Il controllo dei materiali per la tutela dei beni culturali

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1 Convegno: I BENI CULTURALI DELLA LOCRIDE: MONITORAGGIO, CONTROLLO E SALVAGUARDIA Il controllo dei materiali per la tutela dei beni culturali I N G. C O N C E T TA S P I N E L L I S I S M L A B S. R. L. S P I N - O F F U N I V E R S I TÀ D E L L A C A L A B R I A O R E 1 8 : 1 5 Domenica 6 Marzo 2016 Grand Hotel President Siderno (RC)

2 Il legno è un materiale ampiamente diffuso negli edifici sottoposti a tutela

3 Impieghi del legno Il legno può essere utilizzato strutturalmente in una vasta serie di impieghi: pilastri, travi, tetti, solai, armature di sostegno, casseforme, centine, strutture piuttosto semplici ed articolate Particolare copertura in legno

4 Impieghi del legno Capriata in legno Solaio in legno Pavimentazione in legno

5 Difetti e alterazioni Propri del legno: - fessurazioni da ritiro - fessurazioni da cipollature Cause esterne: - attacchi biologici - fìbratura deviata - nodi

6 Difetti e alterazioni: la fessurazione da ritiro Le fessurazioni da ritiro sono l espressione della caratteristica anisotropica dei ritiri del legno quando nel pezzo è presente il midollo. Si tratta di un fenomeno insito alla struttura del materiale, ossia del tutto naturale, non dipendente quindi né da un erronea lavorazione, né da una stagionatura insufficiente o condotta in modo non corretto.

7 Difetti e alterazioni: la fessurazione da cipollatura La cipollatura è un tipo di fessurazione tangenziale che si manifesta tra due anelli di accrescimento successivi oppure all interno di uno stesso anello.

8 Difetti e alterazioni: la fessurazione da cipollatura Questo difetto è imputabile all ambiente climatico in cui il fusto è collocato. Tale difetto, riscontrabile su diverse specie ma soprattutto su Abete bianco, Castagno e Quercia, può apparire prima della messa in opera, ma può anche manifestarsi successivamente, e costituire quindi un serio pericolo in quanto comporta una diminuzione della resistenza dell elemento strutturale. Il pericolo è reso ancora più insidioso dal fatto che questo difetto rimane per lo più occultato all interno e risulta quindi invisibile ad un esame superficiale.

9 Difetti e alterazioni: fibratura deviata Un difetto molto frequente nei fusti provenienti da foreste di alta quota o soggette a forti venti è quello della fibratura elicoidale: le fibre dell albero invece di seguire con il loro allineamento una direzione rettilinea parallela all asse midollare (verticale) si susseguono secondo un elica il cui passo può essere talvolta molto ridotto.

10 Difetti e alterazioni: nodi Con questa denominazione generica si indicano le inserzioni dei rami nei fusti arborei. La presenza di nodi porta ad uno scadimento di valori sotto tre diversi aspetti: *Aspetto estetico *Maggiore difficoltà delle lavorazioni *Diminuzione della resistenza meccanica.

11 L attacco biologico Esistono molte specie di insetti (tarli) che attaccano il legno. Questi vengono distinti in due grandi gruppi: insetti parassiti (attaccano esclusivamente gli alberi in piedi) e insetti saprofiti (attaccano tronchi di legname fresco e legname in opera). Trave in legno danneggiata dai tarli

12 L attacco biologico I funghi sono organismi che attaccano il legname fresco, nutrendosi delle sostanze ancora presenti in esso tanto da abbassare l umidità della massa legnosa. Situazioni che favoriscono il degrado delle strutture possono essere individuate sulle parti in legno a contatto con il terreno o comunque su elementi con forte assorbimento di umidità. Il legno attaccato da un fungo

13 L attacco biologico I danni provocati dagli insetti consistono in una sottrazione di materiale e quindi in una effettiva diminuzione delle sezioni resistenti. E quindi necessario determinare l estensione dell attacco è l entità delle sezioni residue. L attacco da funghi provoca una riduzione della resistenza del legno. Alla rottura si nota un piano di frattura netto totalmente diverso da quello fibroso e irregolare che si osserva nel legno sano.

14 Metodologia d Indagine Diagnostica Raccolta della documentazione esistente Indagini preliminari Ispezione visiva e rilievo Definizione ed esecuzione del piano di indagine Interpretazione dei dati strumentali Verifica strutturale ed emissione diagnosi

15 Metodologia d Indagine Diagnostica Raccolta della documentazione esistente: periodo di costruzione pratica costruttiva dell epoca prime manifestazioni di degrado e dissesto eventuali interventi di recupero o di manutenzione già effettuati Indagini preliminari: valutare eventuali situazioni di pericolo e di incipiente collasso effettuare prime valutazioni circa lo stato del complesso strutturale verificare la piena accessibilità alle varie parti strutturali per il rilievo ed eventuali indagini diagnostiche

16 Metodologia d Indagine Diagnostica Ispezione visiva e rilievo: Tipologia e qualità delle connessioni Caratteristiche dei materiali (specie legnosa, lavorazione, altre notizie) Anomalie e carenze strutturali pregresse Dissesti strutturali di natura meccanica Degrado chimico-fisico del materiale (difetti naturali, attacchi biotici) Identificazione degli elementi da sottoporre a indagine strumentale Osservazione della presenza di riparazioni, sostituzioni e integrazioni

17 Metodologia d Indagine Diagnostica Identificazione della specie. Per conferma si possono prelevare alcuni campioni da analizzare in laboratorio Rilievo geometrico di ogni singolo elemento e valutazione dei difetti pregressi, analizzando la superficie esterna Le fessure devono essere annotate in lunghezza e profondità; viene inoltre segnalato lo svergolamento di elementi Vengono annotati gli elementi soggetti ad attacchi biotici ed in particolare quelli posti nelle vicinanze delle aperture e soggetti quindi a un maggior tasso d umidità Vengono poi battuti gli elementi, in diverse sezioni al fine d individuare le zone potenzialmente interessate da attacchi biotici non visibili e su cui quindi sarà necessario effettuare indagini complementari di diagnostica.

18 Metodologia d Indagine Diagnostica Definizione ed esecuzione del piano di indagine: A valle del rilievo e dell ispezione visiva è possibile individuare le patologie principali e quindi: - valutare l opportunità di effettuare indagini di tipo NDT - scegliere le zone e gli elementi su cui concentrare l investigazione (in funzione di degrado, dissesto classe di esposizone) Interpretazione dei dati strumentali Verifica strutturale ed emissione diagnosi

19 Controlli N.D.T. L indagine con metodi non-distruttivi diventa un operazione fondamentale per il controllo delle strutture lignee essendo il semplice esame visivo della struttura non sufficiente a stabilire se vi sono o non vi sono danni dovuti a degrado biologico ma, soprattutto, non è in grado di fornire informazioni sull entità del danno, dato questo di fondamentale importanza ai fini della valutazione dello stato di conservazione e della sicurezza statica della struttura.

20 Controlli N.D.T.: Sistema ad ultrasuoni La velocità di propagazione del suono può essere misurata con strumenti ad ultrasuoni (ad es. il Sylvatest). Il Sylvatest duo è un apparecchio di misurazione della qualità del legno attraverso un sistema ad ultrasuoni di altissima precisione. L'elemento di legno è attraversato da un'onda ad ultrasuoni a bassa frequenza (nello spettro tra 35 e 50 khz). L'onda generata da una sonda trasmittente, attraversa il materiale e raggiunge il ricevitore, che ne registra il passaggio e il tempo di percorrenza. Il criterio di classificazione è in questo caso la velocità di propagazione dell'onda ad ultrasuoni.

21 Controlli N.D.T.: Sistema ad ultrasuoni Strumentazione ad ultrasuoni

22 Controlli N.D.T.: Sistema ad ultrasuoni Metodi di trasmissione diretta longitudinale Attraverso misure dirette (longitudinali) è possibile avere una stima della resistenza meccanica del legno. E evidente che nelle strutture reali la misura diretta delle velocità longitudinali non è in genere eseguibile per l impossibilità di posizionare i trasduttori con asse parallelo alla direzione delle fibre. In questi casi è giocoforza utilizzare il metodo superficiale o indiretto posizionando i trasduttori sulle superfici laterali della trave. Una volta misurato il valore della velocità di propagazione per via indiretta è possibile,attraverso la curva di correlazione, ricavare i corrispondente valore della velocità di propagazione longitudinale. Questo valore è infine utilizzabile come dato di imput per le successive valutazioni delle caratteristiche elastiche e meccaniche.

23 Controlli per gli elementi in legno in opera Controlli N.D.T.: Sistema ad ultrasuoni Ricevente Trasmittente Provino in Legno Misurazione diretta longitudinale

24 Controlli per gli elementi in legno in opera Controlli N.D.T.: Sistema ad ultrasuoni Metodi di trasmissione diretta trasversale Trasmittente Provino in Legno Ricevente Misurazione diretta trasversale su travi in opera

25 Controlli N.D.T.: Sistema ad ultrasuoni Metodi di trasmissione indiretta Le misure indirette permettono individuazione di difetti ed anomalie. Essendo la velocità di propagazione degli ultrasuoni direttamente proporzionale alla densità del mezzo, mettendo in relazione la distanza della sonda con il tempo di propagazione delle onde, si è in grado di tracciare una retta le cui discontinuità sono indice di una variazione di densità che possono anche essere interpretate con la presenza di difetti.

26 Controlli per gli elementi in legno in opera Controlli N.D.T.: Sistema ad ultrasuoni Metodi di trasmissione indiretta Provino in Legno Trasmittente Ricevente Misurazione indiretta su travi in opera

27 Controlli N.D.T.: Metodo penetrometrico Lo strumento permette di individuare le variazioni di densità tra legno sano e legno decomposto ed effettuare una diagnosi sul posto di aree di decadimento interno del materiale ligneo in esame. La resistenza opposta alla perforazione del legno dipende principalmente dalla densità dello stesso e rappresenta uno dei valori caratteristici più importanti del materiale, permettendo di trarre conclusioni sulla qualità del legno in una particolare sezione.

28 Controlli N.D.T.: Metodo penetrometrico Si basa sul principio della resistenza alla trapanatura la quale viene valutata in maniera indiretta attraverso la misurazione dell energia assorbita per consentire l avanzamento a velocità costante di una sottile punta di acciaio. La punta del Resi ha un diametro di 3 mm, è dotata di un movimento combinato di rotazione e di avanzamento a velocità costante. Il foro lasciato dallo strumento ha un diametro relativamente piccolo rispetto alle normali sezioni degli elementi strutturali, il danno prodotto può essere considerato trascurabile.

29 Controlli N.D.T.: Metodo penetrometrico Con la tecnica utilizzata dal Resi è possibile: - Localizzare e quantificare i danni di natura biotica (insetti e/o funghi della carie), specialmente nelle zone non visibili o non accessibili come ad esempio l estremità delle travi o delle capriate inserite nelle murature - Valutare le dimensioni delle sezioni laddove non vi siano altre possibilità di accertamento. - Ricavare Profili profondità/resistenza; - Indagare zone non visibili o non accessibili; - Individuazione delle sezioni resistenti residue.

30 Controlli N.D.T.: Metodo penetrometrico Indagine su zone non accessibili: attacco muro-catena

31 Controlli N.D.T.: Metodo penetrometrico L apparecchiatura restituisce dei grafici, denominati profili, diagrammi nei quali sull asse delle ordinate è riportata la resistenza (espressa mediante una unità di misura arbitraria) e sull asse delle ascisse la profondità di penetrazione (espressa in centimetri). Profilo Profondità/Resistenza

32 Controlli N.D.T.: Metodo igrometrico È uno strumento che rileva la presenza di umidità sotto la superficie in esame attraverso due punte in metallo infisse nel legno. La misura di questa grandezza è di enorme importanza, se si pensa che la sua presenza, fa diminuire di sei volte la resistenza.

33 Controlli N.D.T.: Metodo igrometrico

34 Controlli N.D.T.: Metodo audiometrico È uno strumento che rileva la presenza di insetti sotto la superficie in esame.

35 CASO DI STUDIO

36 Campagna di indagine È stata svolta una campagna d indagine su un edificio bene culturale soggetto a tutela da parte della sovrintendenza. Sono state eseguite una serie di indagini per brevità riportiamo i risultati relativi al solaio del 1 livello

37 Campagna di indagine: Rilievo geometrico

38 Campagna di indagine: Rilievo geometrico

39 Campagna di indagine: Piano di Indagine

40 Campagna di indagine: Piano di Indagine

41 Campagna di indagine: Piano di Indagine

42 Campagna di indagine: Piano di Indagine

43 Campagna di indagine: Piano di Indagine

44 Campagna di indagine: Risultati indagine audiometrica Presenza di insetti su alcune porzioni di travi ciò è stato avvalorato dall indagine visiva, in quanto in tali zone vi era l evidente presenza di fori sulla superfice della trave oggetto di ispezione

45 Campagna di indagine: Risultati indagine igrometrica Diversa percentuale di umidità delle travi deteriorate rispetto a quelle integre, soprattutto nelle travi in cui è evidente il distacco di materiale

46 Campagna di indagine: Risultati indagine penetrometrica e sonica Buona resistenza alla trapanatura Valori sono costanti nell intorno del valore medio Buoni valori della velocità ultrasonora

47 Campagna di indagine: Risultati indagine penetrometrica e sonica Scarsa resistenza alla trapanatura Valori non costanti nell intorno del valore medio Bassi valori della velocità ultrasonora

48 Campagna di indagine: Risultati 11 travi del 1 livello: 7 buono stato di conservazione

49 Campagna di indagine: Risultati 11 travi del 1 livello: 4 da sostituire

50 Metodi sperimentali NDT per il controllo e la diagnostica dei beni culturali Materiale didattico disponibile sul sito: