali prove sono, in genere, efficienti in fase diagnostica nel rilievo di eventuali anomalie e per la calibrazione di modelli numerici (ad esempio modelli ad EF).
Il rilievo dei dati è generalmente effettuato con una rete di accelerometri, installati in parti significative della struttura. L’analisi spettrale permette, quindi, di estrarre i parametri modali dalleregistrazioni, in termini di frequenza, forme modali e smorzamento.
Controllo strutturale attraverso il monitoraggio
Prove di Laboratorio o in Situ
PROVE DISTRUTTIVE
PROVE MODERATAMENTE DISTRUTTIVE
PROVE NON DISTRUTTIVE
Prove di Laboratorio
FASE DI PRELIEVO
significatività dei risultati;non distruttività del campionamento;non disturbo del campione.
A causa della difficoltà di campionamento di prismi di muratura di dimensioni significative, generalmente il prelievo interessa solo singoli elementi (malta, pietre o mattoni) o assemblaggi di limitate dimensioni.
Prove di Laboratorio
PROVE SULLE MALTE
inesistenza di prove standardizzate;
difficoltà di prelevare campioni di dimensioni sufficienti per la caratterizzazione meccanica;
acquisizione di informazioni relativamente a composizione dellamalta e stato del degrado.
Provino di malta dopo la
prova di compressione
Prove di Laboratorio
PROVE SULLE MALTE
• Tipo di legante e di aggregato• Rapporto legante/aggregato• Grado ed estensione della carbonatazione;• Presenza di reazioni chimiche e di sostanze di nuova formazione (reazioni pozzolaniche, reazioni tra aggregati e leganti, reazioni alcali - aggregati ecc.)
Analisi chimiche e petrografiche
Trattamenti termici o chimiciMetodi ottici
• Separazione inerti/legante per la valutazione della granulometria
realizzazione di campioni
Prove di Laboratorio
PROVE SULLE MALTE
Riconoscimento dei Sali solubili
Il riconoscimento dei sali può fornire indicazioni sulle cause di degrado ed accertare la loro presenza contribuisce a determinare lo stato di conservazione della muratura in cui si rilevano. In linea di massima le analisi chimiche sono rivolte a verificare la presenza di:1. Solfati – Disciolti nei leganti, sono altamente dannosi perchéfortemente solubili, quindi facilmente trasportabili nella muratura, e cristallizzano innescano il meccanismo di sfogliamento;2. Nitrati – Derivano dalla decomposizione di sostanze organiche e indicano spesso la risalita di acqua inquinata nelle pareti;3. Alogenuri – Presenti nelle antiche murature sono legati a fenomeni di migrazione di Sali.
Prove di Laboratorio
PROVE SULLE MALTE
A N A L ISI C H IM IC H EP erdita al fuoco 13 ,70 F e2 O 3 2 ,77 R e siduo insolu bile 64 ,06C O 2 11 ,70 C aO 14 ,83 N a 2O 1 ,17S iO 2 50 ,38 M gO 1 ,61 K 2O 1 ,30A l 2O 3 + F e 2 O 3 15 ,48 S O 3 0 ,19 S il. S ol. 0 ,38R a pporto leg/a gg: G .C arb onatazione
AN A L IS I G R A N U L O M ET R IC A D E L L ’A G G R E G A TOP E S O S E T A C C IO P A S S A N T E C U R V A G R A N U LO M E T R IC A
C A M P IO N E (m m ) (% )
M E T O D O :
A tta ccoterm icoseg uito dasetaccia turam anuale
16 ,008,0005,6004,7502,0000,8500,4250,2500,1800,1060,075
100 ,00100 ,0097 ,9297 ,4193 ,5088 ,3673 ,0552 ,1225 ,677 ,110 ,00
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00luce netta dei setacci (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% p
assa
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cum
ulat
ivo
Castelletto.grf
Prove di Laboratorio
PROVE SU PIETRE E MATTONI
Prove Chimiche
Prove per l’individuazione di solfati alcalini.
Analisi ottiche e mineralogiche
Osservazioni ottiche (stereomicroscopio, SEM);Osservazioni petrografiche su sezione sottile.
Prove di Durabilità
Prove di gelo e disgelo;Prove di cristallizzazione salina.
Prove di Laboratorio
Provini di mattoni dopo la prova di compressionePROVE SU PIETRE E MATTONI
Prove Meccaniche
Prove di compressione e di trazione indiretta;Prove di durezza superficiale
Prove Fisiche
Misura del peso specificoMisura dell’assorbimento d’acqua per immersione totale o per
risalita capillare;Diffrattometria a raggi X;Porosimetria a mercurio;Misura dei coefficienti di espansione termica e in acqua.
Prove di Laboratorio
PROVE SU PIETRE E MATTONI
Prove di Laboratorio
PROVE DI COMPRESSIONEMonotona
Prove di Laboratorio
PROVE DI COMPRESSIONE
Ciclica
Prove di Laboratorio
PROVE DI COMPRESSIONE
Ciclica
Prove di Laboratorio
PROVE DIRACKING TEST
Prove di Laboratorio
PROVE DICOMPRESSIONEDIAGONALE
Prove di Laboratorio
PROVE DICOMPRESSIONE DIAGONALE
Prove di Laboratorio
PROVE SU TAVOLA VIBRANTE
Il comportamento dinamico di strutture in muratura può essere verificato mediante tavola vibrante, imprimendo una sollecitazione crescente fino al raggiungimento del collasso della struttura.
Le prove sono solitamente effettuate su modelli in scala funzione della dimensione della tavola vibrante.
Prove in Situ distruttive
PROVE SU PANNELLI
Adottate sia per la compressione che per il taglio, vengono realizzate in sitoisolando il campione con dei tagli verticali per eliminare il confinamentolaterale ed applicando il carico attraverso una struttura di contrasto.
Per l’esecuzione delle prove distruttive a taglio secondo tale procedura, possono efficacemente utilizzarsi gli stipiti delle aperture come superficie sulle qualiapplicare l’attrezzatura di contrasto.
Prove in Situ distruttive
PROVE SU PANNELLI
Isolamento di una striscia di muro con due tagli verticali e messa in carico mediante martinetto nella zona centrale della parete.Strumentazione della parete secondo le due diagonali dei due semipannelli individuati dalla retta di applicazione del carico.Lo schema della prova è del tipo “beam test” e corrisponde all’applicazione di un carico di compressione diagonale sui due semipannelli.La prova è effettuata in presenzadella compressione esistente nella parete per effetto dei carichi ad essasovrastanti. Nei casi in cui questi si rivelino insufficienti, il carico dicompressione viene fornito mediante mezzi e modalità simili allo svolgimento della prova di compressione diretta.
Prove in Situ distruttive
PROVE SU PANNELLI
Strumentazione per la prova ciclica
Prove in Situ distruttive
PROVE SU PANNELLI
Tipo di risultati e utilizzo per la verificadi efficacia delle iniezioni di malta
Prove in Situ distruttive
PROVE SU PANNELLI
Isolamento di pannelli di forma circa quadrata per fare prove di compressione diagonale
Prove in Situ distruttive
PROVE SU PARETI
Prove in Situ distruttive
PROVE SU PARETI
Non Rinforzata Rinforzata
Tipo di risultati e utilizzo per la verificadi efficacia delle iniezioni di malta
Prove in Situ moderatamente distruttive
ISPEZIONE DIRETTA
Può essere condotta:1. Effettuando un limitato scasso nella muratura;2. Mediante carotratrice a rotazione con testa diamantata
All’interno delle perforazioni, possono essere introdotti endoscopi, collegati o meno ad una apparecchiatura fotografica o ad una videocamera, per una successiva ricostruzione della sezione
Prove in Situ moderatamente distruttive
ENDOSCOPIOGli endoscopi sono strumenti di indagine che dal campo medico e industriale sono sempre più utilizzati anche nel settore della diagnostica edilizia, della conservazione e del restauro, in modo particolare delle murature storiche. Per definizione l’analisi endoscopica ha lo scopo di analizzare la muratura attraverso una ripresa reale documentabile con foto e video. La semplice procedura di eseguire un foro con una punta di trapano, con una punta da 35 mm trasversalmente alla muratura, con l’inserimento di una cannula endoscopica attrezzata con una videocamera per la ripresa video e fotografica, ci permette di leggere la reale condizione della muratura.
Alcune trasformazioni dell'immagine ci consentono di aumentarne la lettura della materia presente all'interno della muratura.
Prove in Situ moderatamente distruttive
ISPEZIONE DIRETTA
Vantaggi
Prova più indicata per l’analisi della morfologia muraria;Visione diretta della sezione muraria;Informazioni importanti sulla presenza di cavità
Svantaggi
Impossibilità di prelevare campioni integri;Numero di prove non elevato;Informazioni locali
Prove in Situ moderatamente distruttive
MARTINETTI PIATTIÈ, forse, l’unica tecnica disponibile in grado di fornire informazioni attendibili sulle principali caratteristiche meccaniche di una struttura muraria in termini di deformabilità, stato di sollecitazione e resistenza.
La prova è condotta introducendo un martinetto piatto in un taglio effettuato lungo un giunto di malta. A fine prova lo strumento può essere facilmente rimosso e il giunto eventualmente risarcito.
Prove in Situ moderatamente distruttive
MARTINETTI PIATTI
Stato di sollecitazione
Detta Pf la pressione idraulica nel martinetto, corrispondente al pieno recupero delle deformazioni a cavallo del taglio, la relazione di equilibrio è data da:
Sf = Kj Ka Pf
doveS f: valore calcolato dello sforzoKj : costante di calibrazione del martinetto (<1)Ka : costante di taglio e del martinetto (<1)Pf : pressione del martinetto piatto
Prove in Situ moderatamente distruttive
MARTINETTI PIATTI
Deformabilità della muratura
Un secondo martinetto piatto è inserito in un taglio parallelo al precedente e distante circa 40-50 cm. I due martinetti delimitano una porzione di muratura non disturbata di dimensioni apprezzabili, su cui effettuare una vera e propria prova di compressionemonoassiale.
Una apposita strumentazione posta sulla superficie, strain gauges o LVDT, fornisce la misura delle deformazioni verticali o lateralidurante tutta la prova.
Il modulo elastico può essere determinato durante la prova, condotta a controllo di carico, nelle fasi di carico e scarico.
Prove in Situ moderatamente distruttive
MARTINETTI PIATTI
Prova con due
martinetti piatti
Prova con un martinetto piatto
Prove in Situ moderatamente distruttive
MARTINETTI PIATTIProva con due martinetti piatti
Prova con un martinetto piatto
Prove in Situ moderatamente distruttive
MARTINETTI PIATTI
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1 2 3 4
8
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5 6 7 8
12
-6 -4 -2 0 2 4 6 8 10Deformazioni [µm/mm]
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Sfor
zi [N
/mm
2]
LVDT 1,2,3,4LVDT 5
ε l ε v
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0Deformazioni [µm/mm]
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
Sfor
zi [N
/mm
2]
ε l ε v
σ
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5Deformazioni [µm/mm]
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
Sfor
zi [N
/mm
2]
ε l ε v
σ
Prove in Situ moderatamente distruttive
MARTINETTI PIATTI
Utilizzo dei martinetti piatti per verificare l’efficacia di interventicaso di iniezioni di malta.
Prove in Situ moderatamente distruttive
MARTINETTI PIATTI
Vantaggi
Fornisce informazioni attendibili sulle principali caratteristiche meccaniche della muratura in termini di deformabilità, stato di sollecitazione e resistenza.
Svantaggi
Informazioni sul paramento di prova;Difficoltà nella muratura di pietrame informe o sbozzato;Sensitività nei confronti della pressione di equilibrio;Inapplicabilità per edifici bassi
Prove in Situ moderatamente distruttive
1) Profondità di perforazione di 40 – 50 mm
2) Moderata perturbazione del giunto
3) Meccanismo attivabile a mano
5) Facile trasportabilità
4) Estrema adattabilità alle condizioni in situ
PROVA PENETROMETRICA
Obiettivi
Penetrometro Windsor
Prove in Situ moderatamente distruttive
PROVA PENETROMETRICA
Posizione Compressione (mm) Forza (N)1 10 422 20 843 30 1264 40 168
STRUMENTO
Prova Penetrometrica
Prova Penetrometrica
PROCEDURA
Prova Penetrometrica
PROCEDURA
Prova Penetrometrica
PROCEDURA
Prova Penetrometrica
PROCEDURA
Prova Penetrometrica
PROCEDURA
Prova Penetrometrica
PROCEDURA
Prova Penetrometrica
PROCEDURA
Prova Penetrometrica
Perforazioni Colpi Profondità (mm) SPU (mm-1)1 60 42,100 1,4252 50 44,100 1,1343 50 41,250 1,2124 55 41,250 1,3335 56 40,600 1,3796 45 40,800 1,1037 30 41,200 0,7288 50 40,350 1,2399 60 40,500 1,48110 70 40,900 1,71111 60 42,400 1,41512 50 41,850 1,19513 70 40,600 1,72414 50 43,250 1,15615 26 46,800 0,556
(mm)ProfonditàColpiSPU =
Strokes perPenetrationUnit
Prova Penetrometrica
Avigliano – Via Roma
Vaglio BasilicataVico Pellico
AviglianoVico Tarpea
Marsico Nuovo – Monastero
0.538 mm-1Media SPU =14.807%c.v.
0.609 mm-1Media SPU =49.733%c.v.
1 0.622 mm-1Media SPU =22.469%c.v.
2 0.407 mm-1Media SPU =24.550%c.v.
10.623mm-1Media SPU =
21.414%c.v. 20.628mm-1Media SPU =
23.339%c.v.
Prova Penetrometrica
AviglianoC.so Garibaldi
0.624 mm-1Media SPU =36.132%c.v.
AviglianoVia Amendola
0.695 mm-1Media SPU =25.330%c.v.
Muro LucanoCattedrale
1 0.772 mm-1Media SPU =21.153%c.v.
2 0.701 mm-1Media SPU =21.470%c.v.
Vaglio BasilicataVia Pagano
0.821 mm-1Media SPU =51.387%c.v.
Prova Penetrometrica
Avigliano – C.da Ponte dell’Acero0.822 mm-1Media SPU =
17.322%c.v.
Abriola – Via Lacava0.985 mm-1Media SPU =
29.162%c.v.
Tito – Via Umberto I1.139 mm-1Media SPU =
29.633%c.v.
Potenza – Casa cantoniera SS71.253 mm-1Media SPU =
25.024%c.v.
Prova Penetrometrica
Rivello – Largo S. Mansueto
10.862mm-1Media SPU =
21.232%c.v. 21.274mm-1Media SPU =
21.560%c.v.
Potenza – Casa cantoniera SS71.269 mm-1Media SPU =
38.549%c.v.
213%0.407SPU = mm-1 1.274SPU = mm-1
OBIETTIVI
CALIBRAZIONE DELLA PROVA
Stokes per Penetration Unit (SPU):
Compressione verticale sul giunto di maltaAltezza del giunto di maltaAngolo di attrito interno della malta
Indagini sperimentale:
Campioni di malte storiche prelevate in situ Identificate
Sabbie sciolte di granulometria assegnata
PROVA CON LA CELLA DI CALIBRAZIONE
1. Altezza del giunto Cassetti
2. Compressione verticale Martinetto idraulico3. L’angolo di attrito
Sabbie Grossa
• Passante allo staccio n° 18 ASTM (d = 1 mm)• Trattenuto allo staccio n° 25 ASTM (d = 0.710 mm)
• Passante allo staccio n° 25 ASTM (d = 0.710 mm)• Trattenuto allo staccio n° 40 ASTM (d = 0.425 mm)
Sabbie Fine
PROVE IN LABORATORIO
Sabbia GrossaSabbia Fine
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Carico verticale (Mpa)
SPU
med
io (m
m-1
)
Giunto 15 mm Giunto 20 mm Giunto 25 mm Giunto 30 mm Giunto 35 mm
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Carico verticale (Mpa)
SPU
med
io (m
m-1
)
Giunto 15 mm Giunto 20 mm Giunto 25 mm Giunto 30 mm Giunto 35 mm
PROVE DINAMICAANALISI DI REGRESSIONE MULTIPLA
Regressione Sabbia Grossa
0.011.200E-0.2Altezza del giunto0.0420.754Compressione0.0336.939E-0.2
0.9430.971CostanteSPU
Errore standard
Coefficienti di regressioneR2R
Variabile Indipendenti
Variabile dipendente
SPU[mm-1] = 0.754[mmN-1] σv[MPa] + 0.012[mm-2] hg[mm] + 0.069[mm-1]
Regressione Sabbia Fine
0.013.800E-0.3Altezza del giunto0.0420.555Compressione0.0337.031E-0.2
0.9710.985 CostanteSPU
Errore standard
Coefficienti di regressioneR2R
Variabile Indipendenti
Variabile dipendente
SPU[mm-1] = 0.555[mmN-1] σv[MPa] + 0.004[mm-2] hg[mm] + 0.070[mm-1]
PROVE DINAMICA
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
SPU teorico (mm-1)
SPU
spe
rimen
tale
(mm
-1)
Sabbia grossaSabbia fina
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
SPU (mm-1)
Forz
a (N
)
Parametri a dispersione Intecetta per L'origine Retta di regressione
PROVE PSEUDO - STATICAANALISI DI REGRESSIONE SEMPLICE
Grafico a Dispersione (Sabbia Grossa)
F[N] = 379.40[Nmm] SPU[mm-1] – 18.187[N] (R2=0.884)
F[N] = 354.85[Nmm] SPU[mm-1] (R2=0.880)
0
50
100
150
200
250
300
0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65
S P U (m m -1)
Forz
a (N
P aram etri a dispersione R etta di R egressione Intercetta per l'origine
PROVE PSEUDO - STATICAANALISI DI REGRESSIONE SEMPLICE
Grafico a Dispersione (Sabbia Fina)
F[N] = 400.90[Nmm] SPU[mm-1] – 11.483[N] (R2=0.961)
F[N] = 427.06[Nmm] SPU[mm-1] (R2=0.953)
Dipendenza di SPU e Forza Frazione grossa della granulometria(d= 0.074 mm → staccio n° 200ASTM)
Prove realizzate utilizzando l’intera granulometria
• Prova dinamica SPU medio = 0.537 mm-1 C.v. = 5.916%
• Prova pseudo-statica Forza = 190.10 N
Prove realizzate utilizzando la sola frazione grossa della granulometria
• Prova dinamica SPU medio = 0.498 mm-1 C.v. = 3.822%
• Prova pseudo-statica Forza = 165.5 N
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Profondità (mm)
Forz
a (N
)
Tutta la granulometria solo la granulometria grossa
PROVE SULLA MALTA PRELEVATA DALLA CHIESA DELLA MADONNA DELLA PIETÀ
23.6 N13.05 %190.10 N 165.5 N
Prove in Situ moderatamente distruttive
SCLEROMETRO A PENDOLO
Schmidt hammer rebound test
Verifica la qualità dei giunti di malte. Il principio della prova consiste nell’assorbimento di parte dell’energia potenziale della massa battente in deformazione plastica del letto di malta; la rimanente aliquota di energia si traduce in un “rimbalzo” della massa.
I limiti della tecnica sono legati alla strumentazione disponibile, calibrata per malte di cemento e, quindi, spesso inadatta per malte di calce, caratterizzate da una minore resistenza
Prove in Situ moderatamente distruttive
SCLEROMETRO A PENDOLO
Prove in Situ moderatamente distruttive
SHOVE TEST
Chiamato anche Push-test, èfinalizzato a misurare in situ la resistenza a taglio di un letto di malta. È necessario rimuovere un mattone e un letto di malta verticale sul lato opposto di quest’ultimo.Viene letto lo spostamento orizzontale del mattone spinto da un martinetto idraulico e la forza orizzontale richiesta. Lo stato di compressione èvalutato mediante martinetti piatti.
Prove in Situ moderatamente distruttive
DILATOMETRO
Prove in Situ non distruttive
FINALITÀ
individuazione di elementi strutturali nascosti;
individuazione di zone non omogenee nella muratura;
valutazione dell’estensione del danno meccanico;
individuazione del degrado superficiale;
verifica delle proprietà meccaniche e fisiche dei componenti;
controllo di alcune tecniche di riparazione.
Prove in Situ non distruttive
TERMOGRAFIA
Rileva e suddivide le radiazioni infrarosse emesse spontaneamente dai singoli punti di un corpo caldo, in un certo istante. Il risultato è una immagine termica dell’oggetto, visualizzabile attraverso scale di colori o di toni del grigio. Ad ogni colore o tono della scala di grigi, corrisponde un intervallo di temperatura. Generalmente le differenze di temperatura associate a tale distribuzione sono dell’ordine di frazioni di grado centigrado.
Prove in Situ non distruttive
TERMOGRAFIA
prisma rotante rilevatore
Immagine reale
azoto
obiettivo
immagine termografica
Prove in Situ non distruttive
TERMOGRAFIA
L’analisi termografica può essere condotta in modo attivo o passivo:
• nelle applicazioni di tipo passivo si analizzano gli effetti di cicli termici naturali (insolazione e successivo raffreddamento);
• nel caso attivo, invece, le superfici sono riscaldate artificialmente.
Mentre la termografia passiva interessa solo lo strato più superficiale della muratura, quella attiva può essere utilizzata per indagare strati collocati ad una certa profondità (fino a 10÷20 cm).
In tal caso, la superficie da indagare è riscaldata per diverse ore, in modo che il calore, grazie alla conducibilità termica del materiale, interessi strati più profondi nel muro.
Prove in Situ non distruttive
TERMOGRAFIA
Prove in Situ non distruttive
TERMOGRAFIA
Vantaggi
Applicabilità a vaste porzioni di murature;Utilizzabile nella diagnostica di pareti affrescate o rivestite in
quanto non richiede il contatto diretto;Valida per l’individuazione di vuoti o cavità, di inclusioni di differenti
materiali, di eventuali anomalie e modifiche nella tessitura, per la verifica della presenza di umidità, per il rilievo di impianti incassati.
Svantaggi
In assenza di adeguata sollecitazione termica, la termovisione di antichi manufatti si limita agli strati più esterni;
Sensibilità alle condizioni al contorno allo svolgimento della prova;Necessità di calibrazione degli algoritmi di acquisizione.
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
La tecnica di indagine sonica si basa sulla generazione di impulsi sonici o ultrasonici in un punto della struttura, attraverso la percussione con appositi strumenti o con trasduttori elettrodinamici.
L’elaborazione dei dati, invece, consiste nel calcolo del tempo e della velocità di attraversamento dell’impulso dato nella muratura.
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
sensore(accelerometro)
martelloeccitatore
ingressotrigger
ingressoimpulsi
oscilloscopio
filtraggio
amplificazione
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHELe misure soniche di velocità possono essere svolte secondo tre procedure:
• diretta o per trasparenza: la scelta dei punti di emissione e di ricezione dei segnale acustici sono sui due lati opposti della parete muraria, alla stessa altezza dal suolo e in modo che la congiungente sia perpendicolare alle superfici
• semidiretta: i due punti sono sui due lati opposti della parete muraria, ma non in corrispondenza simmetrica
• di superficie: nel caso di disponibilità di una sola superficie si possono eseguire misure con punti di emissione e ricezione postisullo stesso lato, lungo una linea retta (verticale o orizzontale)
• radiale: i trasduttori possono essere applicati su facce adiacenti del mezzo indagato
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
In un mezzo omogeneo e isotropo si verificano, per un impulso, tre tipi di onde:
i) onde longitudinali: si generano per compressione e successiva dilatazione nella direzione di trasmissione dell'onda, sono generalmente le uniche registrate nei test;
ii) onde trasversali: hanno direzione ortogonale alle precedenti e velocità di propagazione inferiore;
iii) onde superficiali: sono onde a grande ampiezza con velocità di poco superiore alle onde longitudinali. Hanno ampiezza e frequenza molto influenzabili dallo stato di fessurazione e vengono facilmente riflesse dalle pareti dei vuoti. Esiste una tecnica specifica per la loro misura detta carotaggio sonico.
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
Mediante le prove soniche può essere calcolato il modulo elastico sonico Ed che in genere, per il bassissimo sforzo generato nel test, sovrastima del 10% circa il normale modulo elastico misurato su provini o carotaggi. Nota la densità ρ del materiale e fissato il modulo di Poisson ν si può ricavare dalla relazione:
( )ν−ν−
⋅ν+⋅ρ=1
2112VEd
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
La velocità sonica è influenzata da:
• frequenza di input, generata da diverse strumentazioni;
• numero di giunti attraversati. La velocità tende a diminuire con l’aumento del numero di giunti;
• presenza di fessure;
• caratteristiche del materiale superficiale. Per esempio, la presenza di intonaci o lesioni superficiali filtra le componenti in alta frequenza. del segnale. Dato che la lunghezza d’onda è legata al rapporto tra velocità e frequenza, questo effetto tende ad aumentare la lunghezza d’onda e, quindi, diminuire la risoluzione della prova. Puòaccadere che la risoluzione non consenta che considerazioni generali sulla localizzazione di zone di bassa velocità nella muratura.
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
1) V<1000 m/s: individua murature fortemente danneggiate con presenza di grossi vuoti interni;
2) 1000 m/s<V<2000 m/s: rappresenta la maggioranza delle murature in mattoni esistenti; valori di V inferiori ai 1500 m/spossono indicare presenza di vuoti e difetti, irregolarità nei corsi o nelle giunzioni.
3) V>2000 m/s: indica murature accuratamente costruite e conservate con elevata resistenza a compressione, stimabile fra i 5 e 15 MPa.
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
Le indagini soniche sono utilizzate nella diagnosi della muratura per qualificare la morfologia della sezione, individuando la presenza di vuoti o difetti o lesioni.
In presenza di lesioni o fratture o altri tipi di discontinuità, infatti, la velocità sonica diminuisce in quanto l’onda è più lenta in corrispondenza di vuoto e si producono rifrazioni multiple del segnale cosicché il percorso si allunga e non risulta più quello diretto tra sorgente e ricevitore.
La risoluzione della prova, in termini di dimensione minima del difetto riconoscibile, è quindi legata alla lunghezza d’onda della frequenza dominante, e anche dalle dimensioni stesse dell’oggetto esaminato.
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
Ma la lunghezza d’onda λ è legata alla velocità di trasmissione ν e alla frequenza f, attraverso la semplice relazione λ = ν/f.
Per una fissata velocità l’incremento della frequenza produce una diminuzione della lunghezza d’onda e quindi l’aumento della risoluzione. Tuttavia, con l’aumento della frequenza, l’energia del segnale si attenua e diminuisce la profondità della sezione muraria investigabile.La frequenza ottimale deve essere pertanto scelta valutando contemporaneamente le esigenze di risoluzione e l’attenuazione del segnale, legata allo spessore murario. In generale, nel casodella muratura si possono utilizzare frequenze di input attorno ai 3.5 kH
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
Le prove soniche vengono effettuate con vibrazioni elastiche di frequenze variabili tra i 16 e i 20000 Hz. Il rilievo delle velocitàtrasmesse lungo diversi percorsi possibili all’interno della porzione muraria individuata, consente poi, impiegando determinati algoritmi per l’elaborazione, di effettuare una mappatura delle velocità(tomografia sonica).
Le prove ultrasoniche utilizzano, invece, una banda di frequenza che varia da 20 kHz a 1000 MHz. Tali onde non riescono a essere trasmesse da mezzi gassosi, per cui sono sfruttate per l'individuazione di microfessure che riescono a riflettere il fronte d'onda; per contro, il segnale ultrasonico risulta altamente attenuato per via della sua lunghezza d'onda troppo piccola in confronto alle dimensioni dei componenti la muratura.
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
Le indagini soniche sono utilizzate nella diagnosi della muratura per controllare le caratteristiche della muratura dopo interventi di consolidamento (iniezioni di malte e resine), verificando i cambiamenti delle caratteristiche fisiche del materiali.
Pilastro CVelocità soniche (m/s)
21
3
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0
500
1000
1500
2000
pc135bpc234bpc333bpc432bpc531bpc630bpc729bpc828bpc927bpc1026bpc1125bpc1224bpc1323bpc1422b
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0 500 1000 1500 2000
pc2136b
pc2037b
pc1938b
pc1839b
pc1740b
pc1641b
pc1542
non iniettato♣ iniettato
Prima Dopo
Cattedrale di Noto
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
Grafici di superficie relativi a indagini soniche per trasparenza eseguite sulla parete della sinopia
Accademia di Brera
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
Grafico tridimensionale dei tempi di arrivo delle onde per una superficie muraria
Prove in Situ moderatamente distruttive
INDAGINI SONICHE
Utilizzo delle prove soniche per verificare l’efficacia di interventicaso di iniezioni di malta.
Prove in Situ non distruttive
INDAGINI SONICHE
Vantaggi
Applicabilità a vaste porzioni di murature;Affidabilità in relazione al periodo di impiego.
Svantaggi
I risultati colgono caratteristiche qualitative e non quantitative della muratura;
Le prove ultrasoniche mostrano limiti severi per indagini su materiali altamente porosi;
Il costo delle operazioni, dato l’elevato numero di misure richieste;L’elaborazione dei risultati, data la disomogeneità del materiale;La necessità di una calibrazione dei valori per le differenti tipologie
murarie.
Prove in Situ non distruttive
GEORADAR
Le tecniche radar si applicano in base al principio che un flusso di energia elettromagnetica sia alterato dagli oggetti incontrati sul suo percorso e che tale alterazione possa essere rilevata attraverso degli echi di ritorno.
Nel caso della muratura gli impulsi possono essere riflessi dalle interfacce tra materiali con differenti proprietà dielettriche, come ad esempio la superficie e il fondo di murature, vuoti, discontinuità, distacchi, ecc.
Prove in Situ non distruttive
GEORADAR
Utilizzi:• ricerca di elementi strutturali nascosti in murature portanti eorizzontamenti; • individuazione di tessiture murarie nascoste da intonaci e affreschi; • controllo dell’efficacia di iniezioni; • individuazione di difetti, fessure e vuoti, inclusioni di materiali diversi;• individuazione della morfologia delle sezioni di murature a piùparamenti;• rilievo della presenza di umiditànelle murature.
Prove in Situ non distruttive
GEORADAR
La tecnica radar consiste nell'irradiare il mezzo di indagine con impulsi di energia elettromagnetica caratterizzati da una brevissima durata (qualche nanosecondo) e da un’elevata cadenza di emissione (decine di kHz); l’irraggiamento viene effettuato tramite un’antenna trascinata a velocità costante lungo la linea di prospezione.
Una seconda antenna, funzionante come ricevitore e solidale con quella trasmittente, rileva gli impulsi riflessi dalle superfici di discontinuità tra materiali a differente costante dielettrica, che vengono poi trasformati dal sistema radar in segnali elettrici.
Tali segnali vengono riprodotti sul monitor del sistema ed eventualmente memorizzati o stampati come pseudoimmagine(sezione tempi-distanze) della sezione indagata.
Prove in Situ non distruttive
GEORADAR
Misurando il tempo necessario affinché gli impulsi attraversino tutta la sezione e siano captati dall’antenna ricevente come echi di ritorno, e conoscendo la velocità di propagazione del segnale nel mezzo, è possibile individuare la posizione dei singoli ostacoli.
290 cm
150
cm
20 n
s
8 w
w8
t tt tt
Chiesa di S. Egidio a Fontanella, Bergamo
Prove in Situ non distruttive
GEORADAR
Dalla rappresentazione grafica così ottenuta è possibile evidenziare la presenza di superfici riflettenti, per esempio discontinuità nella stratificazione o cavità, e ricavare lo spessore compreso tra la superficie di prospezione e quella riflettente, applicando la seguente formula:
2th m ⋅ν
=
dove h è lo spessore, t il tempo di riflessione in secondi e ν m la velocità media delle onde elettromagnetiche nel mezzo investigato.
Velocità delle onde elettromagnetiche e costante dielettrica sono legate dalla formula:
2
2
m
cν
=ε
dove c è la velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto.
Prove in Situ non distruttiveGEORADAR
Le indagini vanno effettuate su 4-5 linee parallele muovendo l'antenna ad una velocità costante (es. 2.5 o 5 cm/ns).
Zona nondisturbataZona didistrubo
Effetti di bordo
Tx-Rx Tx Rxx x
x
Rx
TxRxTx
(a) (b)
(c) (d)
Modalità di acquisizione
Prove in Situ non distruttive
GEORADAR
A seconda dello scopo dell'indagine possono essere utilizzate antenne di diversa frequenza.
In linea generale antenne ad alta frequenza rilevano la sezione muraria con un migliore dettaglio ma hanno lo svantaggio di presentare segnali con minore energia, spesso non sufficiente a segnalare il fondo della muratura, e più disturbati da rifrazioni locali. Al contrario le antenne a bassa frequenza permettono di rilevaretutto lo spessore. Sono però più sensibili all'effetto della prima componente del segnale.
Sono indicate generalmente antenne da 900 MHz per murature di un certo spessore, mentre antenne da 1GHz rilevano murature sottili. In particolari condizioni, per esempio nel caso di murature molto spesse con presenza di umidità, possono essere utilizzate anche antenne da 500 MHz.
Prove in Situ non distruttive
GEORADAR
Utilizzo del georadar per verificare l’efficacia di interventiCaso di iniezioni di malta
Prove in Situ non distruttive
GEORADAR
Vantaggi
Applicabilità a vaste porzioni di murature;Rileva anomalie anche in murature di consistente spessore e
coglie la presenza di umidità;Utilizzabile nella diagnostica di pareti affrescate o rivestite in
quanto non richiede il contatto diretto.
Svantaggi
Tecnica ancora in via di sviluppo;Rilevanti disturbi del segnale legati ad effetti della prima
componente, ad echi multipli dovuti a numerosi cambi di materiali, sovrapposizione di echi laterali;
Calibrazione preliminare della frequenza di emissione.
Prove in Situ non distruttive
TOMOGRAFIA SONICA E RADAR
È una raffinata tecnica di elaborazione di dati sonici o radar.
Il principio di base è l’acquisizione di una maglia di dati (tempi di attraversamento degli impulsi sonici o elettromagnetici) lungo una fitta rete di percorsi nel materiale, in modo da ricostruire una mappa dell’intera sezione analizzata.
La tecnica computazionale utilizza una metodologia iterativa per elaborazione di una grande quantità di dati.
Prove in Situ non distruttive
TOMOGRAFIA SONICA E RADAR
Questa procedura, può fornire informazioni sulle variazioni delle caratteristiche elastiche o sulla eventuale presenza di lesioni o discontinuità legate a rifacimenti, tamponamenti, rinforzi.
Ricostruzioni tomografiche sono molto utili per la diagnosi di elementi isolati, come i pilastri, e per la verifica di singole sezioni murarie.
Lo svantaggio è legato all’alto costo, in termini sia di tempi di acquisizione che di elaborazione dei dati.
Progetto delle indagini e valutazione dei risultati
FINALITÀ
Osservazioni conclusive
La parola "muratura" è un termine generale per definire diversi materiali che differiscono molto uno dall'altro dal punto di vista dei:(i) componenti(ii) dell'assemblaggio(iii) della tecnica costruttiva
Caratteristica tipica della muratura è la disomogeneità che influenza i risultati delle indagini e l'efficacia dell'intervento di riparazione.
Il rilievo geometrico e del Q.F., insieme al controllo ed al monitoraggio della struttura, possono dare informazioni fondamentali sul comportamento della struttura stessa nel tempo.
Osservazioni conclusive
Le prove meccaniche in situ (martinetti piatti semplici e doppi, ecc.) possono fornire informazioni quantitative sui parametri meccanici della muratura, mentre le prove di laboratorio sono importanti per la caratterizzazione dei singoli componenti (malta, mattoni, pietre) o di piccoli campioni di muratura.
Le prove non distruttive possono fornire informazioni utili, soprattutto estese ad ampie parti di muratura. Tuttavia, l'elaborazione e l'interpretazione dei risultati richiedono ancora molto lavoro di ricerca, soprattutto lo sviluppo di software adatto a tale scopo, se non si vogliono utilizzare i risultati in termini troppo rozzi.