«IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE» Giornata di Studio: Il controllo dei materiali: tecniche non distruttive e sistemi di monitoraggio residenti «IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE» PARTE IV Prof. Ing. Giacinto Porco Docente Università della Calabria Ore: 15.45 Venerdì 19 Giugno 2015 A.I.A.C. – Associazione Ingegneri Architetti Cittanova «Polo Solidale della Legalità» Viale Merano – Cittanova (RC)

Prove Semi - Distruttive Indagine Visiva Prove di Laboratorio Prove in IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Prove sulla Muratura Prove Non Distruttive Prove Distruttive Prove Semi - Distruttive Indagine Visiva Prove di Laboratorio Prove in Sito Indagine Sonica Prove a Compressione su prototipi Metodi di Penetrazione Micro carotaggi Prove a Martinetto Piatto

Indagine Visiva

Prove Non Distruttive Murature IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Saggio visivo Si parla di saggio o esame visivo della superficie muraria quello che viene condotto rimuovendo lo strato di intonaco che riveste la muratura, per evidenziarne la composizione. Si tratta di un esame visivo della superficie muraria, condotto dopo la rimozione di una zona di intonaco di circa 1m x 1m e 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 le indagini distruttive o semidistruttive o raggiungere i livelli di conoscenza minimi richiesti. Prove Non Distruttive Murature

IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Saggio visivo

IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine endoscopica Le indagini endoscopiche si rilevano di estrema utilità nei casi in cui si vogliono conoscere le caratteristiche della tessitura di un apparecchio murario di notevole spessore. I principali obiettivi di tale metodologia possono essere riassunti nei punti seguenti: Individuare la natura della muratura, il tipo di materiali impiegati per la realizzazione dei riempimenti e la presenza di eventuali lacune; Individuare l’eventuale presenza di fenomeni fessurativi interni; Verificare i risultati di eventuali interventi di consolidamento mediante iniezioni.

Endoscopio Caratteristiche: IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Endoscopio Caratteristiche: La lunghezza della sonda può variare da un minimo di 1.5 m con diametro della stessa pari a 5 mm fino ad un massimo di 3.4 m con un diametro pari a 8.4 mm. La Risoluzione dell’immagine VGA (640x480) Potenza della lampada illuminante pari a 1850 lumens Strumentazione Tipo

Esecuzione della Prova IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Esecuzione della Prova Esecuzione del foro d’indagine Inserimento della Sonda Valutazione della Muratura (Muratura in pietra compatta) Valutazione della Muratura (Muratura in pietrame sciolto)

Indagine Sonica

Prove Non Distruttive Muratura IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine sonica Le indagini soniche sono indagini non distruttive utilizzate nelle diagnosi della muratura per qualificare la morfologia della sezione, individuando la presenza di vuoti, difetti o lesioni. Vengono utilizzate anche per controllare le caratteristiche della muratura dopo interventi di consolidamento (iniezioni di malte e resine), verificando i cambiamenti delle caratteristiche fisiche dei materiali. Prove Non Distruttive Muratura

Strumentazione Martello strumentato e accelerometro sono dotati di IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Strumentazione Martello strumentato e accelerometro sono dotati di cella di carico per convertire una quantità meccanica (l’onda elastica), in un segnale elettrico.

IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Procedura della prova La prova consiste nel sollecitare una porzione di muratura utilizzando un martello a mano, opportunamente strumentato con una cella carico. Il martello colpisce punti prestabiliti della superficie muraria generando delle onde elastiche che si propagano nello spessore murario. L’intensità dell'impulso generato ed il suo contenuto in frequenza, dipendenti dalla durezza della punta del martello e dell’area d’impatto, sono rilevate attraverso un trasduttore di forza incorporato nel martello. La propagazione dell'onda elastica nella struttura muraria è rilevata da un accelerometro. La velocità di propagazione dell’onda elastica è calcolata dividendo spessore della sezione muraria per il tempo di percorrenza.

IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Modalità di prova Le indagini soniche possono essere effettuate secondo tre modalità (per trasparenza, in superficie, per trasmissione radiale) a seconda del posizionamento del trasmettitore e del ricevitore su lati opposti, sullo stesso lato e su lati adiacenti della superficie muraria.

Modalità di prova in trasparenza IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Modalità di prova in trasparenza Il metodo di trasmissione per trasparenza consiste nella scelta di punti di emissione e di ricezione dei segnali posizionati su due lati opposti della parete, alla stessa altezza dal piano di calpestio e in modo che la loro congiungente sia perpendicolare alle superfici.

Modalità di prova in superficie IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Modalità di prova in superficie Si rileva una diminuzione della velocità di propagazione quando nel materiale sono presenti zone aventi diverso grado di aggregazione, vuoti o cavità e quando la densità del materiale è compromessa da fenomeni di degrado.

Indagine a Martinetti Piatti

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Questo sistema di indagine di tipo “non distruttivo”, normalizzato in base alla ASTM D4729-08 basato sulla variazione dello stato tensionale in un punto della struttura in esame per effetto di un taglio piano eseguito in direzione normale alla superficie. Il rilascio delle tensioni provoca la chiusura del taglio, la cui entità si rileva attraverso misure di convergenza tra due o più punti, situati in posizione simmetrica rispetto allo stesso taglio con l’ausilio di un deformometro ad alta precisione. Uno speciale martinetto piatto viene poi inserito all’interno del taglio e portato gradualmente in pressione con un’apposita pompa oleodinamica fino ad annullare la convergenza in precedenza misurata. In queste condizioni la pressione all’interno del martinetto sarà pari alla sollecitazione preesistente nella muratura, a meno di alcune costanti che si analizzeranno successivamente. Prove Semi Distruttive Muratura

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti L’indagine dei martinetti piatti consente quindi di determinare: Gli stati tensionali presenti nella muratura Modulo elastico Tensioni di prima fessurazione Tensione di rottura Le modalità di esecuzione delle prove sono differenziate in funzione dei parametri da ottenere in particolare: Per la determinazione delle tensioni in sito si attua la prova con singolo martinetto; Per la determinazione del modulo elastico e delle tensioni di prima fessurazione ed ultima, si attua la prova con doppio martinetto.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Il sistema si compone di: Sega dalle caratteristiche (forma, durezza della lama, potenza) adeguate al materiale costituente la muratura; Compressore per l’azionamento della macchina operatrice (sega per il taglio);

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Coppie di basi di misura; 4. Deformometro rimovibile di precisione; Le variazioni lineari durante la prova, vengono eseguite attraverso l’accoppiamento di piastrine metalliche e successiva lettura di deformazioni attraverso uno strumento rimovibile costituito da un deformometro meccanico di precisione dotato di comparatore. Normalmente le piastrine metalliche hanno una dimensione di 20 mm di diametro, possono essere incollate con resine, in caso di necessità si potrà pensare di fissarle con piccoli tasselli metallici.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Pompa oleodinamica Può essere realizzato mediante pompa idraulica a piccola corsa dotata di: Rubinetto corredato di vite micrometriche; Valvola di non ritorno di buona tenuta; Serbatoi di capacità adeguata; Manometro, meglio se doppio, di buona precisione. L’impianto idraulico di carico necessita anche di tubazione di piccolo diametro interno per il collegamento col martinetto. Nel caso delle prove con doppio martinetto, questi saranno collegati in parallelo per assicurare, nei due martinetti, l’identico valore dei carichi.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Martinetto/i, uno se si vuole acquisire il valore della sollecitazione agente nella muratura, due se serve determinare la tensione massima e i parametri elastici. Il martinetto è un elemento sensore costituito da due piastre metalliche sovrapposte e saldate lungo i bordi, è dotato di due tubicini (mandata e spurgo) attraverso i quali si riempie o si svuota di liquido, normalmente olio disareato. La scelta del tipo di martinetto viene fatta in base al tipo di materiale e di conseguenza al tipo di taglio. I primi martinetti sono stati di forma rettangolare con una larghezza di 400 mm, si utilizzavano per murature in laterizio, mentre andavano meno bene per murature in pietrame naturale.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Oggi la scelta è legata all’apparecchiatura operatrice utilizzata per il taglio, per i quali sono disponibili appositi modelli di martinetti.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Il tipo indicato con “a” si riferisce a un martinetto di tipo rettangolare, quelli di dimensioni più grandi normalmente vengono utilizzati nelle murature in mattoni, mentre quelli di dimensioni più piccole si utilizzano annegati nei calcestruzzi dei pilastri (funzionamento come cella di pressione) per la misura dello stato sollecitazione e delle possibili variazioni tensionali dovuti ai carichi e sovraccarichi che agiscono in fase di esercizio della struttura. Quello indicato con “b” viene normalmente utilizzato per la determinazione dello stato tensionale di ammassi rocciosi, la forma a semiluna consente il perfetto adattamento ai tagli realizzati con seghe a lama circolare. Infine l’ultimo tipo di martinetto indicato con “c”, consente utilizzazioni analoghe a quello rettangolare con dimensioni (400x200 mm) ma meglio si presta nel caso si utilizzi una troncatrice con disco diamantato, poiché presenta dimensioni e forma molto simili a quelle del taglio eseguito.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Il martinetto può prevedere un’installazione a recupero (riutilizzo della stessa cella di pressione per un certo numero di prove) sia a perdere, in quest’ultimo caso il martinetto servirà come rilevamento medio e a lungo termine delle misure di pressione nel punto di installazione. Il riutilizzo non è sempre possibile, poiché difficile si presenta l’estrazione, inoltre utilizzare diverse volte un martinetto significherebbe un abbassamento del coefficiente di rigidezza Km (rapporto tra la pressione esercitata dalla pressa e quella misurata al manometro del sistema di carico del martinetto) e ciò ci porterebbe ad incorrere in errori anche del 50%.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti La metodologia della prova, con martinetto singolo è basata sulla variazione dello stato tensionale in un punto della struttura in esame, per effetto di un taglio piano eseguito in direzione normale alla superficie di prova. Il rilascio delle tensioni provoca una parziale chiusura del taglio, che può essere rilevato attraverso misure di convergenza fra più punti posti in posizione simmetrica rispetto al taglio.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Una speciale tasca metallica, costituita dall’accoppiamento di due lamine metalliche saldate lungo i bordi viene inserita all’interno di questo taglio il quale ha interrotto la continuità della struttura e nel quale si è creata una condizione di tensione nulla. Dopo la successiva applicazione del martinetto piatto, al suo interno viene pompato olio disareato attraverso un sistema idraulico fino ad annullare la convergenza in precedenza misurata. In queste condizioni la pressione all’interno del martinetto è pari alla sollecitazione preesistente nella muratura a meno di alcune costanti che tengono conto della rigidezza del martinetto e dal rapporto tra l’area del martinetto di carico e la superficie del taglio.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 1. Scelta della zona da sottoporre a test La posizione della prova verrà scelta in modo che il martinetto possa sollecitare in modo centrale e simmetrico due o più elementi affiancati o sovrapposti della muratura anche se dissimili (ad esempio mattoni o blocchi regolari di pietra). In ogni caso sono da evitare le zone in cui la muratura si presenta assai danneggiata poiché si andrebbe a misurare una tensione non corrispondente alla realtà, le zone in prossimità di aperture di qualunque tipo, e tutte quelle zone che si ritiene non siano rappresentative delle condizioni globali della struttura muraria.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 2. Preparazione della superficie Si provvederà alla pulitura della superficie con cauta asportazione dell’intonaco esterno, in modo da avere una chiara visione della situazione sottostante. Si andranno poi ad individuare la posizione del taglio (nel caso di prova con singolo martinetto), o dei tagli (nel caso della prova con doppio martinetto) e le posizioni possibilmente stabili dei capisaldi di misura.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 3. Predisposizione delle basi di misura Per la prova con singolo martinetto piatto si dispongono normalmente tre basi (vale a dire sei piastrine) a cavallo ed ortogonalmente al taglio poste in mezzeria, ed a ¼ della lunghezza del martinetto.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 4. Misura della distanza dei capisaldi prima dell’esecuzione della prova

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Preparazione del taglio

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 6. Esecuzione del taglio Il taglio per l’alloggiamento del martinetto va eseguito mantenendo il più possibile l’orizzontalità. L’operazione di taglio per l’inserimento del martinetto si differenzia a seconda del tipo di muratura da sottoporre a prova di conseguenza al tipo di martinetto che si intende utilizzare. Nel caso di muratura in laterizi con corsi di malta regolari, il taglio viene più agevolmente realizzato se posto in corrispondenza del giunto di malta. Nel caso in cui, invece, le strutture murarie si presentano meno regolari e con materiale di più elevata resistenza, come nel caso di murature in pietrame più o meno squadrato, viene impiegata una particolare troncatrice idraulica con disco diamantato. L’esecuzione del taglio è uno dei passi della procedura più importanti e da esso che poi dipenderanno i risultati raggiunti.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 7. Misura dei punti di convergenza

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 8. Inserimento del martinetto e collegamento dello stesso al circuito di carico, ossia alla pompa

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 9. Spurgo dell’aria contenuta all’interno del martinetto e messa in pressione graduale dell’olio

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 10. Annotazione della pressione dell’olio e la corrispondente misura della divergenza alle basi fino a quando non viene letta all’estensimetro la stessa misura registrata all’inizio ed indicata come lettura “zero”. A questo punto si hanno a disposizione le misure delle basi e le pressioni corrispondenti lette sul manometro volta per volta.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 11. Estrazione del martinetto

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 12. Parametri meccanici nelle prove con singolo martinetto Durante la fase di pressurizzazione del martinetto, si effettuano misure molto ravvicinate delle basi in modo tale da determinare con precisione il punto e quindi la pressione che ripristina le condizioni iniziali. In questa condizione si legge al manometro della pompa la pressione e si provvede ad annotarla. Questa pressione non è quella di cui noi teniamo conto ai fini della determinazione della tensione in sito, ma bisogna tener conto di alcuni coefficienti correttivi dipendenti dalle dimensioni e forma del martinetto nonché della superficie del taglio. Si vanno quindi a determinare: l’area del martinetto che indicheremo con Am l’area del taglio che indicheremo con At Il coefficiente Km, è dipendente dalla taratura effettuata normalmente dalle case costruttrici dei martinetti.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti 12. Parametri meccanici nelle prove con singolo martinetto L’altro coefficiente riduttivo, in pratica Ka è determinato come: A questo punto possiamo determinare la tensione presente utilizzando i coefficienti di taratura:

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti L’andamento delle spezzate riportate in figura evidenzia un differente comportamento delle basi di misura all’aumentare della pressione. In particolare risulta che la base 1 “ritorna” nella configurazione precedete al taglio, molto più rapidamente delle altre due basi. Ciò oltre a rendere difficoltosa l’interpretazione della prova, e quindi la valutazione della tensione in situ del maschio murario, evidenzia un comportamento molto disomogeneo del paramento murario. Considerando il tipo di muratura in esame potrebbe essere successo che all’interno delle coppie di punti della base 1, andando verso la base 2, possa essere presente nella muratura un elemento lapideo di dimensioni o caratteristiche meccaniche molto differenti e tale da provocare un assorbimento del carico fortemente disomogeneo.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti La metodologia con martinetto piatto doppio ha la finalità di realizzare in sito una prova di compressione su un prisma di muratura.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Infatti i tagli da effettuare vengono predisposti con il fine di interrompere la continuità su due superfici della struttura. Con questa operazione si isola un prisma o cubo di struttura, ed i martinetti in opera fungono da piatti di una pressa, configurando cosi in sito la tipica prova monoassiale di compressione. Anche in questo caso eseguiti i tagli, si inseriscono i due martinetti, si collegano al sistema idraulico e si da inizio alla prova, sottoponendo il prisma ad incrementi di carico costante e misurando gli stati deformativi sulle basi predisposte. Il test si protrae fino a quella condizione in cui il diagramma tensione-deformazione diventa asintotico.

Indagine a martinetti piatti La prova con doppio martinetto è eseguita eventualmente in due fasi distinte; la prima consente la determinazione dello stato tensionale esistente nella muratura, la seconda consente la determinazione del modulo di deformabilità. Le sequenze di prova si possono riassumere nelle seguenti operazioni: Operazione 1: fissaggio delle coppie di punti di misura, in questo caso sono previste almeno tre coppie di punti in senso verticale ed una in senso orizzontale. Verrà presa nota della “lettura zero” delle varie basi; Operazione 2: esecuzione dei tagli ed accurata misura degli stessi; Operazione 3: inserimento dei martinetti nei tagli e collegamenti degli stessi alla pompa con percorso in parallelo in modo da avere pressioni e quindi carichi identici all’interno dei due martinetti; Operazione 4: Spurgo dell’aria contenuta all’interno dei martinetti; Operazione 5: messa in pressione graduale del liquido contenuto all’interno dei due martinetti ed esecuzione della prova.

Indagine a martinetti piatti IL CONTROLLO DEI MATERIALI MEDIANTE TECNICHE NON DISTRUTTIVE Indagine a martinetti piatti Nel caso delle prove con doppio martinetto, oltre alle determinazioni che si traggono nel caso delle prove con singolo martinetto, si possono ottenere altre informazioni: Tensione di prima fessurazione; Coefficiente di Poisson; Moduli elastici tangenti e secanti. La tensione di prima fessurazione, si ottiene dall’applicazione della formula già utilizzata per il calcolo della tensione in sito, sostituendo al posto della pressione di ripristino (Pe) la pressione che comporta la comparsa delle prime fessure nell’intorno del sito indagato. Si ha:

Indagine a martinetti piatti Il coefficiente di Poisson può essere determinato come: con o e v rispettivamente deformazione orizzontale e verticale. Infine il modulo di deformabilità può essere calcolato come: con  variazione di tensione e  corrispondente variazione di deformazione.

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