Comune de L Aquila (AQ) Palazzo del Governo

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1 Comune de L Aquila (AQ) Palazzo del Governo Relazione tecnica: indagini diagnostiche per la caratterizzazione tipologica e meccanica delle murature dell edificio EXPIN s.r.l. Advanced Structural Control START CUBE - Via Croce Rossa 112, Padova C.F. e P.I R. Imprese PD - REA n TEL FAX info@expin.it ing. Filippo Casarin Data: 26/09/2011 Collaboratori: ing. Paolo Girardello, ing. Federico Zen Consegna

2 Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 2

3 INDICE GENERALE 1 Introduzione Contesto normativo Descrizione generale del programma d indagini Prove di martinetto piatto Prova di martinetto piatto singolo Prova di martinetto piatto doppio Risultati della campagna di prove di martinetto piatto Test di martinetto piatto singolo MPS D Test di martinetto piatto doppio MPD D Test di martinetto piatto singolo MPS A Test di martinetto piatto doppio MPD A Risultati complessivi delle prove di martinetto Prove soniche Tecnica di esecuzione Esecuzione dei test sonici sulla struttura Prova sonica A Prova sonica B Prova sonica C Prova sonica D Risultati complessivi delle prove soniche Commenti conclusivi...57 SCHEDE TECNICHE DEI SENSORI DI MISURA...61 Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 3

4 Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 4

5 1 INTRODUZIONE Nella presente relazione si riportano i risultati emersi dalla campagna d indagini sperimentali effettuate dalla società EXPIN srl Spin-off dell Università di Padova, con sede in via della Croce Rossa 112, Padova (C.F./P.I ), in punti significativi del Palazzo del Governo a L Aquila (Figura 1-1), gravemente danneggiato in seguito al sisma del 6 Aprile 2009, al fine di ottenere una prima valutazione sullo stato delle murature dell edificio per procedere successivamente con la progettazione degli interventi di consolidamento strutturale. La relazione, eseguita su incarico dell ingegner Roberto Scimia, con sede in L Aquila, Via Carducci 32, riporta i risultati delle prove soniche dirette e di martinetto piatto singolo e doppio eseguite a campione per caratterizzare qualitativamente e quantitativamente la consistenza dei paramenti murari del palazzo, anche in relazione alle diverse fasi costruttive dello stesso. Tale campagna è da considerarsi preliminare ad una eventuale analisi più approfondita atta al conseguimento di un livello di conoscenza adeguato alla completa verifica strutturale dell edificio, ai sensi delle Norme Tecniche per le Costruzioni (Decreto Ministeriale del 14/01/2008), Ministero delle Infrastrutture, pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 29 del 4 febbraio 2008 Suppl. Ordinario n. 30, e della Circolare applicativa 2 febbraio 2009, n Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008, Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 47 del 26 febbraio Suppl. Ordinario n. 27. Figura 1-1 Vista del centro de L Aquila con l individuazione del Palazzo del Governo. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 5

6 2 CONTESTO NORMATIVO Le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/2008) differenziano la procedura di valutazione della sicurezza per gli edifici esistenti dalla progettazione dei nuovi edifici. Gli edifici esistenti si differenziano da questi ultimi, infatti, perché: - il progetto riflette lo stato delle conoscenze al tempo della loro costruzione; - il progetto può contenere difetti di impostazione concettuale e di realizzazione non evidenziabili; - tali edifici possono essere stati soggetti a terremoti passati o ad altre azioni accidentali i cui effetti non sono manifesti. La normativa pertanto prescrive, preliminarmente alla valutazione della sicurezza sismica della struttura, l'acquisizione di dati dalle seguenti fonti: - documenti di progetto e fonti storiche; - rilievo strutturale geometrico e dettagli esecutivi; - prove in-situ e in laboratorio. La norma indica come la conoscenza dell edificio in muratura possa essere conseguita con diversi livelli di approfondimento, in funzione dell accuratezza delle operazioni di rilievo, delle ricerche storiche, e delle indagini sperimentali. Prescrive di acquisire informazioni riguardo: - la geometria, mediante operazioni di rilievo geometrico e strutturale comprende il rilievo, piano per piano, di tutti gli elementi in muratura e di eventuali nicchie, cavità, canne fumarie, il rilievo delle volte (spessore e profilo), dei solai e della copertura (tipologia e orditura), delle scale (tipologia strutturale), la individuazione dei carichi gravanti su ogni elemento di parete e la tipologia delle fondazioni. Deve inoltre essere rilevato e rappresentato l eventuale quadro fessurativo e deformativo per consentire, nella fase diagnostica, l individuazione dell origine e delle possibili evoluzioni delle problematiche strutturali dell edificio; - i dettagli costruttivi, relativi alla qualità del collegamento tra pareti verticali e tra orizzontamenti e pareti, l eventuale presenza di cordoli di piano o di altri dispositivi di collegamento; l esistenza di architravi strutturalmente efficienti al di sopra delle aperture; la presenza di elementi strutturalmente efficienti atti ad eliminare le spinte eventualmente presenti; la presenza di elementi, anche non strutturali, ad elevata vulnerabilità; la tipologia della muratura (a un paramento, a due o più paramenti, con o senza collegamenti trasversali,...) e le sue caratteristiche costruttive (eseguita in mattoni o in pietra, regolare, irregolare,...); - le proprietà dei materiali, in particolare per la valutazione del paramento murario, con l esame della qualità muraria e l eventuale valutazione sperimentale delle caratteristiche Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 6

7 meccaniche per stabilire se la muratura in esame è capace di un comportamento strutturale idoneo a sostenere le azioni statiche e dinamiche prevedibili per l edificio in oggetto. Di particolare importanza risulta la presenza o meno di elementi di collegamento trasversali (es. diatoni), la forma, tipologia e dimensione degli elementi, la tessitura, l orizzontalità delle giaciture, il regolare sfalsamento dei giunti, la qualità e consistenza della malta. Di rilievo risulta anche la caratterizzazione di malte (tipo di legante, tipo di aggregato, rapporto legante/aggregato, livello di carbonatazione), e di pietre e/o mattoni (caratteristiche fisiche e meccaniche) mediante prove sperimentali. La norma specifica come la quantità e qualità dei dati acquisiti determina il metodo di analisi e i valori dei fattori di confidenza da applicare alle proprietà dei materiali da adoperare nelle verifiche di sicurezza, nonché consente una valutazione più realistica dell eventualità e di quali tipi di meccanismi locali di collasso possano verificarsi nella struttura, per condurre le relative verifiche di sicurezza. Tali richieste conoscitive della normativa vigente sono particolarmente avvertite per edifici appartenenti al patrimonio storico architettonico, in particolare quando è necessario valutarne le performance strutturali in relazione alle azioni sismiche. Per quest ambito particolare, è stata promulgata la Direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri - Patrimonio Culturale del 12/10/2007. Linee guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle Norme Tecniche e all applicazione dell O.P.C.M. n del 2003 e successive modifiche e integrazioni. G.U. n. 24 del 29/1/2008 suppl. ord. n. 25, documento tecnico calibrato specificamente sulle esigenze di tali edifici. Le indagini strumentali condotte presso le murature del Palazzo del Governo a L Aquila (prove di martinetto piatto singolo e doppio, prove soniche) hanno consentito di estrarre utili informazioni circa le caratteristiche delle murature indagate, ottenendo pertanto una valutazione preliminare sullo stato delle stesse. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 7

8 3 DESCRIZIONE GENERALE DEL PROGRAMMA D INDAGINI Nei giorni 12 e 13 settembre 2011 si è svolta una serie di prove in situ presso il Palazzo del Governo a L Aquila (AQ). La campagna è stata svolta per ottenere indicazioni sulla composizione tipologica e le caratteristiche meccaniche delle murature analizzate. Sono quindi state eseguite le seguenti tipologie d indagine: - prove di martinetto piatto singolo e doppio (prova debolmente distruttiva), - prove soniche (prova non distruttiva) Le prove eseguite sull edificio sono state: - n. 2 prove con martinetto piatto singolo e doppio. Dall esecuzione di tale tipologia di prova si ottengono informazioni circa la tensione locale della muratura (martinetto singolo) e sulle caratteristiche meccaniche della muratura indagata in termini di modulo elastico (martinetto doppio); MP A2 MP D2 N Figura 3-1 Localizzazione delle prove di martinetto piatto singolo e doppio Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 8

9 - n. 4 prove soniche dirette. Dall esecuzione di tale tipologia di prova si ottengono informazioni qualitative sulla consistenza muraria e si possono ottenere informazioni circa la presenza di vuoti, cavità o discontinuità interne nelle murature. D A C B N Figura 3-2 Localizzazione delle prove soniche dirette 4 PROVE DI MARTINETTO PIATTO Le prove di martinetto piatto si sono affermate, a livello nazionale ed internazionale, come metodologia relativamente semplice e sufficientemente non invasiva per la determinazione delle caratteristiche meccaniche della muratura indagata. Mediante le prove di martinetto piatto è infatti possibile determinare, con un accettabile margine di errore, tanto lo stato locale di tensione nel solido indagato che le caratteristiche di deformabilità dello stesso. Nel seguito viene descritta la metodologia delle prove di martinetto piatto singolo e doppio, in relazione alle normative tecniche di riferimento (RILEM Recommendation MDT.D.4: In-situ stress tests based on the flat-jack - MDT.D.5: In-situ stress-strain behaviour tests based on the flat-jack; ASTM C : Standard test method for in situ compressive stress within solid unit masonry estimated using flatjack measurement - ASTM C : In situ measurement of masonry deformability properties using the flatjack method). Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 9

10 4.1 PROVA DI MARTINETTO PIATTO SINGOLO La prova con martinetto piatto singolo permette di stimare lo stato di tensione locale presente nelle strutture murarie. La tecnica di prova si basa sulla variazione dello stato tensionale in un punto della struttura provocato da un taglio piano eseguito in direzione normale alla superficie della muratura. Il taglio viene realizzato mediante sega idraulica con lama diamantata circolare. II rilascio delle tensioni che si manifesta provoca una parziale chiusura del taglio, che viene rilevata tramite misure di distanza relativa fra coppie di punti posti in posizione simmetrica rispetto al taglio stesso (Figura 4-1). CH1 CH2 CH3 CH4 Figura 4-1 schema di disposizione dei sensori nel test di martinetto piatto singolo Viene quindi inserito all'interno del taglio un martinetto piatto, realizzato mediante sottili lamiere di acciaio saldate, che viene collegato al circuito idraulico di una pompa. La pressione interna viene quindi gradualmente aumentata fino ad annullare la deformazione misurata successivamente all esecuzione del taglio. In queste condizioni la pressione all'interno del martinetto è uguale in prima approssimazione alla sollecitazione preesistente nella muratura in direzione normale al piano del martinetto, a meno di una costante sperimentale che tiene conto del rapporto tra l'area del martinetto e l'area del taglio (k A ), ed a meno di una costante che tiene conto della rigidezza intrinseca di ogni martinetto (k M ). In Figura 4-2 viene riportata la visualizzazione grafica delle fasi successive dell esecuzione del test di martinetto piatto singolo (simulazione numerica). I risultati della prova di martinetto piatto singolo vengono generalmente rappresentati mediante un diagramma in cui in ascissa si legge la tensione, ovvero la pressione dell olio all interno del martinetto moltiplicata per le costanti d area e di martinetto (k A e k M ), ed in ordinata si leggono le distanze relative tra le basi di misura posizionate al di sopra ed al di sotto del taglio (Figura 4-3). La prova si considera ultimata quando in seguito ad incremento di pressione nel martinetto - si ottiene il ripristino delle misurazioni iniziali (le misure relative si portano sullo zero), e la corrispondente pressione letta al martinetto è la tensione locale nella muratura, a meno delle costanti moltiplicative k A e k M. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 10

11 a) b) c) d) e) f) Figura 4-2 simulazione numerica del test di martinetto piatto singolo: a) pannello murario uniformemente soggetto ad una tensione di compressione di 2,0 MPa; b) esecuzione del taglio e variazione del quadro tensionale: si nota lo scarico delle porzioni di muratura immediatamente al di sopra e sotto del taglio, con avvicinamento relativo dei lembi; applicazione di pressione sul piano di taglio mediante pompaggio di olio all interno del martinetto piatto: pressione nel martinetto pari a: c) 0,5 MPa; d) 1,0 MPa; e) 1,5 MPa; f) 2,0 MPa: compensazione delle distanze iniziali tra i lembi e ripristino del quadro tensionale iniziale termine della prova. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 11

12 Figura 4-3 rappresentazione tipica dei risultati di una prova di martinetto piatto singolo: in ordinata le distanze relative tra le basi di misura posizionate al di sopra ed al di sotto del taglio, in ascissa la tensione applicata alla muratura 4.2 PROVA DI MARTINETTO PIATTO DOPPIO La prova con martinetto piatto doppio consente di determinare le caratteristiche di deformabilità della muratura, nonché di fornire una stima della resistenza muraria al limite elastico. La prova consiste nell'effettuare due tagli nella muratura, mediante sega idraulica con lama diamantata circolare, paralleli fra loro, ad una distanza variabile (che dipende dagli elementi resistenti della muratura investigata e dalla larghezza del martinetto utilizzato, potendo variare tra 1 e 1,5 volte quest ultima dimensione). All interno dei tagli vengono inseriti due martinetti, realizzati mediante sottili lamiere di acciaio saldate. Questa procedura consente di delimitare un campione di muratura rappresentativo per dimensioni del comportamento meccanico della stessa. I due martinetti paralleli, opportunamente messi in pressione, applicano al campione interposto uno stato di sollecitazione monoassiale, e le deformazioni risultanti nella porzione muraria vengono misurate da un numero adeguato di sensori di spostamento in direzione ortogonale e parallela ai piani di inserimento dei martinetti (Figura 4-4), al fine di determinare il diagramma tensione deformazione della muratura indagata. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 12

13 CH5 CH1 CH2 CH3 CH4 Figura 4-4 schema di disposizione dei sensori nel test di martinetto piatto doppio Generalmente il carico viene applicato in maniera ciclica, ovvero con cicli di carico con incrementi crescenti di pressione nei martinetti intervallati dallo scarico completo di questi. La prova viene spinta fino ad una pressione superiore allo stato di compressione locale, limitando la tensione massima raggiunta nei cicli di carico ad un valore sufficientemente inferiore alla tensione di rottura del materiale. In Figura 4-6 viene riportata la visualizzazione grafica del test di martinetto piatto doppio (simulazione numerica). I risultati della prova di martinetto piatto doppio vengono generalmente rappresentati mediante un diagramma in cui in ascissa si leggono le deformazioni registrate nelle basi di misura (positive accorciamento basi verticali; negative allungamento basi orizzontali), in ordinata la tensione applicata alla muratura compresa tra i martinetti, ovvero la pressione dell olio all interno dei martinetti moltiplicata per le costanti d area e di martinetto (k A e k M ) - Figura 4-5. La pendenza della curva di carico corrisponde per le basi verticali al modulo di rigidezza della muratura indagata (E, modulo di Young). Figura 4-5 rappresentazione tipica dei risultati di una prova di martinetto piatto doppio: in ascissa le deformazioni registrate nelle basi di misura (positive accorciamento basi verticali; negative allungamento basi orizzontali), in ordinata la tensione applicata alla muratura Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 13

14 a) b) c) d) e) f) Figura 4-6 simulazione numerica del test di martinetto piatto doppio: a) pannello murario uniformemente soggetto ad una tensione di compressione di 2,0 MPa; esecuzione del taglio inferiore b) e superiore c), variazione del quadro tensionale: si nota lo scarico delle porzioni di muratura compresa tra i tagli ed al di sopra e sotto di questi; applicazione di pressione sulla muratura mediante pompaggio di olio all interno dei martinetti piatti: pressione nei martinetti pari a: d) 1,5 MPa; e) 3,0 MPa; f) 6,0 MPa si nota la compressione relativamente uniforme - della muratura compresa tra i tagli e la conseguente deformazione nella stessa. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 14

15 4.3 RISULTATI DELLA CAMPAGNA DI PROVE DI MARTINETTO PIATTO Il 13 settembre 2011 sono state eseguite 2 prove di martinetto piatto singolo e doppio, in punti ritenuti sufficientemente rappresentativi delle tipologie murarie riscontrate nel Palazzo del Governo di L Aquila. MP A2 MP D2 N Figura 4-7 Localizzazione delle prove di martinetto piatto singolo e doppio. Le prove sono state condotte con riferimento alle seguenti normative: - ASTM C In situ compressive stress within solid unit masonry estimated using flat jack measurements; - ASTM C Standard test method for in situ measurement of masonry deformability properties using flat jack method; - RILEM Lum 90/2 Lum.D.2. In situ stress based on the flat jack; - RILEM Lum 90/2 LumD3 - In situ strength and elasticity tests based on the flatjack. In riferimento al test di martinetto piatto singolo, la metodologia di prova consiste, una volta individuato il punto di esecuzione nella muratura, nel fissaggio mediante tasselli meccanici di 8 dadi in alluminio con fori di alloggiamento per i sensori (4 al di sopra e 4 al di sotto del taglio) per la misurazione delle distanze iniziali (pre-taglio) delle basi di misura. Le basi hanno lunghezza (distanza tra i centri del dado superiore ed inferiore) variabile in funzione delle condizioni locali della muratura, pari a circa 25 cm, e passo orizzontale pari a 8 cm. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 15

16 Figura 4-8 Fissaggio delle basi di misura, test di martinetto piatto singolo. Viene quindi misurata elettronicamente (mediante applicazione di trasduttori di spostamento potenziometrici lineari collegati ad unità di acquisizione interfacciata tramite porta USB a computer portatile provvisto di apposito software sviluppato in ambiente labview) la distanza iniziale tra i dadi superiore ed inferiore, lasciando un tempo adeguato alla stabilizzazione della lettura, acquisita in continuo ad una frequenza di campionamento pari ad una lettura al secondo (1 SPS). I sensori vengono successivamente rimossi e si procede al taglio della muratura mediante mototroncatrice eccentrica a lama circolare diamantata (Figura 4-9). Figura 4-9 Esecuzione del taglio nella muratura - Martinetto inserito all interno del taglio, con da destra il trasduttore di pressione, i sensori di spostamento ricollocati nelle precedenti posizioni, il tubo di ingresso dell olio all interno del martinetto. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 16

17 Viene successivamente inserito il martinetto piatto semicircolare all interno del foro (le dimensioni del martinetto coincidono con quelle eseguite nella muratura mediante mototroncatrice, larghezza del taglio pari a 35 cm - profondità pari a 26 cm), vengono ricollocati i sensori di spostamento per l acquisizione delle letture di distanza relativa durante l esecuzione della prova, viene posizionato il trasduttore di pressione ad un tubo di estremità del martinetto piatto e collegato il martinetto ad una pompa idraulica manuale per l esecuzione della prova. La pressione viene quindi incrementata nel martinetto, mediante la pompa idraulica manuale, fino al ripristino, nelle basi verticali di misura, della misura letta precedentemente all esecuzione del taglio, con una deviazione media accettabile della distanza tra le basi dalla distanza iniziale inferiore al valore massimo tra mm e 1/20 della deviazione iniziale massima. Rilevato il valore di pressione corrispondente all annullamento della convergenza provocata dal taglio, si diminuisce la pressione, fino a scaricare la muratura. Il valore dello stato di sforzo viene calcolato con la seguente relazione: m = P K a K m dove: P = pressione del martinetto che permette di ristabilire la distanza iniziale tra le basi (media dei valori di pressione corrispondenti ad uno spostamento nullo delle quattro basi di misura, ottenuti per interpolazione); K a = costante adimensionale che rappresenta il rapporto tra l area del martinetto e l area del taglio nella muratura, considerata pari a 1 (larghezza martinetto pari a 35 cm); K m = costante adimensionale, dipendente dalla geometria e dalla rigidezza del martinetto, riportata sul certificato di taratura del martinetto stesso, pari a 0,85 per i martinetti utilizzati. Le prove di martinetto piatto doppio sono state eseguite nelle stesse posizioni di prova del martinetto piatto singolo, eseguendo un taglio parallelo al primo in modo da isolare un campione di muratura di dimensioni circa pari a 35 x 50 cm (Figura 4-10). Vengono disposte 4 basi di misura verticali ed 1 orizzontale nel campione murario compreso tra i due tagli (distanza tra gli assi dei dadi di alluminio pari a circa cm per le basi verticali e cm per le basi orizzontali). Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 17

18 Figura 4-10 prova di martinetto piatto doppio; esecuzione del secondo taglio sulla muratura, inserimento del secondo martinetto e disposizione delle basi di misura; disposizione dei sensori. Vengono quindi posizionati i trasduttori di spostamento verticali ed orizzontali, inserito il secondo martinetto piatto all interno dei taglio, collegati tra loro i martinetti mediante tubo in PVC, applicato all estremità del martinetto superiore il trasduttore e collegato il martinetto inferiore alla pompa idraulica manuale. Nel corso della prova il campione murario posto tra i due martinetti viene sottoposto a compressione monoassiale. Si effettuano cicli di carico e scarico a livelli di sollecitazione crescenti generalmente fino al raggiungimento del limite di comportamento elastico del materiale. La pressione viene applicata per passi discreti (pari a 0,3 MPa) e registrata in automatico, contemporaneamente alle corrispondenti letture degli spostamenti, mediante una centralina di acquisizione dati collegata ad un computer portatile. La catena di acquisizione risulta composta dai trasduttori di spostamento (Penny+Giles mod. MLS130/25/S/P) e pressione (AEP mod. TP bar), i primi a registrare le deformazioni murarie ed i secondi le variazioni di pressione all interno dei martinetti piatti, collegati tramite cavo di segnale ad una morsettiera in cui si trova la scheda di acquisizione (National Instruments mod. USB-6210), a sua volta connessa tramite cavo USB ad un computer portatile. I martinetti vengono messi in pressione mediante una pompa idraulica manuale. Lo schema di acquisizione del sistema di martinetto piatto singolo e doppio è riportato in Figura I dati tecnici della strumentazione sono riportati al termine della relazione. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 18

19 SCHEMA LOGICO - SISTEMA MARTINETTO PIATTO DOPPIO SCHEMA LOGICO - SISTEMA MARTINETTO PIATTO SINGOLO 220 V 220 V TRASDUTTORE DI SPOSTAMENTO TRASDUTTORE DI PRESSIONE CAVO DI SEGNALE TUBO CAVO PVC PASSAGGIO OLIO CAVO USB POMPA IDRAULICA MANUALE MARTINETTO PIATTO SEMICIRCOLARE COMPUTER PORTATILE ENCLOSURE CON SCHEDA DI ACQUISIZIONE USB Figura 4-11 Schema logico di funzionamento, prova di martinetto doppio e singolo. Il software di acquisizione è stato sviluppato in ambiente Labview, e prevede metodologie di acquisizione differenziate per le prove di martinetto piatto singolo e doppio. La prova di martinetto piatto singolo (modalità config ) inizia con la lettura della lunghezza delle basi di misura pre taglio, e consente la visualizzazione in diretta delle letture contro il tempo, al fine di valutare la stabilizzazione delle stesse. Vengono quindi inseriti i dati necessari all esecuzione della prova quali le costanti d area e di martinetto, vengono selezionati i sensori relativamente ai diversi canali, viene scelta la frequenza di campionamento. Viene così salvato il file di configurazione della prova, e successivamente eseguito il taglio nella muratura. Il pannello di acquisizione visualizzato durante la prova (modalità test ), consente di visualizzare la variazione delle letture di misura delle basi sia contro il tempo (finestra a sinistra) che contro la pressione nel martinetto stress nella muratura. I dati vengono riportati anche in cifra digitale con visualizzazione del valore assoluto e relativo (lettura attuale meno lettura pre taglio). E possibile impostare delle condizioni, precedentemente all inizio della prova, relativamente al soddisfacimento delle richieste normative sulla validità dell esecuzione del test (distorsione media a compensazione su tutti gli strumenti di lettura e massima su singolo sensore - inferiore ad un valore scelto dall utente), con visualizzazione di led di soddisfacimento delle stesse durante lo svolgimento della prova. Le visualizzazione delle modalità di configurazione ed acquisizione dati durante lo svolgimento della prova di martinetto piatto doppio sono riportate in Figura Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 19

20 Figura 4-12 software di acquisizione, prova di martinetto doppio: a sinistra schermata di configurazione iniziale, a destra pannello di acquisizione durante la prova I dati vengono salvati in continuo, una volta avviato il test, con la frequenza di campionamento impostata durante la configurazione di prova (ad es. 1 Hz corrisponde al salvataggio di una lettura spostamento nei sensori e pressione alla pompa al secondo), e possono comunque essere salvati su altro file su comando dell operatore. Vengono nel seguito riportati i risultati delle prove di martinetto piatto singolo e doppio eseguite presso le murature del Palazzo del Governo a L Aquila. Per le prove di martinetto piatto singolo vengono riportati: - descrizione del sito di esecuzione del test; - documentazione fotografica dello svolgimento della prova; - schema di fissaggio e numerazione dei sensori; - grafico rappresentativo dell andamento delle misure (relative rispetto alle letture eseguite precedentemente all esecuzione del taglio) registrate nelle basi di misura in funzione dell incremento di carico durante l esecuzione della prova;. Per le prove di martinetto piatto doppio vengono riportati: - descrizione del sito di esecuzione del test; - documentazione fotografica dello svolgimento della prova; - schema di fissaggio e numerazione dei sensori; - diagramma tensioni-deformazioni per le basi di misura verticali ed orizzontali; - tabelle con indicazione dello sforzo massimo raggiunto e calcolo del valore del modulo di Young in carico e in scarico. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 20

21 4.3.1 Test di martinetto piatto singolo MPS D2 La prova di martinetto piatto singolo MPS D2 è stata svolta nella la muratura perimetrale sud del chiostro posto più a ovest dell edificio, a livello del piano terra. La prova è stata eseguita a una altezza di 70 cm misurati dal livello di calpestio, il taglio praticato ha una lunghezza pari a 35 cm. La muratura in tale posizione presenta uno spessore di circa 66 cm. MPS D2 N Figura 4-13 Prova di martinetto piatto singolo MPS D2; individuazione prova; misura delle distanze iniziali; esecuzione del taglio. La muratura presenta tessitura abbastanza irregolare ed è costituita da pietrame, con elementi a pezzatura disomogenea parzialmente sbozzati con inclusioni di elementi di laterizio. Ad una battitura superficiale, la struttura muraria presenta un suono pieno, indice di assenza di cavedi o vuoti a ridosso del punto di esecuzione della prova. Per Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 21

22 l esecuzione del test sono stati utilizzati 4 sensori di spostamento posizionati a cavallo del taglio eseguito nella muratura. Il test si è svolto tra le ore 09:30 e le ore 11:00 del giorno 13 settembre Spostamento (mm) Tensione (N/mm 2 ) CH1 CH2 CH3 CH4 Figura 4-14 Test di martinetto singolo MPS D2; variazione relativa della misura registrata dai sensori di spostamento in funzione dello sforzo applicato. CH1 CH2 CH3 CH4 Tensione di compressione in corrispondenza della compensazione della lettura (azzeramento) Sensore 1 (CH1) 0,40 N/mm 2 Sensore 2 (CH2) 0,68 N/mm 2 Sensore 3 (CH3) 0,36 N/mm 2 Sensore 4 (CH4) 0,60 N/mm 2 Media sui sensori (σ locale) 0, 51 N/mm 2 Schema dei sensori durante la prova Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 22

23 4.3.2 Test di martinetto piatto doppio MPD D2 MPD D2 N Figura 4-15 Individuazione punto di prova. La prova di martinetto piatto doppio MPD D2 ha comportato l esecuzione di un secondo taglio nella muratura ove si è svolta la prova di martinetto singolo MPS D2, al di sopra del primo taglio ad una distanza da questo di 50 cm. La distanza fra la quota di pavimento e quella relativa all esecuzione del taglio inferiore è di 70 cm. Nel campione di muratura posto tra i due tagli sono state posizionate 4 basi di lettura verticali ed 1 orizzontale per il rilievo delle deformazioni durante i cicli di carico. Il test si è svolto tra le ore 11:00 e le ore 12:30 del giorno 13 settembre Figura 4-16 Prova con martinetto piatto doppio MPD D2 Esecuzione del secondo taglio e disposizione dei sensori. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 23

24 Tensione [MPa] σ massimo applicato [N/mm 2 ] 2,40 CH2 CH3 CH4 step incremento ciclo [N/mm 2 ] 0,30 CH1 Modulo di elasticità tangente E tan [N/mm 2 ] Δ (σ) [N/mm 2 ] CH ,00-0, ,30-0, ,60-0, ,90-1,20 Schema dei sensori durante la prova ,20-1, ,50-1, ,80-2, ,10-2, Martinetto Piatto Doppio CH1 CH2 CH3 CH CH5 tensione locale Deformazione [microstrain] Figura 4-17 Test di martinetto doppio MPD D2: diagramma sforzi-deformazioni relativo alle singole basi di misura. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 24

25 Tensione [MPa] 2.40 Martinetto Piatto Doppio - media sulle basi verticali Media Inviluppo tensione locale Deformazione [microstrain] Figura 4-18 Test di martinetto doppio MPD D2: diagramma sforzi-deformazioni relativo alla media delle basi di misura verticali con visualizzazione dei moduli di rigidezza calcolati. Modulo di elasticità nei rami di scarico E [N/mm 2 ] Δ (σ) [N/mm 2 ] ,60-0, ,90-0, ,20-0, ,50-0, ,80-0, ,10-0, ,40-0,10 Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 25

26 Tensione [MPa] Ramo di Scarico Media 0,6-0, ,9-0,1 1,2-0, Deformazione [microstrain] Figura 4-19 Variazione del coefficiente angolare della retta approssimante l inclinazione dei rami di scarico per il calcolo dei moduli elastici. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 26

27 4.3.3 Test di martinetto piatto singolo MPS A2 La prova di martinetto piatto singolo MPS A2 è stata effettuata nella la muratura perimetrale ovest del chiostro principale dell edificio, a livello del piano terra. La prova è stata eseguita a una altezza di 125 cm misurati dal livello di calpestio, il taglio praticato ha una lunghezza pari a 35 cm. La muratura in tale posizione presenta uno spessore di circa 100 cm. MPS A2 N Figura 4-20 Prova di martinetto piatto singolo MPS A2; individuazione prova; misura delle distanze iniziali. La muratura presenta tessitura abbastanza irregolare ed è costituita da pietrame, con elementi a pezzatura disomogenea parzialmente sbozzati, sono presenti inclusioni di elementi in laterizio. Ad una battitura superficiale, la struttura muraria presenta un suono pieno, indice di assenza di cavedi o vuoti a ridosso del punto di esecuzione della prova. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 27

28 Per l esecuzione del test sono stati utilizzati 4 sensori di spostamento posizionati a cavallo del taglio eseguito nella muratura. Il test si è svolto tra le ore 14:30 e le ore 16:30 del giorno 13 settembre Spostamento (mm) CH2 CH3 CH Tensione (N/mm 2 ) Figura 4-21 Test di martinetto singolo MPS A2; variazione relativa della misura registrata dai sensori di spostamento in funzione dello sforzo applicato. CH2 CH3 Tensione di compressione in corrispondenza della compensazione della lettura (azzeramento) CH1 CH4 Sensore 1 (CH1) Sensore 2 (CH2) 0,51 N/mm 2 Sensore 3 (CH3) 1,01 N/mm 2 Sensore 4 (CH4) 0,94 N/mm 2 Media sui sensori (σ locale) 0,82 N/mm 2 Schema dei sensori durante la prova Il sensore CH1 è stato rimosso dall analisi dei risultati in quanto il suo comportamento non è stato ritenuto attendibile. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 28

29 4.3.4 Test di martinetto piatto doppio MPD A2 MPD A2 N Figura 4-22 Individuazione punto di prova. La prova di martinetto piatto MPD A2 ha comportato l esecuzione di un secondo taglio nella muratura ove si è svolta la prova di martinetto singolo MPS A2, al di sotto del primo taglio ad una distanza da questo di 45 cm. La distanza fra la quota di pavimento e quella relativa all esecuzione del taglio inferiore è di 80 cm. Nel campione di muratura posto tra i due tagli sono state posizionate 4 basi di lettura verticali ed 1 orizzontale per il rilievo delle deformazioni durante i cicli di carico. Il test si è svolto tra le ore 16:30 e le ore 18:00 del giorno 13 settembre Figura 4-23 Prova con martinetto piatto doppio MPD A2 - Esecuzione del secondo taglio e disposizione dei sensori. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 29

30 Tensione [MPa] σ massimo applicato [N/mm 2 ] 1,80 CH1 CH2 CH3 CH4 step incremento ciclo [N/mm 2 ] 0,30 Modulo di elasticità tangente Δ (σ) E tan [N/mm 2 ] [N/mm 2 ] ,00-0,30 CH ,30-0, ,60-0, ,90-1,20 Schema dei sensori durante la prova 670 1,20-1, ,50-1, Martinetto Piatto Doppio CH1 CH Deformazione [microstrain] Figura 4-24 Test di martinetto doppio MPD A2: diagramma sforzi-deformazioni relativo alle singole basi di misura. Il sensore CH4 è stato rimosso dall analisi dei risultati in quanto il suo comportamento non è stato ritenuto attendibile. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 30

31 Tensione [MPa] Tensione [MPa] 2.40 Martinetto Piatto Doppio - media sulle basi verticali Media Deformazione [microstrain] Figura 4-25 Test di martinetto doppio MPD A2: diagramma sforzi-deformazioni relativo alla media delle basi di misura verticali con visualizzazione dei moduli di rigidezza calcolati. Modulo di elasticità nei rami di scarico E [N/mm 2 ] Δ (σ) [N/mm 2 ] ,60-0, ,90-0, ,20-0, ,50-0, ,80-0, Ramo di Scarico Media 0,6-0, ,9-0, Deformazione [microstrain] Figura 4-26 Variazione del coefficiente angolare della retta approssimante l inclinazione dei rami di scarico per il calcolo dei moduli elastici. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 31

32 4.4 RISULTATI COMPLESSIVI DELLE PROVE DI MARTINETTO Nel complesso i risultati emersi dalle prove di martinetto piatto danno indicazione di una tipologia muraria abbastanza omogenea che presenta discrete caratteristiche meccaniche in termini di rigidezza, per entrambe le posizioni di prova. Con riferimento alla tabella C8A.2.1 della circolare applicativa 2 febbraio 2009, n Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni, le tre tipologie murarie che potrebbero configurarsi come di riferimento per le murature analizzate, (1) Muratura in pietrame disordinata (ciottoli, pietre erratiche e irregolari), (2) Muratura a conci sbozzati, con paramento di limitato spessore e nucleo interno, e (3) Muratura in pietre a spacco con buona tessitura, sembrano in un certo modo sottostimare quanto emerso in sede di prova, dove le indicazioni ad es. di rigidezza, mediate sugli step tensionali applicati, forniscono valori di circa 3700 N/mm 2 per la curva di inviluppo di carico. Anche considerando l ultima tipologia muraria riportata, (3), i dati normativi suggeriscono un range di valori per il modulo di rigidezza tra i 1500 ed i 1980 N/mm 2 : si nota che i valori sperimentali ottenuti per le murature del Palazzo del Governo risultano generalmente superiori ai valori proposti da tabella per la tipologia muraria in esame. Si fa tuttavia notare che i livelli tensionali di entrambe le murature sono risultati relativamente elevati (0,5 0,8 N/mm 2 ), e che nella prova MPD A2, è emerso un deciso abbassamento della performance della muratura al di sopra degli 1,2 N/mm 2. MP A2 MP D2 E media carico E media scarico 3600 N/mm N/mm2 E media carico E media scarico 3800 N/mm N/mm2 Figura 4-27 Media dei risultati ottenuti con le prove di martinetto piatto doppio. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 32

33 Si ricorda in conclusione che le prove svolte hanno avuto la finalità di fornire dei valori plausibili relativamente al comportamento meccanico delle murature, tuttavia in un punto estremamente limitato di posizioni in relazione all estensione dell edificio. Tali indagini sono pertanto da considerarsi come studio iniziale propedeutico alla progettazione preliminare degli interventi di consolidamento strutturale. Per una più corretta definizione degli interventi, e per l esecuzione delle necessarie verifiche strutturali con un minore grado di incertezza sarà necessario integrare tale ridotta campagna di prove iniziale con altre ulteriori indagini che possano far raggiungere un adeguato livello conoscitivo, esteso od esaustivo ai sensi delle attuali norme tecniche. Tabella 4-1 Risultati martinetti piatti singoli e doppi Nome Prova σ locale [N/mm 2 ] Δσ [N/mm 2 ] Caratteristiche di deformabilità E tangente [N/mm 2 ] E scarico [N/mm 2 ] MPD-D2 0,51 MPD-A2 0,82 0,00-0, ,30-0, (0,60-0,10) 0,60-0, (0,90-0,10) 0,90-1, (1,20-0,10) 1,20-1, (1,50-0,10) 1,50-1, (1,80-0,10) 1,80-2, (2,10-0,10) 2,10-2, (2,40-0,10) 0,00-0, ,30-0, (0,60-0,10) 0,60-0, (0,90-0,10) 0,90-1, (1,20-0,10) 1,20-1, (1,50-0,10) 1,50-1, (1,80-0,10) Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 33

34 5 PROVE SONICHE Le indagini soniche restituiscono la velocità di propagazione di onde meccaniche (sonore) attraverso il mezzo murario investigato, fornendo indicazioni di natura qualitativa sulla consistenza della muratura e sulla presenza di cavità, fessure o eterogeneità di materiale intercettate lungo il percorso di trasmissione dell onda. Le indagini assumono natura quantitativa quando applicate prima e dopo l intervento di consolidamento delle murature mediante iniezioni di miscela, in quanto riescono a proporre una valutazione comparativa tra le velocità soniche pre e post intervento e quindi a determinare l efficacia dell intervento stesso in relazione alla diffusione della miscela di iniezione all interno del corpo murario. Inoltre le prove soniche sono un valido strumento per avere un indicazione qualitativa sull omogeneità della tipologia muraria in punti differenti di una struttura. Nel Palazzo del Governo (AQ), le indagini soniche sono state effettuate in modalità diretta (trasmettitore e ricevente sui due lati opposti dello stesso muro) per dare una valutazione sulla consistenza muraria in punti diffusi dell edificio al fine di ottenere un quadro complessivo il più esaustivo possibile. Nel seguito vengono forniti dei brevi cenni sulla metodica delle prove soniche, quindi sulla localizzazione e le modalità delle prove effettuate, per poi presentare i risultati ottenuti. Le specifiche tecniche della strumentazione utilizzata nell esecuzione delle prove (sistema di acquisizione, sensori di accelerazione), sono riportate al termine della relazione. 5.1 TECNICA DI ESECUZIONE Le prove soniche rappresentano un metodo di indagine non distruttiva validamente applicabile alle strutture murarie al fine di ottenere informazioni per la caratterizzazione e descrizione qualitativa della muratura. La tecnica di indagine sonica si basa sulla generazione di impulsi meccanici con frequenze nel campo del sonoro ( Hz) e per questo detti sonici. L onda sonica viene generata sul supporto murario mediante battitura con martello strumentato, e viene quindi ricevuta da un sensore (accelerometro piezoelettrico) posto in un punto diverso della struttura. Entrambi i dispositivi sono collegati ad un amplificatore di segnale e ad un convertitore analogico-digitale per la visualizzazione e registrazione dei dati su un computer portatile. L elaborazione dei dati consiste nel calcolo del tempo di volo, ricavando quindi noto lo spazio che divide trasmettitore e ricettore la velocità di attraversamento della muratura. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 34

35 Il principio generale dell indagine sonica si basa sulla relazione che lega la velocità di propagazione delle onde elastiche attraverso un mezzo alle proprietà fisico-meccaniche del mezzo stesso, secondo la relazione: v E dove: v = velocità di propagazione delle onde longitudinali nel mezzo attraversato; E = modulo di Young (rigidezza del materiale); ρ = densità del mezzo attraversato. Questa relazione è valida solo per materiali elastici, omogenei (a densità costante) ed isotropi (con medesime proprietà fisico-meccaniche in tutte le direzioni) e quindi in generale non valida per la propagazione di onde meccaniche nella muratura, mezzo fortemente eterogeneo ed anisotropo. Le prove soniche applicate alla muratura (in particolar modo nelle murature storiche) propongono pertanto risultati con caratteristiche maggiormente qualitative che quantitative (non è corretto ad es. desumere il modulo di Young dalla velocità di propagazione). La velocità dell onda sonica non può essere direttamente correlata alle proprietà della muratura (resistenza e stato tensionale) proprio per l assenza delle ipotesi di omogeneità ed isotropia, e non esistono in letteratura correlazioni attendibili e quantitative tra le velocità soniche ricavate nelle murature storiche e le proprietà meccaniche (ad esempio resistenza) delle stesse murature. Le prove soniche sono quindi in grado di fornire dati qualitativi sulle caratteristiche elastiche del materiale ed informazioni quantitative sui rapporti di variazione di tali caratteristiche tra punti diversi della struttura. Inoltre, effettuate prima e dopo l esecuzione di interventi di consolidamento che modificano le proprietà della muratura (densità, modulo elastico, resistenza), quali ad esempio le iniezioni con miscele leganti, tali prove forniscono un indicazione della variazione di consistenza del muro per effetto dell intervento e, pertanto, consentono di stimare, seppure in maniera approssimata, l efficacia dell intervento stesso. Le prove soniche applicate alle strutture di muratura consentono inoltre di individuare la presenza di cavità, fessure o porzioni di muratura aventi caratteristiche differenti, intercettate lungo il percorso di trasmissione dell onda, dato che le onde sonore si trasmettono attraverso i mezzi prediligendo i canali a maggiore densità, deviando quindi in corrispondenza di lacune o discontinuità. La velocità sonica è infatti generalmente uniforme nei solidi omogenei, tendendo ad abbassarsi in presenza di vuoti o discontinuità, data la bassa velocità di propagazione dell onda sonora nell aria. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 35

36 Riassumendo, le indagini soniche sono utilizzate nella diagnosi della muratura per: qualificare la morfologia della sezione, individuando la presenza di vuoti, difetti e lesioni; controllare le caratteristiche della muratura dopo interventi di consolidamento (ad es. iniezioni di miscele), verificando i cambiamenti delle caratteristiche fisiche dei materiali. Le misure soniche di velocità possono essere svolte secondo tre modalità (Figura 5-1): diretta o in trasparenza; indiretta o superficiale; semidiretta o radiale; tomografia. Figura 5-1: Procedure di svolgimento delle prove soniche: (1) diretta o in trasparenza; (2) indiretta o superficiale; (3) semidiretta o radiale; (4) tomografia La scelta di una metodologia di acquisizione rispetto ad un altra dipende da vari fattori, tra cui il tipo di muratura e l accessibilità su vari lati della stessa. Le prove soniche dirette (in trasparenza) consistono nell emettere e ricevere l onda elastica in punti corrispondenti sulle due facce opposte della muratura in esame (Figura 5-2). Questo tipo di trasmissione è quello che fornisce i dati più significativi sulla consistenza della sezione muraria. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 36

37 Figura 5-2: esecuzione di prova sonica diretta Le prove soniche superficiali consistono invece nell emettere e ricevere l onda elastica in punti localizzati sullo stesso lato del muro. Esse vengono utilizzate qualora sia disponibile per l indagine una sola superficie muraria. Le informazioni date da questo tipo di prove sembrano essere limitate agli strati più esterni della muratura; i risultati non sono pertanto molto significativi per quanto riguarda la composizione all interno dello spessore murario. Maggiori informazioni sono disponibili localmente grazie alle tomografie soniche le quali, basandosi sulla combinazione di acquisizioni soniche su più direzioni in una stessa sezione, consentono di migliorare il grado di conoscenza della sezione mediante una mappatura delle velocità acquisite. 5.2 ESECUZIONE DEI TEST SONICI SULLA STRUTTURA Il 12 e 13 settembre 2011 si sono eseguite prove soniche in corrispondenza di 4 setti murari individuati presso il Palazzo del Governo de L Aquila (Figura 5-3). Le prove sono state condotte in corrispondenza di alcune murature ritenute tipologicamente rappresentative delle diverse aree della costruzione, con la finalità di ottenere un quadro conoscitivo iniziale sulla consistenza muraria della struttura in esame. Le indagini sono consistite nella misurazione del tempo di attraversamento delle onde soniche nei paramenti murari in oggetto, per risalire alla velocità delle medesime, noto lo spessore della muratura attraversata. Sono state eseguite prove soniche di tipo diretto (o in trasparenza), dove ogni prova consisteva nella battitura con martello strumentato, dotato di sensore piezoelettrico per registrare l impulso, su uno dei due lati della griglia sonica. Lo stesso impulso veniva ricevuto sull altro lato con un trasduttore di accelerazione sostenuto manualmente. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 37

38 D A C B Figura 5-3 Localizzazione delle prove soniche dirette La griglia sonica, tracciata sui due lati della muratura indagata, è consistita per tutte le prove in una griglia quadrata 5x5 (5 righe e 5 colonne) con spaziatura orizzontale e verticale pari a 20x20 cm, per un totale di 25 punti. La catena di acquisizione risultava composta da (i dati tecnici della strumentazione utilizzata sono riportati al termine della relazione): unità centrale di acquisizione (piattaforma portatile a 16 canali dotata di processore, hard disk, monitor e tastiera National Instruments mod. PXI schede di acquisizione digitale National Instruments mod. PXI NI 4472); martello strumentato (PCB Piezotronics mod. 086D20); un sensore di accelerazione (PCB Piezotronics mod. 393 B12), collegato alla unità centrale di acquisizione mediante cavi coassiali PCB 012R10 a bassa impedenza (lunghezza 3.0 m) e cavi coassiali RG58 a bassa impedenza (lunghezza variabile da 10.0 a 25.0 m). La gestione dell'acquisizione e dell'archiviazione è effettuata tramite software sviluppato in ambiente Labwiev. Lo schema logico di acquisizione è riportato in Figura 5-4. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 38

39 220V MURATURA INDAGATA UNITA' DI ACQUISIZIONE NATIONAL INSTRUMENTS MOD. PXI-1025 MARTELLO STRUMENTATO PCB PIEZOTRONICS MOD. 086D20 SENSORE DI ACCELERAZIONE PCB PIEZOTRONICS MOD. 393B12 Figura 5-4 Schema logico dell acquisizione, test sonici L impulso generato dal martello in seguito all urto sul supporto murario è registrato dal sistema di acquisizione, così come la vibrazione ricevuta dal sensore di accelerazione. L intervallo temporale tra l impulso generato dal martello e l inizio del fenomeno vibratorio nell accelerometro corrisponde al tempo impiegato dall onda meccanica per attraversare la muratura indagata. Se lo spessore della muratura è noto, dalla legge fisica s = v t (spazio = velocità tempo) si ricava la velocità nel mezzo come rapporto tra lo spessore murario ed il tempo di volo dell onda sonica. Per ogni punto di prova sono stati registrati tre segnali; la velocità calcolata è, infatti, la media dei tre valori di velocità emersi dai test, con possibilità di rimuovere eventuali dati incoerenti, al fine di ottenere informazioni maggiormente rappresentative. In Figura 5-5 è riportata l interfaccia del unità di acquisizione: nel grafico è rappresentato in verde l impulso prodotto dal martello strumentato, ed in giallo la corrispondente vibrazione generata dall impulso - misurata dal sensore di accelerazione, traslata a destra rispetto alla prima di una quantità pari al tempo di attraversamento. Figura 5-5 Interfaccia dell unità di acquisizione. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 39

40 5.2.1 Prova sonica A Il test è stato eseguito in modalità diretta su una porzione di dimensioni cm 80X80 della muratura del palazzo, individuata in Figura 5-6, nella parete ovest del chiostro principale dell edificio, al piano terra. La griglia di acquisizione è stata tracciata a 95 cm dal pavimento sul lato A utilizzando una griglia quadrata 5x5 (5 righe e 5 colonne) e spaziatura orizzontale e verticale pari a 20x20 cm, come riportato in Figura 5-7. Il muro sul quale è stata compiuta la prova presenta uno spessore pari a 100 cm. La battitura dei punti è stata eseguita sul lato A, e la ricezione sul lato B. A B A N Figura 5-6 Localizzazione prova A A) B) Figura 5-7 Rappresentazione della griglia sul lato A (esterno) e B, prova A Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 40

41 Acquisite tre registrazioni per ognuna delle 25 coppie di punti si sono calcolati i tempi medi di propagazione delle onde soniche e, dividendo per lo spessore del muro, si sono ottenute le velocità medie di propagazione. Tutti i dati sono riportati in Tabella 5-1. Tabella 5-1 Dati acquisiti e velocità calcolate, prova A. Path dist. retta [m] t 1 [s] t 2 [s] t 3 [s] t m [s] v m [m/s] E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Si riportano di seguito: - l istogramma delle velocità medie ottenute; - la rappresentazione delle velocità mediante mappatura di colore. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 41

42 Velocità soniche [m/s] Nel caso in cui nella lettura dei dati il segnale di uno di questi fosse eccessivamente disturbato, o qualora in una delle tre ripetizioni della prova - relativamente allo stesso percorso - il dato analizzato presentasse velocità discordante con quanto emerso dalle due altre acquisizioni, tale dato veniva rimosso ai fini del calcolo dei valori di velocità media. Nella prova A la velocità media delle letture eseguite (25 percorsi sonici) è risultata pari a 750 m/s. Dall analisi dei dati si nota una certa variabilità all interno dell area indagata. Le velocità presentano valori maggiori nella parte centrale del pannello indagato mentre nelle due fasce laterali i valori si abbassano lievemente. Il massimo valore di velocità registrato è pari a 1190 m/s mentre quello minimo è di 450 m/s Punti griglia Figura 5-8 Prova sonica A, istogramma delle velocità medie. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 42

43 Figura 5-9 Prova sonica A, restituzione grafica delle velocità soniche (dati in m/s) nella prova (vista frontale del muro, lato A). Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 43

44 5.2.2 Prova sonica B Il test è stato eseguito in modalità diretta su una porzione di dimensioni cm 80X80 di una muratura di spina del palazzo, nella parte sud, individuata in Figura 5-10 al piano terra. La griglia di acquisizione è stata tracciata a 130 cm dal pavimento sul lato A utilizzando una griglia quadrata 5x5 (5 righe e 5 colonne) e spaziatura orizzontale e verticale pari a 20x20 cm, come riportato in Figura Il muro sul quale è stata compiuta la prova presenta uno spessore pari a 92.5 cm. La battitura dei punti è stata eseguita sul lato A, e la ricezione sul lato B. B A B N Figura 5-10 Localizzazione della prova B A) B) Figura 5-11 Rappresentazione della griglia sul lato A e B, prova B Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 44

45 Acquisite tre registrazioni per ognuna delle 25 coppie di punti si sono calcolati i tempi medi di propagazione delle onde soniche e, dividendo per lo spessore del muro, si sono ottenute le velocità medie di propagazione. Tutti i dati sono riportati in Tabella 5-2. Tabella 5-2 Dati acquisiti e velocità calcolate, prova B. Path dist. retta [m] t 1 [s] t 2 [s] t 3 [s] t m [s] v m [m/s] E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Si riportano di seguito: - l istogramma delle velocità medie ottenute; - la rappresentazione delle velocità mediante mappatura di colore. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 45

46 Velocità soniche [m/s] Nel caso in cui nella lettura dei dati il segnale di uno di questi fosse eccessivamente disturbato, o qualora in una delle tre ripetizioni della prova - relativamente allo stesso percorso - il dato analizzato presentasse velocità discordante con quanto emerso dalle due altre acquisizioni, tale dato veniva rimosso ai fini del calcolo dei valori di velocità media. Nella prova B la velocità media delle letture eseguite (25 percorsi sonici) è risultata pari a 890 m/s. Dall analisi dei dati si nota una certa omogeneità dei dati. Le velocità presentano valori che non si discostano molto da quello medio, il massimo valore di velocità registrato è pari a 1260 m/s mentre quello minimo è pari a 660 m/s Punti griglia Figura 5-12 Prova sonica B, istogramma delle velocità medie. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 46

47 Figura 5-13 Prova sonica B, restituzione grafica delle velocità soniche (dati in m/s) nella prova (vista frontale del muro, lato A). Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 47

48 5.2.3 Prova sonica C Il test è stato eseguito in modalità diretta su una porzione di dimensioni cm 80X80 della muratura del palazzo, individuata in Figura 5-14, al piano terra. La griglia di acquisizione è stata tracciata a 120 cm dal pavimento sul lato A utilizzando una griglia quadrata 5x5 (5 righe e 5 colonne) e spaziatura orizzontale e verticale pari a 20x20 cm, come riportato in Figura Il muro sul quale è stata compiuta la prova presenta uno spessore pari a 71 cm. La battitura dei punti è stata eseguita sul lato A, e la ricezione sul lato B. C A B N Figura 5-14 Localizzazione della prova C A) B) Figura 5-15 Rappresentazione della griglia sul lato A e B, prova C. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 48

49 Acquisite tre registrazioni per ognuna delle 25 coppie di punti si sono calcolati i tempi medi di propagazione delle onde soniche e, dividendo per lo spessore del muro, si sono ottenute le velocità medie di propagazione. Tutti i dati sono riportati in Tabella 5-3. Path dist. retta [m] Tabella 5-3 Dati acquisiti e velocità calcolate, prova C. t 1 [s] t 2 [s] t 3 [s] t m [s] v m [m/s] E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Si riportano di seguito: - l istogramma delle velocità medie ottenute; - la rappresentazione delle velocità mediante mappatura di colore. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 49

50 Velocità soniche [m/s] Nel caso in cui nella lettura dei dati il segnale di uno di questi fosse eccessivamente disturbato, o qualora in una delle tre ripetizioni della prova - relativamente allo stesso percorso - il dato analizzato presentasse velocità discordante con quanto emerso dalle due altre acquisizioni, tale dato veniva rimosso ai fini del calcolo dei valori di velocità media. Nella prova C la velocità media delle letture eseguite (25 percorsi sonici) è risultata pari a 850 m/s. Dall analisi dei dati si nota una certa variabilità dei risultati ottenuti con dei valori che vanno decrescendo nella parte sinistra del pannello guardandolo dal lato A. Il massimo valore di velocità sonica ottenuto risulta essere pari a 1440 m/s mentre il valore più basso è pari a 360 m/s Punti griglia Figura 5-16 Prova sonica C, istogramma delle velocità medie. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 50

51 Figura 5-17 Prova sonica C, restituzione grafica delle velocità soniche (dati in m/s) nella prova (vista frontale del muro, lato A). Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 51

52 5.2.4 Prova sonica D Il test è stato eseguito in modalità diretta su una porzione di dimensioni cm 80X80 della muratura del palazzo, sulla parete est del chiostro ovest dell edificio, individuata in Figura 5-18, al piano terra. La griglia di acquisizione è stata tracciata a 85 cm dal pavimento sul lato A utilizzando una griglia quadrata 5x5 (5 righe e 5 colonne) e spaziatura orizzontale e verticale pari a 20x20 cm, come riportato in Figura Il muro sul quale è stata compiuta la prova presenta uno spessore pari a 66 cm. La battitura dei punti è stata eseguita sul lato A, e la ricezione sul lato B. D B A N Figura 5-18 Localizzazione della prova D A) B) Figura 5-19 Rappresentazione della griglia sul lato A e B, prova D Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 52

53 Acquisite tre registrazioni per ognuna delle 25 coppie di punti si sono calcolati i tempi medi di propagazione delle onde soniche e, dividendo per lo spessore del muro, si sono ottenute le velocità medie di propagazione. Tutti i dati sono riportati in Tabella 5-4. Tabella 5-4 Dati acquisiti e velocità calcolate, prova D. Path dist. retta [m] t 1 [s] t 2 [s] t 3 [s] t m [s] v m [m/s] E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Si riportano di seguito: - l istogramma delle velocità medie ottenute; - la rappresentazione delle velocità mediante mappatura di colore. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 53

54 Velocità soniche [m/s] Nel caso in cui nella lettura dei dati il segnale di uno di questi fosse eccessivamente disturbato, o qualora in una delle tre ripetizioni della prova - relativamente allo stesso percorso - il dato analizzato presentasse velocità discordante con quanto emerso dalle due altre acquisizioni, tale dato veniva rimosso ai fini del calcolo dei valori di velocità media. Nella prova D la velocità media delle letture eseguite (25 percorsi sonici) è risultata pari a 700 m/s. Dall analisi dei dati si nota una certa variabilità all interno dell area indagata; nella diagonale che va dall angolo in alto a sinistra a quello in basso a destra, guardando il pannello dal lato A, si registrano velocità più basse mentre nei due spigoli in alto a destra e in basso a sinistra si riscontrano velocità più elevate. Il massimo valore registrato è pari a 1150 m/s mentre quello minimo è pari a 440 m/s Punti griglia Figura 5-20 Prova sonica D, istogramma delle velocità medie. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 54

55 Figura 5-21 Prova sonica D, restituzione grafica delle velocità soniche (dati in m/s) nella prova (vista frontale del muro, lato A). Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 55

56 5.3 RISULTATI COMPLESSIVI DELLE PROVE SONICHE Le prove soniche eseguite denotano una tipologia muraria abbastanza omogenea per quanto riguarda la morfologia della sezione e la presenza di vuoti e cavità. Dando una interpretazione qualitativa dei dati emersi si può osservare che i paramenti sono caratterizzati da velocità in linea o superiori rispetto a quelle analizzate in aree limitrofe con simile tipologia muraria, presentando velocità comprese fra circa 700 e 900 m/s. Sono tuttavia presenti delle aree in cui le velocità soniche si abbassano scendendo sotto i 700 m/s fino ad arrivare a valori molto bassi pari a 400 m/s, denotando la probabile presenza di cavità e disconnessioni all interno della compagine muraria, o la decoesione dell intonaco superficiale. Figura 5-22 Risultati delle prove soniche dirette. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 56

57 6 COMMENTI CONCLUSIVI Come già espresso nelle premesse, la campagna di indagini svoltasi presso il Palazzo del Governo a L Aquila e descritta nella presente relazione è da considerarsi preliminare ad una eventuale analisi più approfondita atta al conseguimento di un adeguato livello di conoscenza ai sensi delle Norme Tecniche per le Costruzioni. La campagna è stata comunque in grado di proporre alcune indicazioni sulla qualità muraria che, stando alle prove di martinetto piatto svolte, ha manifestato un discreto comportamento in termini di rigidezza, fornendo una risposta, in termini di modulo elastico, superiore a quella proposta in normativa per murature tipologicamente assimilabili a quelle osservate. Figura 6-1 Media dei risultati ottenuti con le prove di martinetto piatto doppio. Indagini Diagnostiche Palazzo del Governo, L Aquila pag. 57