Strutture: sistemi di indagine e metodi di …...fm,s = resistenza al punzonamento derivata dalla...

Ing. Massimo Morelli

Strutture: sistemi di indagine e metodi di consolidamento

− Le indagini sulle murature

MARTINETTI PIATTI SEMPLICI ASTM C1196

La prova viene condotta procedendo all’asportazione

di un giunto di malta tramite la realizzazione di un

taglio perfettamente orizzontale effettuato con una

sega opportuna.

In corrispondenza di tale zona vengono

posizionati le basi di misura al fine di rilevare

l’entità dei cedimenti, verificatesi nella prima fase di

assestamento a causa del rilascio delle tensioni

provocato dalla chiusura del taglio, rispetto ai valori

rilevati prima dell’asportazione del giunto di malta.

Nel taglio operato si inserisce un martinetto il

quale viene collegato al circuito oleodinamico.

La pressione all’interno del martinetto, viene,

quindi, gradualmente incrementata (mediante una

pompa a mandata collegata al circuito oleodinamico

del martinetto) in modo da annullare le

deformazioni ed i cedimenti misurati e

ripristinare, di conseguenza, la situazione iniziale.

.

E’ finalizzata alla

valutazione dei carichi

effettivamente gravanti sul

paramento murario preso

in esame.

Principio di misura Caratteristiche

metrologiche tipiche Scopo

EXPERIMENTATIONS S.r.l.

Rilievi, monitoraggi, ispezioni, elaborazione dati, certificazioni e prove sperimentali di

prodotti da costruzione, strutture, terreni e materiali in sito ed in laboratorio

MARTINETTI PIATTI DOPPI ASTM C1197

Principio di misura Caratteristiche metrologiche

tipiche Scopo

La prova dovrà essere condotta procedendo ad

effettuare 2 tagli orizzontali paralleli distanti tra

loro circa cm. 50-60 installando le 4 coppie di

basi di misura in corrispondenza dei tagli per

rilevare l’entità dei parametri ricercati. I martinetti

sono posizionati in modo da delimitare un

campione significativo di muratura, e vengono

collegati ad un circuito oleodinamico per la messa

in pressione del sistema, al fine di eseguire una

prova di compressione monoassiale in direzione

normale al piano di posa senza procedere

all’asportazione del campione. Le misure di

pressione, eseguite ad intervalli regolari di un bar,

sono effettuate con un manometro digitale con

fondo scala 100 bar e risoluzione 0,01 bar.

Stima della resistenza a

compressione della

muratura ed un quadro

deformativo del setto

murario in modo da

ricavare il modulo di

elasticità.

Martinetto piatto: Dimensioni

350x260x4mm

Pompa manuale con

manometro di precisione:

Pressione massima 70 bar

Fondo scala 100bar

Risoluzione 0,01bar




LETTURE ESEGUITE

Ora Pressione Lett. 1 Lett. 2 Lett. 3 Lett. 4 Lett. 5 Lett. 6

[bar] [mm*10-1] [mm*10-1] [mm*10-1] [mm*10-1] [mm*10-1] [mm*10-1]

9:54

Zero iniziale

70,65 54,59 53,78 44,51 60,89 38,20

9:58 71,09 54,85 53,58 44,51 60,89 38,20

10:02 70,65 54,60 53,50 44,45 60,89 37,74

10:05 70,65 54,60 53,45 44,45 60,85 37,70

10:07 70,65 54,60 53,45 44,45 60,85 37,68

ESECUZIONE 1° TAGLIO

11:00 0,0 70,00 53,67 53,07 44,63 61,36 37,97

11:03 2,0 70,52 54,49 53,38 44,38 60,57 37,47

11:07 2,5 70,65 54,85 53,64 44,35 60,41 37,34

s = Km * KA * p

e = Dl / l0

Km coefficiente determinato sperimentalmente, che dipende dalla tipologia del martinetto

KA = Aj / Ac con: Aj = area dei martinetti utilizzati; AC = area del taglio.




y = 773,81x - 0,0709

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

Ten

sion

i [N

/mm

2]

Deformazioni unitarie [e]

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00T

ensi

on

i [N

/mm

2]

Deformazioni unitarie [e]




Principio di misura Caratteristiche metrologiche

tipiche Scopo

La prova si realizza provocando uno slittamento

orizzontale di un elemento di laterizio o pietra,

opportunamente isolato lateralmente dal resto della

struttura, per mezzo di uno o più martinetti di

adeguata portanza.

Quando non è possibile raggiungere la rottura, per

evidente scorrimento a livello di strato di malta,

vengono comunque registrati in tempo reale gli stati

deformativi massimi raggiunti sotto l’effetto di un azione

applicata con il criterio dei carichi ciclici crescenti e

decrescenti (in modo che il valore massimo

corrisponda comunque ad una tensione tangenziale

resistente superiore ai limiti attesi per una muratura di

equivalenti caratteristiche) ed i residui a carico nullo.

Dalla forza di resistenza a taglio rilevata si può

ottenere un valore della resistenza ultima

sperimentale pari a:

su = Tu / (2*a*b)

Dove:

Tu = forza di resistenza (ultima) a taglio

a = larghezza dell’elemento indagato

b = lunghezza dell’elemento indagato

a * b = sezione resistente dell’elemento indagato

Pistone oleodinamico

Consente di determinare

la tensione sperimentale

ultima di taglio (su)

della muratura sotto

carichi di esercizio reali.

PROVA DI SCORRIMENTO




= Ft / (2*a*b+a*c) dove: Ft = forza di resistenza (ultima) a taglio; a, b, c = lunghezza, altezza e larghezza dell’elemento indagato

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Press

ion

e [

ba

r]

Tempo [s]

a

b c




PROVA DI COMPRESSIONE DIAGONALE ASTM E519/E519m-10




F

l = 1,00 m

h =

1,0

0 m

45°

PROSPETTO LATO INTERNO

F F

0,50 m

T T

SEZIONE =

=

=

= L

ato

in

tern

o

La

to E

stern

o

T T

F

45°

PROSPETTO LATO ESTERNO

T T

l = 1,00 m

h =

1,0

0 m

h =

1,0

0 m

CALCOLO DELLA TENSIONE DI TAGLIO ()

La tensione di taglio si determina con la seguente relazione:

dove:

F = carico applicato (di rottura)

An = area resistente della porzione di muratura in prova, data dalla relazione:

con:

l, h = dimensioni della porzione di muratura in prova

s = spessore della porzione di muratura in prova

n = 1 = percentuale ipotizzata dell'area lorda resistente della porzione di muratura in prova

An = l + h

2 x s x n

= 0,707 x F

An




PROVE PENETROMETRICHE SULLE MALTE

Attorno a ciascuna zona di misura vengono eseguiti quindici fori ciechi

ottenendo in questo modo quindici misure grezze di valori di energia

spesi nelle perforazioni; tali misure vengono elaborate statisticamente

ricavandone un valore medio pesato che mediante correlazione ci

fornisce la stima del valore della resistenza a compressione della malta

nella zona indagata.

La correlazione tra lavoro di perforazione e resistenza a compressione

delle malte è stata ricavata da una accurata sperimentazione (condotta

dal Prof. Gucci dell’Istituto di Scienza delle Costruzioni della Facoltà di

Ingegneria dell’Università di Pisa) su provini di malte confezionate con

differenti tipi di leganti ed inerti di varie granulometrie le cui resistenze

erano note ed ottenute da prove di schiacciamento su provini cubici.

La profondità del foro cieco deve essere la minima in grado di consentire

una buona sensibilità, in modo da rendere piccoli gli errori dovuti a

possibili variazioni delle proprietà meccaniche della malta con la

profondità e da minimizzare l’influenza dell’attrito tra la punta e la

superficie laterale della cavità.

È stata così scelta una profondità di 5 mm.

Tali prove consentono di

effettuare una stima indiretta

della resistenza a compressione

della malta in sito mediante

correlazione con i valori di

energia spesa per l’esecuzione

di un piccolo foro cieco.

Principio di misura Scopo




ACCETTABILITÀ DELLE LETTURE

Le indagini penetrometriche permettono di stimare la resistenza a compressione della malta.

Per ogni zona di cui si vuole stimare la resistenza viene rilevato un gruppo di 15 letture.

Il gruppo di letture è considerato accettabile se almeno 5 letture sono comprese tra (m-1/4 m) e

(m+1/4 m) dove m è la media delle letture del gruppo.

Se il gruppo di letture è accettabile si calcola la media dei sei valori centrali, mC.

Se il gruppo di letture non è accettabile, deve essere scartato.

STIMA DELLA RESISTENZA A COMPRESSIONE DELLA MALTA

Se la media delle lettue centrali mC < 460 unità (1 unità = 0,006 J) la resistenza a compressione della

malta fm, è:

se 460 < mC < 486 unità (1 unità = 0,006 J) la resistenza a compressione della malta fm, è:

se mC < 486 unità (1 unità = 0,006 J) la resistenza a compressione della malta fm, è:

(mc + 22)

134 fm =

< fm < (mc - 267)

53

(mc - 3)

117

< fm < (mc - 267)

53

(mc - 3)

117




ZONA P6 - PIANO TERRA

LETTURA

(l)

N.

VALORE DELLA

LETTURA

(l)

MEDIA DEI

VALORI

(m)

ACCETTABILITÀ (m - 1/4 m) < l < (m +1/4 m) STIMA DELLA

RESISTENZA ALLA

COMPRESSIONE (fm) VALORI

ACCETTABILI VALORI NON ACCETTABILI

[1=0,006 J] [1=0,006 J] [1=0,006 J] [1=0,006 J] [N/mm2]

1 36 90,87

36

2 42 42 0,85

3 44 44

4 54 54

5 61 61

6 82 82

7 97 97

8 98 98

9 102 102

10 111 111

11 115 115

12 117 117

13 120 120

14 134 134

15 150 150

TOTALE VALORI

ACCETTABILI 5

V

A

L

O

R

I

C

E

N

T

R

A

L

I




METODO DARMSTADT

Tale metodo consente di stimare il valore della resistenza caratteristica a compressione della muratura tramite

i valori ottenuti dalla prove di punzonamento sulla malta e di compressione su laterizio/pietra eseguite in

laboratorio.

Dai valori di resistenza al doppio punzonamento della malta, ottenute da prove eseguite in laboratorio e

seguendo le procedure raccolte nello studio "Di Leo - Sulla valutazione delle proprietà meccaniche di solidi

murari costituenti gli edifici esistenti - INARCOS n.502/settembre 1989" è possibile calcolare la resistenza a

compressione della malta attraverso la seguente formula:

fm = 0,56 (fm,s)1,20

Dove

fm,s = resistenza al punzonamento derivata dalla prova di laboratorio

Dai valori di resistenza a compressione ultima dei laterizi/pietre vengono seguite le procedure descritte nel

TESTO UNICO D.M. del 14 Gennaio 2008, tramite le quali, è possibile calcolare la resistenza caratteristica a

compressione del laterizio/pietra attraverso le seguenti formule:

fbk = fbm/1,20 per i laterizi

fbk = 0,75*fbm per le pietre

essendo:

fbm = s resistenza a compressione del provino di laterizio/pietra naturale

Il valore della resistenza caratteristica a compressione della muratura fk può essere dedotto dalla

caratteristica a compressione degli elementi fbk e dalla classe di appartenenza della malta tramite le Tabelle

11.10.V e 11.10.VI del D.M. del 14 gennaio 2008 “Norme Tecniche per le Costruzioni” rispettivamente per

laterizi e per elementi naturali.

Principio di misura




RISULTATI DELLE PROVE DI PUNZONAMENTO SU MALTA

(VEDI CERTIFICATO PRESENTE NELL'ALLEGATO A)

Sigla di contrassegno MALTA

N. Campioni dm fm,s fm,s media fm

(mm) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2)

1 M1A 13 11,26

8,08 6,9

2 M1B 12 4,58

3 M1C 13 8,41

dm = Spessore del provino di malta

fm,s = Resistenza al punzonamento del provino di malta

fm = Resistenza a compressione del provino di malta

RISULTATI DELLE PROVE DI COMPRESSIONE SU LATERIZIO

(VEDI CERTIFICATO PRESENTE NELL'ALLEGATO A)

Sigla di contrassegno LATERIZIO

N. Campioni fbi fbm media fbk

(N/mm2) (N/mm2) (N/mm2)

1 M1A 23,2

22,3 18,6

2 M1B 19,0

3 M1C 24,8

fbm = Resistenza a compressione del provino di laterizio

fbk = Resistenza caratteristica a compressione del provino di laterizio

STIMA DELLA RESISTENZA CARATTERISTICA A COMPRESSIONE DELLA MURATURA

Interpolando i dati ottenuti con i risultati riportati nella Tabella 11.10.V del TESTO UNICO D.M. del 14 gennaio

2008 si ottiene una resistenza caratteristica a compressione della muratura pari a circa:

fk = 5,41 N/mm2

STIMA DEL MODULO ELASTICO NORMALE SECANTE DELLA MURATURA

Come riportato nel Paragrafo 11.10.3.4 del TESTO UNICO D.M. del 14 gennaio 2008 si può assumere la relazione:

E = fk*1000, quindi il modulo elastico normale secante risulta essere per la muratura in oggetto pari a: E = 5410

N/mm2




Principio di misura Caratteristiche metrologiche tipiche Scopo

La tecnica, MINIMAMENTE INVASIVA,

consiste nel praticare dei piccoli fori con

trapano a basso numero di giri (per non

indurre vibrazioni eccessive) ed introdurvi

all’interno lo strumento, costituito da una

sonda snodabile con fibra ottica e da una luce

per l’illuminazione della cavità. Nella parte

terminale della sonda è presente una

telecamera per la documentazione

dell’indagine che permette di scattare foto

corrispondenti alle varie porzioni del foro

analizzate e alle anomalie rilevate

Struttura in lega di magnesio

resistente agli urti

Sonda flessibile resistente alle

abrasioni

Diametro sonda: 6,0mm

Lunghezza sonda: 3,50m

Monitor LCD ad alta risoluzione

Ispezione di zone

non visibili tramite

un’invasività

minima dovuta al

solo foro di

ispezione

INDAGINI ENDOSCOPICHE




Tale tecnica fa uso delle onde meccaniche,

prodotte da un martello strumentato, che

attraversando il mezzo da indagare vengono

ricevute da un trasduttore piezoelettrico.

Individuata la zona da indagare, la si suddivide

secondo una griglia di punti di cui viene rilevata

la geometria.

L’insieme delle misurazioni lungo questi raggi

ideali costituirà un sistema di equazioni, la cui

risoluzione fornirà le velocità di propagazione

nelle singole celle del reticolo di misura.

Ultrasuono: N. 4 Convertitori a 16 bit

Frequenza di acquisizione

Da 2KHz a 1.25MHz

Trasduttori di tipo piezoelettrico

Software:Risoluzione iterativa

mediante algoritmi SIRT dei dati di

propagazione sonica.

Diagnosi della muratura,

morfologia della sezione,

individuazione di vuoti, difetti o

lesioni.

Controllo delle caratteristiche

della muratura dopo interventi

di consolidamento.


TOMOGRAFIA SONICA




TOMOGRAFIA SONICA




33

1 c

m

30 c

m

10

0 c

m

SEZ. A

SEZ. B

SEZ. C

100 c

m

90 c

m

SEZ. D




PROVA ASSORBIMENTO

F1 F2 F3

F6 F7 F8

F4 F5

50 cm 50 cm

70 cm

50 cm

50 cm

170 cm

25 cm 50 cm 25 cm

quota di

calpestio

Porzione di muratura

interessata dalla prova

di assorbimento di

miscela legante




PROVE VIBRAZIONALI SU TIRANTI Le prove vengono eseguite per determinare lo stato di sollecitazione di tiranti metallici mediante prove di tipo vibrazionale che si

basano sulla “teoria delle corde vibranti” secondo la quale è possibile collegare matematicamente la tensione di trazione (T) al

numero n delle vibrazioni al secondo (n). Indicando con:

T = tensione di trazione;

S = superficie della sezione;

s = tensione;

r = densità del materiale;

g = peso specifico del materiale di cui è costituito il tirante;

l = lunghezza del tirante (misurata tra i ritegni terminali);

g = accelerazione di gravità;

n = numero di vibrazioni al secondo,

si ha:

n = 1 / (2*l) * (s/r)

che opportunamente elaborata fornisce:

T = 4 * S * r * n2 * l2

Misurata la frequenza e nota la geometria e le caratteristiche del materiale, è dunque possibile calcolare la tensione di trazione (T)




INDAGINE TERMOGRAFICA


Utilizza la proprietà fisica secondo la quale

un corpo sottoposto a riscaldamento

emette una radiazione elettromagnetica

(nella banda infrossa) proporzionale alla

temperatura del corpo stesso.

La camera termografica, mediante una

matrice di elementi sensibili, è in grado di

captare l’emissione infrarossa proveniente

da un corpo e di associare ad essa un

valore di temperatura su una mappa

sovrapponibile all’immagine del corpo.

Sensibilità di 50 mk a 30°C

Risoluzione IR 320X240 pixels

Differenze di temperature

comprese nell’intervallo di

temperatura dell’oggetto da

-20°C a +350°C.

Individuazione di anomalie

nell'emissione energetica dei

corpi e quindi di anomalie

termiche

La disomogeneità della

distribuzione della temperatura

è utilizzata per l’individuazione

di zone con irregolarità

termiche dovute a possibili

difetti (fessurazione, distacchi,

umidità) della struttura in

esame.

.




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