GLI STRUMENTI PER LA CONOSCENZA DEL PATRIMONIO Solo un’ampia raccolta di informazioni e la loro successiva elaborazione consente di eseguire l’anamnesi della fabbrica e permette dunque di definire le modalità più appropriata per il suo recupero e per la sua conservazione. Gli strumenti adottati in passato per indagare e conoscere erano: – di tipo interpretativo (il rilievo architettonico, il riconoscimento dell’apparecchiatura costruttiva, etc.); – di tipo storiografico (ricerche d’archivio e documentali); – di tipo matematico (creazione di modelli matematici destinati a far comprendere e simulare fenomeni comportamentali). Oggi a questi strumenti si aggiunge la possibilità di usare indagini n.d. ovvero quelle prove sperimentali tendenti ad indagare sulle qualità prestazionali e/o sulla struttura di un oggetto edilizio senza alterarne le caratteristiche fisico-chimiche nè il comportamento statico-funzionale. Le prove vengono eseguite con strumentazioni che sono pensate come un’amplificazione o un’estensione dei sensi umani (superano la semplicità e i limiti delle prove organolettiche – al tatto, alla vista, all’udito, etc.) e che sono già ampiamente utilizzate in alre discipline ed opportunamente modificate per adattarle alle specifiche esigenze.
GLI STRUMENTI PER LA CONOSCENZA DEL PATRIMONIO Resta da chiarire che all’interno della categoria delle indagini n.d. si fanno rientrare anche alcune prove debolmente distruttive che nella loro procedura operativa prevedono prelievi di modeste quantità di materiale o, in ogni caso, trascurabili alterazioni della fisicità del campione (sempre nel rispetto del valore e della storia del manufatto su cui si interviene). I risultati forniti dalle metodiche n.d. sono di varia natura. Si può ottenere un valore numerico (che definisce una caratteristica fisica o chimica o meccanca) oppure un dato qualitativo. Per l’individuazione del quadro diagnostico è buona norma effettuare sull’oggetto una campagna indagativa costituita da più prove condotte con diverse tecniche esplorative, in modo da ottenere riscontri incrociati desunti da procedure e principi di funzionamento diverso. Inoltre la corretta interpretazione dei dati rilevati richiede esperienza e sensibilità che non è sempre propria degli addetti operanti nel settore. In termini generali le prove devono: – Dare una risposta ad ipotesi già formulate dallo stesso progettista – Fornire parametrici fisici, meccanici da utilizzare nel calcolo strutturale – Fornire dati di controllo del comportamento della struttura nel tempo. In pratica si devono evitare costi inutili e massicci interventi sulla fabbrica. Il progettista deve: – Organizzare la fase di diagnosi, scegliendo le opportune prove (in situ e in laboratorio); – Essere in grado di seguire direttamente le indagini; – Capire e verificare i risultati delle prove; – Usare appropriatamente i risultati come input per analisi strutturali, – Scegliere un adeguato modello interpretativo del comportamento strutturale;
IL RILIEVO E LE MAPPATURE TEMATICHE Per valutare lo stato di un edificio occorre: 1. Ricostruzione delle sue vicende storiche; 2. Anamnesi (raccolta degli antecedenti patologici); 3. Predisposizione di un quadro unitario d’insieme delle attuali condizioni. A tale scopo è opportuno eseguire: • Sopralluoghi e rilievi fotografici (indispensabili per una prediagnosi); • Rilievo geometrico; • Relazione descrittiva; • Definizione della campagna di indagini Più precisamente il rilievo deve contenere: a) La conoscenza dell’impianto architettonico, distributivo e dell’ornato; b) Il riconoscimento dell’apparecchiatura costruttiva (l’individuazione delle caratteristiche della tessitura muraria, delle soluzioni di dettaglio, etc.); c) L’identificazione dello schema statico; d) L’individuazione di irregolarità o variazioni e) Le mappe* dei dissesti statici e dei degradi *Le mappe dei dissesti e dei degradi possono essere generali o tematiche a seconda che contengano le informazioni relative a tutti i dissesti o degradi, oppure siano rappresentative di una singola patologia
MONITORAGGIO DEI MOVIMENTI DELLA STRUTTURA Per conoscere e valutare lo stato deformativo di una struttura occorre prioritariamente individuare lo schema statico e quindi verificare: •le rispondenze degli elementi strutturali ai vari piani, •le loro dimensioni trasversali e le eventuali anomalie presenti, •i rapporti esistenti tra superfetazioni e strutture originarie, •le zone di maggiore addensamento dei carichi. Il secondo passo consiste nell’effettuare un preciso rilievo di dettaglio di tutti gli stati deformativi e delle soluzioni di continuità, ovvero nella elaborazione della mappa dei dissesti. Tali mappe consentiranno di rilevare sincronicamente tutti i fenomeni in atto per poi passare ad osservare le successive variazioni/evoluzioni. Solo dopo aver verificato con il monitoraggio l’andamento degli stati fessurativi e fessurativi sarà possibile stabilire se la configurazione di equilibrio della fabbrica tende a stabilizzarsi nel tempo o ci si avvii verso il collasso strutturale. Relativamente alle strutture, l’alterazione degli originari stati di equilibrio si manifesta in: – Elementi orizzontali: avvallamenti o lesioni superficiali o passanti; – Elementi verticali: strapiombi, spanciamenti, soluzioni di continuità. Pertanto, secondo quanto detto in precedenza, occorre rilevare: • La geometria complessiva dei componenti interessati dalla patologia; • Gli spostamenti mutui tra i punti interessati dalle deformazioni; • Le eventuali ulteriori variazioni che si possono manifestare col passare del tempo.
MISURE DI SPOSTAMENTI ORIZZONTALI TRIANGOLAZIONI E TRILATERAZIONI: definite le posizioni relative tra i punti che si vogliono tenere sotto controllo, si programma una serie di battute, in tempi successivi e con periodicità predeterminata, al fine di determinare il loro eventuale spostamento. E’ consigliabile eccedere col numero di battute e misurazioni. FILI A PIOMBO: con un coordinatometro solidale alla struttura si misura periodicamente la distanza tra il punto P1e la verticale (ottenuta col filo a piombo) passante per il punto P2 (posto più in alto di P1). MISURE DIRETTE: si applica tra i due punti il cosiddetto nastro invar (ancorato ad uno dei due estremi e reso solidale al secondo). Per rilievi di estrema precisione (errori<0,01 mm) è necessario che il nastro venga protetto da agenti atmosferici
MISURE DI SPOSTAMENTI VERTICALI LIVELLAZIONE GEOMETRICA Si usa un collimatore ed una stadia. L’errore è inferiore al decimo di mm. LIVELLAZIONE TRIGONOMETRICA Consente di verificare la verticalità di un paramento murario. Si individua la distanza (a0) misurata tra la base di un muro ed un piano verticale individuato dall’asse verticale di un teoldolite e il suo asse telescopico. Si legge la distanza (a) tra il teodolite ed il muro. Se a= a0 allora il muro è verticale. L’errore, per a circa pari a 10 m, risulta inferiore al mezzo mm. LIVELLAZIONE IDROSTATICA. Si usa il principio dei vasi comunicanti. Il livello è costituito dal classico tubo contenente acqua. METODO CLINOMETRICO. Il clinometro, attraverso un sistema a bilanciere, consente di valutare la presenza di cinematismi. La precisione nella valutazione degli stessi dipende dalla strumentazione di supporto (teodolite, estensimetro acustico, puntatore ottico) che si usa per il rilievo delle rotazioni clinometriche.
MISURE DI DEFORMAZIONI O SOL. DI CONTINUITA’ Quando in un materiale le forze di coesione non riescono più a contrastare le sollecitazioni esterne, superata la fase deformativa, avviene l’innesco di una soluzione di continuità (lesione). Per misurare l’ampiezza del ventre di una lesione o l’eventuale progressione di tale ampiezza si possono usare: – BIFFE O SPIE. Traversine di malta, gesso o vetro (10 x4/2x0,5 cm), foggiate a doppia coda di rondine, poste con la sezione minima in corrispondenza della zona ventrale ortogonalmente alla superfice fessurativa. In realtà le biffe non consentono di misurare la progressione della soluzione di continuità, ma danno contezza del fenomeno eventualmente innescatosi. Non devono essere in malta di cemento perchè potrebbero cavillarsi e rompersi solo per effetto del ritiro. Quelle di vetro se di spessore non sottile sono più resistenti alla trazione dell’intonaco e quindi non sono efficaci indicatori Le biffe devono essere applicate dopo aver rimosso l’intonaco (eventualmente creato un alloggiamento) e spazzolato la polvere residua. – BIFFE CALIBRATE: FESSUROMETRI. Per avere indicazioni quantitative le biffe possono essere calibrate. In questo caso si usano due piastre, parzialmente sovrapposte in cui vengono incisi un reticolo ortogonale (su quella superiore) e una serie di progressive scanalature verticali ed orizzontali. Consentono di rilevare spostamenti (con una precisione dell’ordine di 0,2 mm) e rotazioni (con uno scarto di 0,5°)
MISURE DI DEFORMAZIONI O SOL. DI CONTINUITAâ&#x20AC;&#x2122; FESSURIMETRI. Consentono di valutare il divaricamento dei lembi di una lesione (da 0,05 a 2 mm) . Si tratta di righelli in plastica su cui sono poste marche di larghezza calibrata differente
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MISURE DI DEFORMAZIONI O SOL. DI CONTINUITA’ MICROMETRO OTTICO è un microscopio che ingrandisce di circa 10 volte la fessura osservata, inquadrandola nel reticolo di misura.
MISURE DI DEFORMAZIONI O SOL. DI CONTINUITA’ DEFORMOMENTRI DIGITALI O MECCANICI ►
▼ TRASDUTTORE ELETTRICO (straingage). La modificazione della resistenza elettrica, dovuta alla deformazione della struttura, consente la misura dell’entità di quest’ultima. I misuratori di giunti monassiali sono costituiti da un trasduttore potenziometrico contenuto in un involucro cilindrico dal quale fuoriesce un'astina scorrevole e da un riscontro regolabile.
PROVE PER LA DETERMINAZIONE DELLO STATO DI SFORZO IN SITO MISURA DELLA SOLLECITAZIONE – PROVE CON MARTINETTO PIATTO Questa prove consente con buona approssimazione di conoscere l’effettivo stato tensionale a cui è sottoposta una muratura. Strumentazione: • Comparatori di riferimento (marche metalliche) • Sega circolare tagliamuro • Martinetto piatto • Sistema oleodinamico Procedura: 1. Pulizia della superficie ed apposizione con collante dei comparatori (tre coppie) 2. Misura con deformometro di precisione della distanza tra le coppie di marche, 3. Taglio orizzontale della muratura in corrispondenza della parte interna alle coppie; 4. Pulizia della tasca ed inserimento del martinetto piatto (eventualmente posto a contrasto con spessori metallici) 5. Attivazione del sistema oleodinamico per aumentare la pressione all’interno del martinetto, fino ad annullare gradualmente le deformazioni verificatesi a seguito del taglio. 6. Misura della pressione che annulla la deformazione. Essa corrisponde alla sollecitazione esistente nella muratura in direzione normale al piano del martinetto (cfr. formula).
PROVE PER LA DETERMINAZIONE DELLO STATO DI SFORZO IN SITO Il valore della tensione di esercizio è: dove: F = p Km Ka P= pressione necessaria per il ripristino delle distanze originarie Km = determinata con prove di laboratorio, costante che tiene conto delle caratteristiche geometriche del martinetto e della rigidezza del bordo Ka = definita dal rapporto tra l’area del martinetto e l’area di resezione.
PROVE PER LA DETERMINAZIONE DELLO STATO DI SFORZO IN SITO DETERMINAZIONE DELLA DEFORMABILITA’ – PROVE CON I MARTINETTI DOPPI Consente di ricavare il modulo di deformabilità della struttura. Strumentazioni Le stesse della prova al martinetto. Procedura 1. Esecuzione di due tagli perpendicolari al paramento verticale e paralleli fra loro (a circa 50 cm) in modo da isolare il campione di muratura delimitato tra i due martinetti; 2. Pulizia delle cavità ed inserimento di 2 martinetti (a contrasto con spessori metallici in modo che sia impedito ogni mutuo movimento ); 3. Apposizione dei comparatori e misura, con deformometro di precisione, della distanza relativa tra le coppie di marche; 4. Applicazione di una forza di compressione monoassiale in direzione normale ai tagli eseguita mediante sistema oleodinamico; 5. Misura delle deformazioni orizzontali e verticali indotte al campione (lettura marche) in relazione alle pressioni applicate. Dopo aver sottoposto il campione a cicli di carico e scarico, si può calcolare il valore del modulo di deformabilità per ciascun intervallo di sollecitazione attraverso la formula (basata sulla legge di Hooke): E=Δσ/Δε Km Ka
La prova viene effettuata eseguendo alcuni cicli di carico e scarico, incrementando gradualmente il livello di sollecitazione. Adoperando cautele si può avvicinarsi al limite di rottura della muratura attraverso progressivi incrementi di carico, per valutare, con buona approssimazione, la resistenza a compressione. Il valore di carico può poi essere incrementato fino alla comparsa delle prime fessurazioni o fino al collasso della muratura, determinando cosÏ la resistenza ultima a compressione. Per l'esecuzione delle prove di deformabilità devono essere utilizzati solo i martinetti di dimensioni maggiori, in quanto l'esperienza ha dimostrato che quelli con dimensioni mediopiccole, sovrastimano notevolmente il modulo elastico.
PROVE SUI COMPONENTI: ENDOSCOPIA E’ una tecnica di controllo visivo a distanza che, tramite l’impiego di una sonda flessibile consente di scrutare zone altrimenti inaccessibili, con osservazione delle immagini su schermo video in tempo reale. Il diametro ridotto della sonda (circa 1 cm) permette di accedere all'interno di strutture anche geometricamente complesse. Nato in campo medico, il sistema si basa sull'utilizzo di una sonda a fibre ottiche, che può venire inserita in cavità di spessore inferiore ad 1 cm. Tale sonda è munita all'estremità di una microtelecamera con sensore ad elevata luminosità ed è collegata ad un piccolo schermo LCD ad alta risoluzione, che consente di visualizzare e riprese a colori e in tempo reale. La movimentazione della telecamera viene effettuata tramite un joystick posizionato sull'impugnatura della videosonda, che ne permette la regolazione con angolazioni fino a 150°. Un sistema di orientamento, riferimento e misura degli oggetti inquadrati permette di seguire con estrema precisione il tragitto dell'obiettivo.
ENDOSCOPIA Immagini e videoriprese possono essere registrate per successive elaborazioni. Esiste anche un sistema meno sofisticato che riprende le modalità costruttive dei telescopi e si rifà ai sitemi ottici tradizionali (obiettivo abbinato ad uno o più prismi ed a più gruppi ottici). Il limite di questo secondo tipo (detto tecnoscopio o boroscopio) è quello di essere contenuto in una struttura rigida che si può estendere in lunghezza al massimo per 8m. CAMPI DI APPLICAZIONE Lo strumento può essere utilizzato ovunque occorra effettuare delle ispezione visive in zone non accessibili. I campi di applicazione sono quindi molteplici e in particolare per i beni architettonici e monumentali: -Rilievo stratigrafico delle murature (discontinuità tra paramento e nucleo, variazioni morfologiche, tipi costruttivi, presenza di cavità, distacchi e lesioni, ecc.). -Rilievo stratigrafico e qualitativo di aggregati lapidei. -Verifica dei collegamenti dei setti. -Identificazione delle caratteristiche tecnico-costruttive di materiali base e di componenti edilizi non accessibili.
PROVE SUI COMPONENTI: ENDOSCOPIA -Introspezione visiva di cavità, cavedi, camini e intercapedini. -Introspezione visiva di parti strutturali nascoste o non accessibili (tetti, rinfianchi di volte, solai, ecc.). -Valutazione dello stato di conservazione delle testate di travi lignee. -Individuazione di soluzioni di continuità e connessioni tra strutture ortogonali. -Controllo di opere di consolidamento murario. -Analisi qualitativa dei fenomeni di decadimento. VANTAGGI -Risultati in tempo reale. -Possibilità di ispezionare i materiali senza alterarne lo stato fisico e geometrico o ricorrere a smontaggi. -Facile interpretazione dei risultati. SVANTAGGI -Necessità di eseguire un piccolo foro nelle zone altrimenti non accessibili. -Impossibilità di operare in assenza di accesso diretto alla zona da indagare o in caso di geometrie particolari.
PROVE SUI COMPONENTI: TERMOGRAFIA La termografia a raggi infrarossi è un’indagine n.d. che consente di rilevare l’emissione calorica di un corpo qualunque. Il rilievo avviene mediante una telecamera digitale portatile che permette di visualizzare in tempo reale la distribuzione delle temperature dei materiali ripresi. FUNZIONAMENTO Il funzionamento si basa sul principio fisico secondo il quale ciascun corpo, sollecitato da una fonte di calore, emette radiazioni elettromagnetiche, con intensità differenti a seconda delle proprie caratteristiche fisiche (conducibilità termica e calore specifico). La termocamera è in grado di rilevare le onde elettromagnetiche nel campo dell’infrarosso (IR) e di convertirle in immagini visive, ossia in una mappa della distribuzione delle temperature. Per eseguire la prova è possibile sfruttare il calore spontaneamente emesso dagli oggetti esaminati (transitorio termico generato dalla differenza tra giorno e notte) ma generalmente si ricorre a eccitazioni termiche artificiali. Strumentazioni •Unità di sollecitazione termica •Telecamera •Unità di rilevazione (da –30 a +1000 °C)
PROVE SUI COMPONENTI: TERMOGRAFIA CAMPI D’APPLICAZIONE – Analisi superficiale dei ricoprimenti pittorici e dei loro supporti; – Mappatura dello strato superficiale di degrado – Determinazione della tessitura dei paramenti murari – Individuazione di ammorsature fra tessiture murarie diverse e conseguente letture dei corpi aggiunti – Determinazione di facciate o parti di edifici inglobate in costruzioni di maggiori dimensioni; – Individuazione della presenza di discontinuità ed elementi nascosti nelle pareti (archi, architravi, piattabande, travi, colonne, cavità, canne fumarie, aperture tamponate, ecc.); – Rilievo della rete di distribuzione degli impianti termici e quantificazione delle dispersioni termiche – Individuazione d’infiltrazioni d’acqua nei manti d’impermeabilizzazione continua (bitume, cocciopesto, lastre di piombo); – Individuazione di perdite d’acqua calda dall’impianto di riscaldamento; – Rilievo dei distacchi di intonaco e delle patologia di umidità; – Identificazione dei quadri fessurativi e microfessurativi;
PROVE SUI COMPONENTI: TERMOGRAFIA VANTAGGI – Analisi totalmente non distruttiva; – Apparecchiatura portatile – Possibilità di effettuare analisi a distanza, senza ausilio di ponteggi – Indagini estese con facilità anche su vaste aree – Lettura in tempo reale dei dati ottenuti – Possibilità di effettuare registrazioni permanenti delle riprese – Esecuzione delle riprese su immobili senza dover allontanare gli occupanti SVANTAGGI – Necessità di scaldare artificialmente le superfici che non hanno raggiunto la temperatura per la prova – Scarse informazioni sugli strati profondi – Costi elevati
PROVE SUI COMPONENTI:TERMOGRAFIA
PROVE SUI COMPONENTI: PROVE PACOMETRICHE La prova pacometrica consente di localizzare la presenza di armature metalliche all'interno di strutture in calcestruzzo o di murature, fornendo precise informazioni sull'orientamento e sul diametro delle barre, nonché sulla dimensione di copriferri ed interferri. Lo strumento permette inoltre di rilevare tutte le informazioni legate alla presenza di altri elementi metallici sotto traccia (zanche, catene, tiranti, capichiave, putrelle, tubi, ecc.). FUNZIONAMENTO La prova rientra nei cosiddetti metodi magnetici, in quanto sfrutta le proprietà magnetiche del ferro per la localizzazione delle armature metalliche. I pacometri di ultima generazione basano il loro funzionamento sul fenomeno delle correnti parassite: un conduttore massiccio (ad es. un'armatura), sottoposto ad un campo d'induzione magnetica dissipa una certa quantità di potenza in funzione della sua resistività, e quindi delle sua geometria. La prova viene effettuata facendo scorrere la sonda sull'elemento indagato. In presenza di elementi magnetici la centralina emette un segnale acustico, di intensità via via crescente all'approssimarsi del metallo, e visualizza i dati su un display digitale. Mediante conversioni automatiche, lo strumento è in grado di fornire in tempo reale la sezione delle barre rilevate.
PROVE SUI COMPONENTI: PROVE PACOMETRICHE CAMPI DI APPLICAZIONE La strumentazione, leggera e maneggevole, permette di eseguire la prova con rapiditĂ , consentendone un largo impiego in tutto il settore delle costruzioni, sia in fase di esecuzione, che di collaudo ed esercizio. -Localizzazione di elementi strutturali in ferro inseriti all'interno delle murature: putrelle, catene, tiranti, cerchiature, capichiave -Localizzazione di altri elementi sottotraccia: tubi, pluviali, telai, marre -Individuazione delle zone prive di elementi metallici per lâ&#x20AC;&#x2122;esecuzione di fori o carotaggi -Localizzazione e orientamento di staffe e ferri longitudinali. -Determinazione del diametro delle armature. -Determinazione dello spessore di copriferri ed interferri. -Localizzazione di cavi all'interno di strutture in c.a.p. -Individuazione delle zone prive d'armature per l'esecuzione di fori o carotaggi. VANTAGGI -Analisi totalmente non distruttiva. -Apparecchiatura portatile. -Risultati in tempo reale. SVANTAGGI -Risultati di carattere qualitativo.
PROVE SUI MATERIALI:PROVE SCLEROMETRICHE Le indagini sclerometriche consentono, mediante semplici e veloci prove dinamiche in sito, di valutare la resistenza locale e la qualità superficiale di materiali lapidei naturali e artificiali. Lo strumento, estremamente leggero, pratico e maneggevole, effettua analisi semidistruttive. FUNZIONAMENTO Lo sclerometro misura l’entità del rimbalzo effettuato da un corpo di battuta, scagliato da un apposito congegno contro la superficie del materiale da analizzare. L’altezza di rimbalzo risulta funzione dell’energia d’urto e della massa battente, che sono dati strumentali noti, nonché dell’elasticità superficiale del materiale indagato e consente pertanto di ricavare utili informazioni sulle sue caratteristiche meccaniche. Per i materiali meno resistenti, come le malte, si utilizzano sclerometri “a pendolo” (bassa energia d’impatto); per quelli più resistenti come i conglomerati cementizi, vengono invece impiegati sclerometri “a stilo” (ad alta energia d’impatto). L’indagine sclerometrica può essere efficacemente correlata ad altre prove maggiormente introspettive, quali le ultrasoniche. Si ottengono allora le cosiddette prove Son Reb, che forniscono risultati estensibili anche agli strati più interni del componente.
PROVE SUI MATERIALI: PROVE SCLEROMETRICHE CAMPI DI APPLICAZIONE La maneggevolezza dello strumento e la velocità delle misurazioni, fanno dello sclerometro un attrezzo versatile ed economico, adatto a diversi tipi di applicazione. La prova può essere effettuata su superfici verticali (pilastri, pareti, colonne), orizzontali (travi, solai, impalcati) e inclinate. VANTAGGI •Apparecchiatura portatile; •Lettura in tempo reale dei dati ottenuti; •Velocità e affidabilità della prova; •Possibilità di completare e correlare la prova con altre indagini (ultrasoniche, pacometriche). SVANTAGGI •Analisi semidistruttiva, limitatamente all’immediato intorno del punto indagato; •Risultati di carattere semiquantitativo; •Risultati non applicabili agli strati profondi del calcestruzzo (oltre 20-40 mm) o a materiali fortemente eterogenei.
Sclerometro a stilo (per murature e c.a.)
Sclerometro a pendolo (per malte)
PROVE SONICHE E ULTRASONICHE Le indagini soniche e ultrasoniche sono prove n.d. che consentono di individuare difetti e degradi, nonché caratteristiche meccaniche e fisico-prestazionali di materiali e componenti. La strumentazione, portatile e maneggevole, si compone di una unità centrale (generatore di impulsi), collegata a due trasduttori di onde soniche/ultrasoniche (sonda trasmittente e sonda ricevente) ed a un timer elettronico. FUNZIONAMENTO Il funzionamento del sistema si basa sulla capacità delle onde sonore (frequenza inferiore ai 20 KHz) e ultrasonore (frequenza superiore ai 20 KHz) di attraversare mezzi solidi, liquidi o gassosi. La prova si esegue applicando i trasduttori sulla superficie dell’elemento da analizzare (tramite apposizione di uno speciale gel e previa levigatura della superficie di contatto)); viene poi attivato il generatore di impulsi e quindi calcolato (tramite un timer) la velocità di propagazione delle onde dalla sonda trasmittente a quella ricevente. La velocità con cui le onde si propagano attraverso l’oggetto indagato risulta funzione della sua elasticità e resistenza e quindi della eventuale presenza di disomogeneità, fessurazioni, cavità. Quanto più il materiale si presenta compatto ed omogeneo tanto maggiore è la velocità di propagazione degli impulsi sonori, non trovando lungo il suo tragitto alcuna attenuazione od interferenza derivanti dalla presenza di vuoti o discontinuità. Nell’ambito delle indagini ultrasoniche, l’impiego di onde a bassa frequenza consente di esaminare superfici ruvide o materiali aventi grana grossa (murature, litoidi, teracotta, legno, cls); le alte frequenze sono invece indicate per le analisi di precisione di spessori limitati o di materiali metallici.
PROVE SONICHE
PROVE ULTRASONICHE
PROVE SONICHE E ULTRASONICHE
Prove dirette
Prove indirette
Prove semidirette
Stima profonditĂ fessura
Accertamento cavitĂ
(per confronto tra materiale sano e fessurato)
(per confronto tra materiale sano e fessurato)
PROVE SONICHE E ULTRASONICHE CAMPI DI APPLICAZIONE La versatilità degli strumenti e l’ampia gamma di informazioni deducibili da queste prove, rendono il sistema adatto a diversi tipi di indagini, sia nel settore archeologico che in quello architettonico e monumentale, nonché nell’ambito di tutte le prove di verifica e collaudo dei materiali. Beni archeologici Le applicazioni più indagate sono: •Determinazione del grado di omogeneità di metalli, terrecotte, ceramiche e materiali lapidei; •Indicazione di vuoti, cavità, soluzioni di continuità, microfessurazioni; •Valutazione della profondità delle fessurazioni; •Analisi dello stato di degrado del materiale; Beni architettonici e monumentali e opere civili. Le diverse modalità di indagine (trasmissione diretta, semidiretta, indiretta) consentono di ottenere numerose informazioni per svariati materiali e componenti edilizi: •Determinazione di vuoti, cavità, soluzioni di continuità, microfessurazioni; •Individuazione di discontinuità e macroinclusioni nelle murature (consolidamenti, rifacimenti, cavedi, camini, etc.) •Stima della profondità della fessurazione e dello spessore degli strati degradati;
PROVE SONICHE E ULTRASONICHE •Determinazione del grado di omogeneità; •Determinazione del modulo di elasticità lineare; •Valutazione dei fenomeni di decadimento provocati da incendi, cicli di gelo e disgelo, invecchiamento, agenti chimici o altre patologie. VANTAGGI •Analisi totalmente non distruttiva •Apparecchiatura portatile •Possibilità di individuare alterazioni strutturali di un materiale prima che siano rilevabili ad occhio nudo. SVANTAGGI •Risultati di carattere qualitativo o semiquantitativo •Difficoltà di utilizzo su materiali ad alta attenuazione acustica o di geometria particolare
TECNICHE RADIOGRAFICHE A differenza delle indagini termovisive, in cui il materiale oggetto dell’indagine si comporta come sorgente attiva (in quanto opportunamente sollecitato emette radiazioni che vengono registrate), nelle tecniche radiografiche il raggio proveniente dal generatore, dopo avere attraversato il campione, verrà raccolto da un ricevitore (solitamente uno schermo), da un misuratore (che determina la quantità e qualità dei raggi pervenuti) e da un registratore (che traforma i raggi ricevuti in immaggini informatizzate). Si distinguono: •Radiografia – bombardamento con raggi X Consente di valutare la qualità e l’uniformità di un materiale base; gli spessori presenti nel caso di componente edilizio multistrato; l’integrità e gli eventuali vuoti esistenti all’interno dei campione •Gammagrafia - bombardamento con raggi γ Permette l’accertamento di irregolarità interne (vuoti, inclusioni); la determinazione di profondità e larghezza di eventuali lesioni; il riconoscimento dell’omogeneità o meno del materiale di un campione.
Madonna del Cardellino di Raffaello
Madonna del Cardellino di Raffaello â&#x20AC;&#x201C; radiografia che mostra i lunghi chiodi usati per unire le tavole
FLUORESCENZA AI RAGGI X (XRF) Tale tecnica è da anni applicata nel settore dei beni di interesse storico-artistico e serve per la valutazione qualitativa e quantitativa dei materiali inorganici (ad es. intonaci). Il principio di funzionamento si basa sul concetto di fluorescenza, ovvero il fenomeno ottico per il quale un materiale colpito da radiazioni elettromagnetiche riemette radiazioni con lunghezze d’onda superiori a quelle incidenti. L’energia della radiazione di eccitazione e la lunghezza d’onda dei raggi secondari sono correlate al numero atomico dell’elemento interessato dal fenomeno e ne permettono l’identificazione. I campioni eterogenei come le rocce vengono ridotte in piccoli pezzi e polverizzati. Successivamente da queste polveri si possono ottenere le pasticche pressate o dischi di vetro (perle). CAMPI DI APPLICAZIONE Gli elementi che possono essere identificati sono quelli di numero atomico inferiore a quello del sodio, pertanto possono essere riconosciuti pigmenti, materiali lapidei e ceramici, metalli e leghe, prodotti di corrosione, etc.
DIFFRATTOMETRIA A RAGGI X (XRD) L’analisi diffrattometrica ai raggi X, è uno dei metodi più efficaci per investigare la composizione mineralogica dei materiali, anche al fine di verificare al presenza di composti indicativi di processi di degrado in atto o potenziali. Si tratta di analisi qualitative (precise) e semiquantitative (scarsa precisione) Il principio di funzionamento si basa sul fatto che eccitando una sostanza cristallina con radiazioni aventi 8 compresa tra 0,2 e 2,5 Å è possibile provocare fenomeni di diffrazione. Analizzando il profilo di diffrazione (serie di riflessi variabili) si possono individuare natura e sostanza della forma cristallina. CAMPI DI APPLICAZIONE Nell’analisi dei componenti di un intonaco, per esempio, oltre alla individuazione di alcuni componenti (calcite, quarzo, etc.) può mettere in evidenza la presenza di gesso (che dimostra la presenza di processi chimici di degrado in atto: trasformazione del carbonato di calcio per effetto dell’inqinamento atmosferico).
CROSS-SECTIONS E SEZIONI SOTTILI Il metodo consiste nel prelievo, con opportuni accorgimenti e procedure, di piccoli frammenti di materiale, per effettuare su di essi indagini ottiche e chimiche. CAMPI D’APPLICAZIONE: • riconoscimento della stratigrafia del campione e della sua composizione, • Determinazione della presenza di fenomeni di decadimento Esistono due diversi sistemi: • Tecnica delle Cross Sections: il provino viene modellato in modo da presentare una superficie piana costituita da una sezione trasversale (perpendicolare alla superficie Cross section esterna) del materiale che si vuole analizzare. Il frammento viene incluso un blocco di resina dura che fa da supporto e carteggiato per ottenere la superficie perfettamente piana. • Tecnica delle Sezioni Sottili: si prepara il provino predisponendo due superfici piane parallele così vicine fra di loro da far risultare semitrasparente la sezione per permetterne l’osservazione attraverso la luce. Una volta ottenute le sezioni queste possono essere fotografate (per classificare il materiale e catalogarlo), sottoposte ad analisi a microscopio ottico o a scansione (per rilevare la stratigrafia, il colore, forma e trasparenza) o sottoposte a radiazioni UV (per l’osservazione della fluorescenza caratteristica dei materiali presenti).
RILEVAZIONI TERMOIGROMETRICHE Lo studio delle alterazioni dei materiali presenti in un manufatto edilizio è legato direttamente o indirettamente al contenuto di umidità sia dello specifico materiale che dell’ambiente in cui si trova l’opera stessa. Ogniqualvolta si dovrà effettuare una misurazione finalizzata alla definizione della umidità ambientale, intesa come possibile fattore patologico che può indurre decadimenti in un manufatto edilizio, occorrerà individuare: la pressione atmosferica esistente nel sito, l’umidità relativa dell’aria e la temperatura. Il monitoraggio ambientale, per dare contezza dell’effettivo ciclo climatico deve essere effettuato per un periodo di almeno 1 anno. Misura della pressione atmosferica: – Barometri a mercurio – Barografi Misura dell’umidità relativa: – Igrometri (capello, crine di cavallo) – Psicrometri (bulbo secco e bagnato) Misura della temperatura dell’aria: – Termometri (al mercurio, ad alcool e a semiconduttori) – Termoigrografi
RILEVAZIONI TERMOIGROMETRICHE Per quanto riguarda invece le misure termoigrometrica sui materiali o sui componenti si può distinguere: MISURE DELL’UMIDITÀ Metodi diretti •Metodo ponderale: si preleva un campione di materiale e si pesa prima e dopo l’essiccazione: la differenza tra le due misurazioni dà il contenuto di acqua presente. •Metodo al carburo di calcio: si basa sulla misurazione del gas acetilene che si sviluppa quando le tracce di acqua presenti vengono poste a contatto con il carburo di calcio: dalla misura della quantità di gas prodotto è possibile risalire alla percentuale di acqua presente. I valori sono mediamente attendibili per valori di umidità compresi tra 0 e 20%. Metodi indiretti •Misure elettriche resistive. Si fondano sul principio che allo stato secco i materiali lapidei hanno una resistenza ohmica elevatissima, la quale diminuisce in funzione delle quantità di acqua presenti. Misurando la conducibilità elettrica del materiale (utilizzando due elettrodi connessi ad un generatore di corrente continua) è possibile risalire al contenuto d’acqua. •Misure di capacità elettrica. Essendo la costante dielettrica (rapporto tra induzione e campo elettrico) dell’acqua pari a 30-40 volte quella di qualunque materiale, se si calcola il tempo di transito tra due elettrodi a piastra si può ricavare la costante dielettrica e confrontarla con quella del materiale asciutto.
RILEVAZIONI TERMOIGROMETRICHE – Metodo conduttività termica. Il metodo è detto anche metodo termico e si basa sul principio per cui la presenza d’acqua in un materiale altera il suo coefficiente di conducibilità termica. Applicando una sorgente di calore in un punto dell’elemento indagato, attraverso due sonde termiche è possibile rilevare l’aumento di temperatura e quindi la conducibilità termica del materiale. I risultati però non sono estremamente precisi. – Misure spettrofotometrie. Ogni materiale attraversato da un raggio di luce (banda del visibile o dell’infrarosso) ha la proprietà di assorbire le radiazioni di determinate lunghezze d’onda. Questa caratteristica viene alterata se all’interno si trovano molecole d’acqua. Dunque confrontando i risultati dello spettrofotometro di un campione asciutto e di uno umido ed impiegando apposite tabelle di correlazione è possibile conoscere la quantità d’acqua presente nel campione umido. La prova è praticamente n.d., per la piccolissima quantità di materiale da prelevare. – Metodo a microonde. Si basa sul principio per cui l’assorbimento di onde elettromagnetiche da parte di un materiale è funzione della quantità di acqua presente. La misura si effettua attraverso delle strumentazioni che si chiamano appunto misuratori a microonde.
DETERMINAZIONE PROPRIETA’ FISICHE MISURA DELLA POROSITÀ: Porosimetria a mercurio. La facoltà che i materiali hanno di imbibirsi di un fluido dipende dalla porosità (rapporto tra il volume totale dei vuoti di un materiale ed il volume apparente). Con il metodo della porosimetria a mercurio viene misurata la distribuzione dei pori aperti (connessi fra di loro), supposti di sezione circolare, in funzione del loro diametro. Il principio di funzionamento si basa sul fatto che il mercurio (liofobo), per poter penetrare all’interno dei pori, ha bisogno di una pressione esterna capace di vincere quella capillare. Esiste una formula che mette in relazione la pressione (p) da esercitare con il diametro (d) dei fori: d=15/p Se si suppone che i pori abbiano forma cilindrica, nota la pressione imposta attraverso apposita pompa, si può ricavare il diametro dei pori. Questo metodo fornisce indicazioni utili su meso e macro porosità dei campioni.
DETERMINAZIONE PROPRIETA’ FISICHE MISURA DELLA PERMEABILITA’ ALL’ACQUA Conoscere la permeabilità di una muratura è importante per capire la possibilità di diffusione dei fluidi al suo interno ma anche per assumere informazioni sul grado di efficacia di trattamenti idrofughi di superficie. Per determinare la permeabilità i metodi più diffusi sono: •Scatola di permeabilità. Un contenitore prismatico, dotato lateralmente di una parete scorrevole e superiormente collegato ad un tubo, viene addossato alla parete di cui si desidera conoscere la permeabilità. Quando si apre la parete mobile, l’acqua comincia a defluire dentro il paramento murario. Per mantenere costante la pressione idrostatica dal tubo viene immessa acqua, ad intervalli regolari. Misurando la quantità d’acqua inserita nei diversi intervalli di tempo si può caratterizzare la permeabilità della muratura (cfr. fig.)
in alto) curva di calibrazione per prove con scatola di permeabilità: a) estremamente permeabile; b) molto permeabile; c) permeabile; d) poco permeabile; e) impermeabile.
a destra) scatola di permeabilità
DETERMINAZIONE PROPRIETA’ FISICHE MISURA DELLA PERMEABILITA’ ALL’ACQUA •Tubo di assorbimento. In questo caso si usa una cannula in vetro (cfr. fig.) fissata per incollaggio alla muratura. Stabilita la quantità di acqua contenuta nella cannula si eseguono ad intervalli regolari di tempo le letture relative alle variazioni di altezza della colonna d’acqua. La prova (che generalmente viene condotta per 30 min) consente di elaborare un grafico che pone in relazione la quantità d’acqua assorbita con il relativo tempo, dando contezza della permeabilità.