Indagini con martinetti piatti singoli e doppi

La determinazione dello stato di sforzo in situ si basa su una procedura di “liberazione degli sforzi” che nelle murature si è sviluppata nella metodologia di prova denominata “indagine con martinetti piatti”, nata nel campo della meccanica delle rocce e diffusasi in seguito in ambito edilizio.

Tra le prove in situ quella con i martinetti piatti è la più interessante perché consente di fornire informazioni attendibili sulle principali caratteristiche meccaniche di una struttura in termini di deformabilità, stato di sforzo e resistenza.

La prova fu inizialmente messa a punto per murature in mattoni, ma è comunemente utilizzata anche su murature di pietra composte da elementi di forma regolare e irregolare. Può essere inoltre impiegata per verificare le murature consolidate mediante iniezioni di miscele rinforzanti. 

Più precisamente le norme internazionali a cui fare riferimento per lo svolgimento della prova con martinetto singolo e l’elaborazione dei dati sono:

• ASTM C1196-92 e RILEM MDT.D.4

Mentre per la prova con due martinetti piatti si fa riferimento alle:

•ASTM C1197-92. e RILEM MDT.D.5

Prova con martinetto singolo

Questa prova è condotta introducendo un sottile martinetto piatto al posto di una porzione di un giunto di malta prima asportata, con l’obiettivo di determinare lo stato di sollecitazione locale presente in una muratura.

La misura dello sforzo in situ è basata sulla variazione dello stato tensionale in un punto della struttura, per effetto di un taglio piano eseguito in corrispondenza di uno strato di malta, in direzione perpendicolare alla superficie. L’esecuzione del taglio può essere condotta mediante tagli paralleli eseguiti con un sega circolare a disco eccentrico (Fig. 1). 

La liberazione delle tensioni provoca una chiusura del taglio che viene rilevata misurando la convergenza tra coppie di punti posti in posizione simmetrica rispetto allo stesso (Fig. 2). 

Verificato in questo modo il rilassamento della muratura in coincidenza del taglio, la prova viene eseguita inserendo un martinetto piatto nel taglio e messo in fino ad annullare la convergenza misurata in precedenza.

Figura 1. Taglio nel giunto di malta. Figura 2. Lettura della distanza tra le coppie di punti di misura.

Le misure di convergenza vengono effettuate mediante deformometro digitae rimovibile tra basi di misura metalliche incollate al paramento murario prima di praticare il taglio.

In queste condizioni la pressione all’interno del martinetto è pari alla sollecitazione preesistente nella muratura, a meno di 2 fattori correttivi legati alla rigidezza del martinetto piatto e al rapporto tra area del martinetto stesso e area del taglio in cui è inserito.

Procedura della prova con martinetto singolo

L’esecuzione della prova deve avvenire in corrispondenza di una muratura situata in una zona indisturbata e protetta, dove è stato preliminarmente tolto l’intonaco.

In seguito si tracciano delle linee di riferimento sulla parete per evidenziare la corretta posizione del taglio e delle coppie di basi di misura. Si incollano le basi (Fig. 3) in modo che ciascuna fila di punti sia equidistante sia sopra che sotto il martinetto e si eseguono le letture dello “zero” prima del taglio (Fig. 4).

Figura 3. Incollaggio delle coppie di basi di misura Figura 4. Lettura delle distanze tra le basi di misura prima del taglio.

Quindi si prepara il taglio, annotando la lunghezza e misurando poi la deviazione fra i punti misura, rispetto alla distanza iniziale.

Si inserisce poi il martinetto nel taglio, collegandolo al pompa idraulica e lo si mette in pressione (Fig. 5)

A questo punto inizia il ciclo di carico del martinetto. Si incrementa la pressione gradualmente, mantenendo il carico stabile prima di ogni lettura fra le coppie di punti e si registrano le distanze (Fig. 6). Si continua a erogare pressione fino a ristabilire le distanze iniziali prima dell’esecuzione del taglio.

Figura 5. Collegamento della pompa idraulica al martinetto. Figura 6. Lettura delle distanze tra le basi di misura

Si calcola il valore della pressione, per la quale le deformazioni di ogni base di misura sono state riportate alle condizioni precedenti al taglio e si convertono le pressioni in valori di sforzo ricorrendo alle formule riportate nelle rispettive norme.

Lo stato di sforzo locale medio si definisce come media dei singoli valori di sforzo calcolati per ciascuna coppia di basi di misura.

Prova con doppio martinetto

La prova prevede l’esecuzione di due tagli nella muratura paralleli tra loro ad una distanza di circa 40 – 50 cm dall’altro 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 a livelli di sollecitazione sempre crescenti per determinare il modulo di elasticità della muratura fino a raggiungere il valore di prima fessurazione di muratura ed eventualmente quello di rottura (se il carico di contrasto lo permette).

Figura 7. Esecuzione del secondo taglio. Figura 8. Inserimento dei due martinetti

I dati raccolti consentiranno di elaborare dei grafici sforzo-deformazione, con l’obiettivo di determinare le caratteristiche meccaniche della muratura provata.

Figure 9. Disposizione tipica dei martinetti durante la prova in configurazione doppia, muratura di mattoni e in muratura di pietra.

Procedura della prova con martinetto in configurazione doppia

Si collocano sulla parete i trasduttori di spostamento, in modo che si possano misurare le deformazioni della muratura in più. I tagli devono essere paralleli, allineati in verticale e distanti circa 40cm/50cm. 

Dopo aver preso le misure di partenza, la pressione va incrementata gradualmente e le deformazioni sono misurate in continuo tramite il sistema di monitoraggio delle deformazioni. Ad ogni incremento di pressione il sistema registra in automatico le deformazioni in corrispondenza di ciascun trasduttore di spostamento si devono registrare sia la pressione dei martinetti che le deformazioni. 

Le deformazioni si possono calcolare dividendo gli spostamenti acquisiti ad ogni incremento di carico per la lunghezza della base di misura. Il valore del modulo elastico secante viene determinato per un certo intervallo di carico scelto nel tratto lineare della curva sforzo-deformazione. Il suo valore corrisponde al rapporto tra sforzo e deformazione rispetto al passo di carico scelto.

Fig. 10. Esempio diagramma sforzo deformazione muratura in mattoni Fig. 11 Esempio diagramma sforzo muratura in pietra

Difficoltà di misurazione e interpretazione dell’indagine con martinetti

Basso contrasto

Per quanto riguarda la prova con due martinetti piatti, il maggior impedimento si può presentare nel caso si studi il comportamento tenso-deformativo di edifici bassi (di 1 o 2 piani), per i quali non è garantito un sufficiente carico verticale al di sopra del punto di prova. In questi casi il livello di sforzo agente nelle murature è così basso che, durante lo svolgimento della prova, si formano delle fessure che partono dagli estremi dei tagli in cui sono inseriti i due martinetti piatti. A causa della carenza di contrasto sopra all’area di prova la distanza tra le basi di misura tende a crescere a causa dell’instaurarsi di sforzi di trazione e la pendenza della curva sforzo-deformazione è opposta a quella che si attende (Fig. 12). In tal caso la prova deve essere interrotta e la continuità della muratura deve essere ripristinata velocemente ristilando con malta il giunto tagliato.

Figure 12. Fessurazioni rappresentativa l’inizio del sollevamento della muratura sovrastante il taglio (sinistra) e la rottura del pannello murario tra i martinetti piatti (destra).

Muratura in pietra con tessitura irregolare

Nelle murature in pietra irregolari il taglio non può essere effettuato nei giunti di malta, discontinui e poco resistenti; deve essere invece realizzato attraverso le pietre per limitare la disomogenea distribuzione di sforzi nel pannello murario.

Inoltre, la scelta del punto di prova è molto importante perché l’irregolarità della muratura può influenzare molto i risultati. Un struttura con apparecchio murario irregolare si presenta non solo con paramenti a vista “disordinati”, ma con una sezione disomogenea caratterizzata dalla presenza di vuoti, distacchi dei paramenti e materiali decoesi. In presenza di queste irregolarità si verifica una distribuzione non uniforme dello stato di sforzo durante la prova con i martinetti doppi e l’esito della prova non si può considerare attendibile per la valutazione delle proprietà meccaniche della muratura.