INDAGINI DIAGNOSTICHE SULLE STRUTTURE IN MURATURA … · di strutture in muratura può essere...

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


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


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.

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 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 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 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 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

nte

cum

ulat

ivo

Castelletto.grf


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.


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 SU PIETRE E MATTONI


PROVE DI COMPRESSIONEMonotona


PROVE DI COMPRESSIONE

Ciclica


PROVE DIRACKING TEST


PROVE DICOMPRESSIONEDIAGONALE


PROVE DICOMPRESSIONE DIAGONALE


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 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 SU PANNELLI

Strumentazione per la prova ciclica


PROVE SU PANNELLI

Tipo di risultati e utilizzo per la verificadi efficacia delle iniezioni di malta


PROVE SU PANNELLI

Isolamento di pannelli di forma circa quadrata per fare prove di compressione diagonale


PROVE SU PARETI


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


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.


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


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.


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


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.


MARTINETTI PIATTI

Prova con due

martinetti piatti

Prova con un martinetto piatto


MARTINETTI PIATTIProva con due martinetti piatti

Prova con un martinetto piatto


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


MARTINETTI PIATTI

Utilizzo dei martinetti piatti per verificare l’efficacia di interventicaso di iniezioni di malta.


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


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


PROVA PENETROMETRICA

Posizione Compressione (mm) Forza (N)1 10 422 20 843 30 1264 40 168

STRUMENTO

Prova Penetrometrica


PROCEDURA


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


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.


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.


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.


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


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


SCLEROMETRO A PENDOLO


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.


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.


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.


TERMOGRAFIA

prisma rotante rilevatore

Immagine reale

azoto

obiettivo

immagine termografica


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.


TERMOGRAFIA


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.


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.


INDAGINI SONICHE

sensore(accelerometro)

martelloeccitatore

ingressotrigger

ingressoimpulsi

oscilloscopio

filtraggio

amplificazione


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


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.


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


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.


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.


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.


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


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.


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

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

0

500

1000

1500

2000

pc135bpc234bpc333bpc432bpc531bpc630bpc729bpc828bpc927bpc1026bpc1125bpc1224bpc1323bpc1422b

��

��

��

��

��

��

��

��

0 500 1000 1500 2000

pc2136b

pc2037b

pc1938b

pc1839b

pc1740b

pc1641b

pc1542

non iniettato♣ iniettato

Prima Dopo

Cattedrale di Noto


INDAGINI SONICHE

Grafici di superficie relativi a indagini soniche per trasparenza eseguite sulla parete della sinopia

Accademia di Brera


INDAGINI SONICHE

Grafico tridimensionale dei tempi di arrivo delle onde per una superficie muraria


INDAGINI SONICHE

Utilizzo delle prove soniche per verificare l’efficacia di interventicaso di iniezioni di malta.


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.


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.


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.


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.


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


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


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.


GEORADAR

Utilizzo del georadar per verificare l’efficacia di interventiCaso di iniezioni di malta


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.


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.


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.

INDAGINI DIAGNOSTICHE SULLE STRUTTURE IN MURATURA … · di strutture in muratura può essere...

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