Indagini avanzate sulle murature: tecniche e strumenti Lascia un commento

La muratura è una delle tecniche di costruzione più antiche. Anche oggi, esperti e ricercatori la studiano per standardizzare le procedure di calcolo, come fatto per il calcestruzzo e l’acciaio. Tuttavia, c’è un errore comune nel considerare gli edifici in muratura meno adatti alle costruzioni, specialmente in aree sismiche. Per confutare queste considerazioni ci vengono in aiuti molteplici strumenti per condurre indagini sulle murature.

Negli anni recenti, analizzando diverse strutture in muratura, sono emerse alcune ragioni della loro vulnerabilità ai terremoti, come la bassa qualità dei materiali e una costruzione non adeguata.

Queste problematiche hanno condotto i tecnici ad intensificare i controlli in sito per conoscere in modo più approfondito la struttura in tutte le sue parti.

In questo articolo tratteremo le tecniche di indagine sulle murature per una diagnostica delle strutture efficace.

Diagnostica strutturale: tecniche di indagine sulle murature

Le tecniche di indagine del degrado delle murature in sito oggi più utilizzate sono:

• Martinetti piatti: permettono di valutare lo stato di sollecitazione preesistente nella muratura e le caratteristiche di resistenza e deformabilità di essa;
• Indagini con videoendoscopio: permettono di conoscere la tipologia muraria, di rilevare la presenza di intercapedini, laterizi forati e di eseguire la stratigrafia della muratura;
• Penetrometro per malta: fornisce la stima qualitativa della resistenza della malta sia nella parte superficiale che in profondità;
• Prova a taglio (shove test): consente di valutare la resistenza a taglio di un singolo elemento in muratura sottoposto ad una forza laterale;
• Termografia: tecnica completamente non invasiva, che fornisce una conoscenza immediata di tutta la struttura, mettendo a confronto le differenze termiche date dai diversi materiali che costituiscono l’edificio;
• Radar: permette di rilevare, in modo non distruttivo e non invasivo, la presenza e la posizione di eventuali elementi metallici e anomalie in parti della struttura difficilmente individuabili;
• Misura dello stato tensionale di catene metalliche libere: la prova determina i valori di sforzo longitudinale, misurando sperimentalmente le prime frequenze proprie di vibrazione dell’elemento lungo la direzione orizzontale.

Analisi con i martinetti piatti

La prova con martinetti piatti è condotta direttamente in sito sulla muratura esistente utilizzando un metodo non distruttivo e consente un’indagine sperimentale sulle effettive condizioni statiche della struttura, sullo stato tensionale e sul modulo elastico. Di norma, si esaminano più punti dell’edificio per avere un campione rappresentativo dei risultati.

Nella determinazione dello stato tensionale viene utilizzato un solo martinetto piatto applicato in un punto della struttura.

La metodologia si basa sulla variazione dello stato tensionale di una piccola porzione di muratura.

Queste le fasi:

1. Come prima cosa, si deve annullare lo stato tensionale praticando un taglio orizzontale perpendicolare alla superficie.
2. In un secondo momento, si ripristina lo stato iniziale attraverso l’uso del martinetto piatto. Annullando lo stato tensionale, le due parti di muratura divise dal taglio tendono ad avvicinarsi: questa deformazione è rilevata tramite un deformometro millesimale che ha riscontro in due punti simmetricamente opposti rispetto al taglio.
3. Nel taglio viene collocato il martinetto piatto e ne è gradualmente incrementata la pressione fino ad annullare la chiusura provocata dal taglio effettuato nel paramento murario.

Ora, la tensione scambiata dal martinetto sulla muratura è uguale a quella presente prima del taglio, correggendo alcuni fattori che tengono in considerazione il rapporto tra l’area del taglio e quella del martinetto nonché le caratteristiche di rigidezza dello stesso.

Il controllo dei due lembi di muratura viene effettuato attraverso misure di convergenza in punti diversi, mediante un deformometro meccanico removibile. È importante che il posizionamento di ciascun punto di misura insista su di un tratto di muratura a cavallo del taglio.

Nella determinazione del modulo elastico, ci si prefigge di valutare le caratteristiche di deformabilità locali della muratura e condurre un’analisi circa la legge sforzo-deformazione.

Con questa prova si prende in esame una piccola porzione di muratura interessata dall’effetto di compressione mono assiale, esercitata da due martinetti piatti disposti in due tagli perpendicolari alla superficie, ad una certa distanza. La tensione scambiata dal martinetto sulla muratura è corretta da alcuni fattori, che tengono in considerazione il rapporto tra l’area del taglio effettuato nella muratura e quella del martinetto, nonché le caratteristiche dello stesso.

Strumentazione utilizzata:

Unità di pressurizzazione: pompa idraulica dotata di manometro e tubazioni idrauliche ad alta rigidezza radiale capace di sopportare le pressioni previste, dotata di un rubinetto a valvola di non ritorno e di un manifold a due vie.

Martinetti piatti: costituiti da due lamiere in acciaio speciale, possono avere forma rettangolare o semicircolare. Il martinetto deve essere opportunamente tarato per la misura della propria caratteristica pressione – forza – deformazione.

Misura delle deformazioni -> Deformometro: strumento con meccanica ad alta precisione dotato di comparatore, noto anche come estensimetro removibile.

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Indagini con videoendoscopio

L’indagine endoscopica consente l’ispezione visiva diretta di cavità o di parti altrimenti inaccessibili della muratura, all’interno dello spessore murario. Attraverso l’inserimento di una piccola sonda endoscopica in fori di almeno 20 mm di diametro, si può studiare la superficie del foro per eseguire la stratigrafia della sezione muraria, includendo la tipologia di materiali presenti e la presenza di vuoti.

Per l’esecuzione possono essere utilizzate apparecchiature flessibili o rigide, articolate e non, con illuminazione. Sulla base del tipo di apparecchiatura impiegata, si può cambiare a profondità massima d’ispezione il diametro del foro. Nell’esecuzione dell’indagine è importante adottare i riferimenti metrici.

Prova a taglio (shove test)

La Prova a taglio, congiunta alla prova con il martinetto piatto singolo, permette di caratterizzare la resistenza a taglio della muratura in sito, misurando la resistenza a taglio effettiva t0.

Può essere effettuata in maniera diretta, provocando lo scorrimento di un elemento della muratura mediante pistone oleodinamico, oppure attraverso martinetti piatti applicati in senso verticale nella muratura. Unitamente alla prova con i martinetti piatti, la prova a taglio definisce un quadro completo per la caratterizzazione meccanica delle murature. Il test consiste nel far slittare in senso orizzontale un elemento di laterizio opportunamente isolato lateralmente dal resto del paramento murario. La forza orizzontale viene trasmessa attraverso un martinetto cilindrico inserito nella muratura.

Penetrometro per malta

Il penetrometro per malta consente di misurare la risposta della malta alla penetrazione di un ago e correlare tale risposta alle prestazioni meccaniche del materiale.

La prova penetrometrica ha lo scopo di fornire le informazioni sulla resistenza che il giunto di malta offre alla penetrazione di un ago di acciaio, il quale viene infisso mediante colpi generati con energia costante da una massa in movimento.

Il risultato che si ottiene rileva la profondità di penetrazione espressa in mm su un numero di colpi. Il penetrometro per malta dà indicazioni sulla qualità e sulla omogeneità della malta, sia lungo il proprio spessore, sia rapportata a differenti punti della struttura sottoposta ad indagine. Attraverso l’utilizzo di curve di correlazione, è possibile ottenere una stima indicativa della resistenza meccanica della malta in rapporto alla profondità di penetrazione.

La prova penetrometrica è classificata come una prova non distruttiva in quanto è possibile ricavare la stima della resistenza meccanica della malta dal valore di profondità di penetrazione dell’ago.

Termografia

Con il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale in forma d’immagine con falsi colori della radiazione elettromagnetica per mezzo di una termocamera, emessa da qualsiasi oggetto che si trovi ad una temperatura superiore allo zero assoluto (-273,16°C).

Tale radiazione, normalmente, ha una lunghezza d’onda non rilevabile dall’occhio umano. Il vantaggio di questa tecnica risiede nella possibilità di eseguire numerose misure contemporaneamente, le quali, se opportunamente trattate, danno origine ad un’immagine termica del manufatto analizzato. Ed inoltre, la misura a distanza, senza alcun contatto, permette di non perturbare la situazione termica dell’oggetto analizzato.

Per effetto delle diverse proprietà che caratterizzano i manufatti, questi avranno comportamenti differenti e temperature diverse quando sottoposti a differenti sollecitazioni termiche. L’operatore sfrutta questi effetti per riconoscere differenze nei materiali o anomalie costruttive.

Indagine non distruttiva con il Radar

Il radar rientra nel campo delle indagini non distruttive.

Attraverso l’esecuzione di una serie di rilievi radar condotti sulla superficie del manufatto, è così possibile appurare ed individuare “anomalie” esistenti nella struttura.

Il radar è un sistema che si basa sullo stesso principio dei radar convenzionali, con alcune differenze significative:

• In un radar convenzionale l’onda elettromagnetica irradiata si propaga attraverso l’aria, mentre nel radar per strutture si propaga al suo interno;
• I radar convenzionali possono rilevare bersagli a distanza di molto chilometri, mentre il radar per strutture opera generalmente a distanze massime di un metro;
•     La risoluzione dei radar convenzionali è dell’ordine delle decine di metri, mentre il radar per strutture può avere risoluzioni dell’ordine dei centimetri;

    I campi di applicazione sono molteplici:

Controllo dello stato generale delle strutture

Presenza di cavità all’interno dei paramenti murari

Orditura e caratteristiche dei solai

Localizzazione di strutture metalliche

Visualizzazione degli spessori delle diverse parti che compongono la struttura.

Conclusioni

In conclusione, le indagini sulle murature rappresentano un pilastro fondamentale nella comprensione e nella salvaguardia delle nostre costruzioni. Con l’evoluzione delle tecniche e degli strumenti di indagine, siamo ora in grado di identificare e affrontare le vulnerabilità con una precisione senza precedenti. Questo non solo garantisce la sicurezza delle strutture esistenti, ma fornisce anche preziose lezioni per le future costruzioni.