Indagini murarie non distruttive: la prova in situ con i martinetti piatti

La tecnica di prova si basa sul principio della “liberazione degli sforzi” nelle murature a seguito di un taglio praticato nel giunto di malta o nell’elemento resistente stesso, soprattutto nel caso dei paramenti disomogenei in pietra. 

Questa metodologia di prova, sviluppata originariamente nel campo della meccanica delle rocce e poi diffusa nel settore edilizio, consente di ottenere informazioni affidabili sulle proprietà meccaniche della struttura in termini di stato di sforzo locale, deformabilità e resistenza e può essere utilizzata anche su qualsiasi tipologia muraria.Nonostante l’impiego diffuso di questa analisi in Italia, non esiste ancora una normativa specifica, ma si fa riferimento alle norme ASTM e Rilem per l’esecuzione corretta della prova e l’elaborazione dei dati.

Le prime sperimentazioni risalgono agli anni Ottanta, ma la tecnologia è stata continuamente migliorata nel corso del tempo per garantire maggiore affidabilità nei risultati ottenuti.

Prima configurazione: prova con martinetto singolo

La prova con martinetto singolo è una tecnica leggermente invasiva per valutare lo stato di sollecitazione locale di una muratura.

Per determinare la misura dello sforzo in situ, basato sulla variazione dello stato tensionale in un punto della struttura, si utilizza un sottile martinetto piatto inserito all’interno di un taglio eseguito nel giunto di malta. Qui il carico sovrastante provoca una chiusura del taglio che viene rilevata misurando la convergenza tra coppie di punti posti in posizione simmetrica rispetto allo stesso.Il sottile martinetto piatto viene messo sotto pressione in modo graduale tramite pompa idraulica specifica fino ad annullare la convergenza misurata in precedenza. In questo modo la pressione all’interno del martinetto è pari alla sollecitazione preesistente nella muratura a meno di 2 fattori correttivi che tengono in conto della geometria del taglio e della rigidezza del martinetto piatto stesso.

La strumentazione necessaria per l’esecuzione della prova consiste in:

• un martinetto piatto;
• sistema idraulico;
• punti fissi;
• misuratori di deformazione;
• sistema di taglio.

Il martinetto è un sottile inserto di metallo, di diversa forma a seconda del tipo di muratura su cui effettuare il test, con porte di entrata e uscita che possono essere messe in pressione con olio idraulico. È importante che sia calibrato per fornire un fattore di conversione che mette in relazione la pressione del fluido con lo sforzo applicato.

Fasi di esecuzione della prova

Per eseguire la prova si parte dal taglio nella muratura. Innanzitutto, è necessario individuare un’area di prova adeguata e preparare la zona rimuovendo l’intonaco.

Si collocano le basi di misura a cavallo del giunto di malta da tagliare e si misurano le distanze tra i punti fissi prima di eseguire il taglio. Si esegue il taglio e si inserisce il martinetto piatto collegato al sistema idraulico.

Viene gradualmente ripristinata la pressione fino a quando la convergenza delle basi di misura viene annullata. Alla fine, si calcola il valore della pressione al manometro e si converte in valori di sforzo.

Può essere opportuno impiegare 4 coppie di basi di misura per una rappresentazione precisa della distribuzione degli sforzi lungo il taglio. 

Perché è essenziale che l’indagine venga eseguita da un tecnico esperto?

Perché l’interpretazione dei dati è complessa, a causa di diversi fattori come la scelta dei punti di prova e la disomogeneità della muratura. A causa infatti di quest’ultimo problema prima o dopo il taglio si verificano distribuzioni non costanti degli stati di sforzo.

Questo comportamento fa sì che i valori di spostamento misurati sulle basi di misura non sono uguali, ma tendono ad essere maggiori al centro, a seguito di una maggiore concentrazione di sforzi di trazione rispetto alle estremità del taglio.

Il ripristino delle distanze, antecedente al taglio, tra le basi di misura avviene raramente per lo stesso valore di sollecitazione applicato dal martinetto. Per questo motivo è opportuno fare una media tra i diversi valori degli sforzi che ripristinano le distanze delle coppie di basi di misura.

Seconda configurazione: prova con martinetti doppi

La prova può essere eseguita anche con l’impiego di 2 martinetti in configurazione doppia, per determinare i parametri meccanici caratteristici di una muratura: modulo di elasticità e resistenza a compressione.

La prova prevede l’esecuzione di due tagli paralleli nella muratura, ad una distanza di circa 40 – 50 cm, nei quali andranno inseriti i martinetti piatti. I due martinetti delimitano un campione di muratura di dimensioni apprezzabili al quale si può applicare uno stato di sforzo monoassiale mediante la pompa idraulica collegata.

Si effettuano cicli di carico e scarico crescenti per determinare il modulo di elasticità della muratura e raggiungere il valore di prima fessurazione o rottura. 

La strumentazione necessaria per l’esecuzione della prova è simile a quella utilizzata per la prova con martinetto singolo, in sintesi:

• 2 martinetti piatti;
• sistema idraulico;
• basi di misura o trasduttori di spostamento;
• centralina di acquisizione dati nel caso si utilizzino trasduttori per il rilievo delle deformazioni durante lo
• svolgimento della prova;
• sistema di taglio.

Le difficoltà nella misurazione e nell’interpretazione dei risultati 

Anche in questo caso, esistono difficoltà nella misurazione e nell’interpretazione dei risultati della prova.

Uno dei principali problemi è rappresentato dal basso contrasto, offerto dagli edifici di pochi piani, agente sulla zona di prova. In questi casi il livello di sforzo agente nelle murature è così basso che, durante lo svolgimento della prova, la muratura non è più compressa, ma tende a rilassarsi generando una curva sforzo-deformazioni con rotazione in senso antiorario.

Un altro problema riguarda la scelta delle zone di prova nelle murature con giunti di malta di elevato spessore o troppo sottili: in entrambi i casi bisogna porre attenzione alla scelta della posizione del taglio.

Inoltre, nelle murature in pietra con tessitura irregolare, il taglio non può essere effettuato nei giunti di malta, discontinui e poco resistenti, ma deve essere invece realizzato attraverso le pietre, la cui la disposizione irregolare può influenzare negativamente i risultati con una distribuzione non uniforme dello stato di sforzo durante la prova.

La scelta del punto di prova è quindi un’operazione imprescindibile per il buon esisto della prova e per l’affidabilità dei risultati ottenuti.

Correlazione tra la tecnica dei martinetti piatti e quella sonica

Esiste letteratura tecnica (ved. Riva, G, Binda et al) che tratta della correlazione dei risultati tra le prove con martinetti piatti e le prove soniche. Molti degli esperimenti svolti per valutare le proprietà fisiche e meccaniche di diverse tipologie di muratura, hanno utilizzato i risultati relativi alla distribuzione delle velocità derivanti dalle prove soniche con i valori dei moduli elastici calcolati mediante prove con doppio martinetto.

Si ricorda inoltre che il principio della prova sonica è basato sulla relazione tra la velocità di propagazione di onde elastiche in un materiale e le proprietà elastiche dello stesso materiale.

Mettendo a confronto i valori di dei moduli elastici con le velocità soniche eseguite sullo stesso pannello murario è stata rilevata l’esistenza di una significativa correlazione soltanto per alcune classi di muratura, senza però definire una correlazione attendibile, che necessita di maggiori approfondimenti circa le relazioni tra parametri sperimentali in funzione della tipologia ed all’arte di esecuzione della muratura.

La tendenza molto è molto simile tra il modulo E e la velocità sonica nel caso di murature in mattoni

In ogni caso lo svolgimento della prova sonica preliminarmente al martinetto doppio consente di valutare la presenza di discontinuità interne alla sezione come vuoti, fessurazioni, distacchi dei paramenti esterni, distribuzione eterogenea dei materiali posti sotto l’intonaco, che comprometterebbero il buon esito della dell’indagine.

1. Binda L., Cantini L., Tiraboschi C., (2004a). Caratterizzazione e classificazione di murature storiche in zona sismica mediante prova con martinetti piatti. XI Congresso Nazionale “L’Ingegneria Sismica in Italia”, Genova 25-29 gennaio 2004.
2. Binda L., Saisi A., Zanzi L., (2004c). Report on Calibration and Testing Results. On-site investigation techniques for the structural evaluation of historic masonry buildings. Deliverable D8.4 ONSITEFORMASONRY
3. Riva G., Bettio C., Modena C., 2003. Valutazioni quantitative di caratteristiche meccaniche di murature in pietra mediante prove non distruttive. Materiali e Strutture, problemi di conservazione. Anno I, numero 1, 2003.

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