INDAGINI DIAGNOSTICHE SULLA CUPOLA MINORE
INDICE
Prove non distruttive sul calcestruzzo Verifiche sperimentali su strutture diverse Carotaggi Analisi termograficaPremessa
La scrivente Tecno Futur Service S.r.l. di Modena, ha eseguito una serie di indagini diagnostiche sulla Cupola della Basilica di Santa Maria Ausiliatrice in Torino con lo scopo di verificare lo stato di degrado della stessa in occasione di una manutenzione straordinaria effettuata sulle coperture della stessa. Le prove sperimentali programmate ad hoc ,avrebbero dovuto essere eseguite tutte all’esterno della cupola ma , dopo i primi accertamenti tecnico costruttivi ,che hanno permesso di verificare che la struttura era rivestita da una o più teste di mattoni ,per dare maggiore spessore alla stessa, senza aggravare di molto il peso proprio , abbiamo dovuto effettuare alcune delle indagini programmate anche all’interno della cupola ,sulle travature di nervatura verticali e orizzontali presenti. Le indagini sono state espletate in cantiere nella prima metà di Luglio 2004 e programmate con la D.L. come segue:1. Verifica delle strutture portanti in calcestruzzo sia della cupola esterna che di quella interna con l’esecuzione di n° 8 prove non distruttive (Scheda 1 ÷ Scheda 8);
2. Verifiche sperimentali su strutture diverse;
2.A Verifica della parete esterna della cupola in vetro – cemento con l’esecuzione di n° 4 prove ultrasoniche ed altrettante prove sclerometriche (Scheda 9 ÷ Scheda 12);
2.B Verifica della parete esterna della cupola e delle sue nervature con l’esecuzione di n° 7 analisi ultrasoniche ed altrettante prove sclerometriche (Scheda 13 ÷ Scheda 15);
3. Esecuzione di n° 2 carotaggi per verificare le caratteristiche morfologico – costruttive della cupola esterna (Scheda A ÷ Scheda B);
4. Verifica delle pareti affrescate all’interno della cupola con l’esecuzione di un analisi termografica all’infrarosso (Scheda 16 ÷ Scheda 23);
5. Analisi e prove di laboratorio su campioni prelevati in situ.
PROVE NON DISTRUTTIVE SUL CALCESTRUZZO
Con la D.L. abbiamo programmato otto campionature di controllo delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo distribuite sugli elementi portanti della cupola esterna e di quella interna. Le prove sono state così suddivise:- 2 prove sul cordolo circolare della cupola esterna (Prova “A” e “B”)
- 1 prova sulla parete della cupola esterna (Prova “C”)
- 1 prova sul travetto di collegamento tra il cordolo della cupola esterna e quello della cupola interna (Prova “D”);
- 2 prove sulla nervatura della cupola interna (Prova “E” e “G”);
- 2 prove sul cordolo circolare della cupola interna (Prova “F” e “H”).
Sugli elementi sopra elencati sono state eseguite le seguenti prove:
– Rilievo magnetometrico delle superfici analizzate per rilevare la geometria dei ferri di armatura.
– Prove non distruttive secondo il metodo SonReb (sclerometro – ultrasuoni) per la misura della Rck;
– Prove con Pull–Out (Rck);
– Misura della profondità di carbonatazione (degrado chimico superficiale);
– Saggi esplorativi per la messa a nudo di almeno un Ferro ed una Staffa per la loro analisi visiva e dimensionale.
Le prove “A” ÷ “H” sono ubicate nella tavola allegata.
Analisi visiva dell’elemento in esame
Valutazione del degrado superficiale, eventuali difetti di getto, porosità, rilevazione della presenza di lesioni e/o microfessurazioni, rilievo dimensionale.Analisi pachometrica
La tecnica della magnetometria ha la finalità di determinare la presenza di elementi metallici celati all’interno delle murature, senza apportare alcun danno all’integrità della struttura muraria da indagare. Per la conduzione della prova viene utilizzato il pacometro, apparecchiatura portatile alimentata da una batteria a basso voltaggio; una volta definita la zona da indagare, viene posizionato lo strumento a contatto con la struttura e rilevata sia la distribuzione geometrica delle armature, sia la loro profondità (copriferro), segnalata dall’indice dello strumento tarato in millimetri. Le prove sono state integrate per taratura con la realizzazione, ove richiesto dalla D.L., di saggio visivo localizzato di ridotte dimensioni.• Strumentazione utilizzata: Magnetometro CoverMaster CM9
Analisi sclerometrica (Uni 9189)
La finalità di questo tipo di indagine consiste nella valutazione della resistenza a compressione del materiale indagato. Previa pulizia e levigatura delle superfici, viene eseguita una serie di battute, leggendo direttamente il valore del rimbalzo dell’asta retrattile, di scala nota, sull’apposita scala graduata dello strumento; tramite questo valore, opportunamente depurato dalle dispersioni, si risale alla resistenza massima a rottura per compressione. E’ necessario eseguire almeno dodici battute utili, scartando quelle aventi dispersione superiore allo scarto quadratico medio. La resistenza meccanica del getto è un parametro direttamente proporzionale all’indice di rimbalzo, ed è calcolato secondo il metodo Sonreb, metodo combinato di misura della resistenza con l’indice sclerometrico e la velocità di propagazione delle onde elastiche.• Strumentazione utilizzata: Sclerometro di SCHMIDT
Analisi ultrasonica (Uni 9524)
Misura di attraversamento di onde ultrasoniche, generate tra sonde a 54 kHz, entro la struttura in cls; dall’elaborazione della velocità media Vm e dal grado di attenuazione del segnale è possibile ottenere indicazioni sul valore del modulo elastico del materiale in base alle equazioni della propagazione nel continuo elastico e, in combinazione con i valori dell’indice sclerometrico, definire il valore caratteristico di resistenza Rck.• Strumentazione utilizzata: Strumento ultrasuoni “Pundit”
Metodo pull-out
E’ una misura indiretta della resistenza caratteristica Rck del cls tramite estrazione di un Tassello Fischer MK 10 – speciale introdotto nel getto, bloccato nello stesso, ed estratto con uno speciale e tarato martinetto idraulico dotato di manometro, che consente di misurare la Forza di estrazione; da questa, tramite curve di calibrazione, si risale alla resistenza Rck del getto.• Strumentazione utilizzata: Sistema per pull-out “Fischer” con tasselli Fischer MK10.
Misura profondità di carbonatazione
E’ una prova colorimetrica del calcestruzzo la quale si basa sul viraggio di un composto chimico (fenolftaleina) che viene spruzzato sul getto appena messo a nudo; nel caso di materiale carbonatato, il CLS non subisce variazioni di colore (superficie acida); in caso contrario (superficie basica) esso assume una tonalità violacea.Saggi esplorativi
Con l’ausilio di un martello a percussione (Bosch) si mettono a nudo i ferri per poterne valutare il loro stato (presenza di ossidazione), la loro geometria (lisci o ad aderenza migliorata) ed il loro diametro.Certificazione dei risultati
Nelle schede diagnostiche 1 ÷ 8 allegate alla relazione si riportano i risultati delle prove non distruttive. In ogni scheda di certificazione è in particolare riportato:• Lo schizzo dell’elemento strutturale esaminato;
• Il valore della profondità di carbonatazione;
• I valori delle velocità ultrasoniche medie;
• Il valore dell’indice sclerometrico medio;
• Le caratteristiche delle armature e la loro quantità;
• Il modulo di elasticità del cls;
• Il valore di resistenza media determinabile con il metodo “pull-out”;
• Il valore di resistenza media determinabile con gli ultrasuoni e l’indice sclerometrico (SON-REB);
• Il valore di resistenza combinata “Sonreb / pull-out”;
Risultati
I risultati delle indagini sono riportati nella tabella allegata.PIAZZOLA |
Rck – Metodo Combinato (Kg/cmq) |
|---|---|
A |
350 |
B |
300 |
C |
300 |
D |
350 |
E |
300 |
F |
350 |
G |
300 |
H |
175 |
Situazione generale strutture: Tutte gli elementi analizzati, ad esclusione del cordolo circolare della cupola interna (prova “H”, zona pannello 8), hanno fornito una resistenza Rck variabile da 300 Kg/cmq. a 350 Kg/cmq. La prova “H” ha evidenziato un declassamento del calcestruzzo misurando un Rck pari a circa 175 Kg/cmq.
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VERIFICHE SPERIMENTALI SU STRUTTURE DIVERSE
All’esterno della cupola di copertura, previa messa a nudo da rivestimento in piombo ed in catrame, sono state eseguite le seguenti prove sul vetrocemento e sul rivestimento in cls :2.A: esecuzione di un’analisi magnetometrica, ultrasonica e sclerometrica su n° 4 piazzole di vetro – cemento (Schede diagnostiche P.1, P.5, P.9 e P.11);
2.B: esecuzione di un’analisi ultrasonica e sclerometrica su n° 2 zone di nervature (Schede diagnostiche P.6 e P.7) e n° 5 piazzole di parete tra le nervature (Schede diagnostiche P.2, P.3, P.4, P.8 e P.10).
Le prove eseguite sono descritte qui di seguito.
Analisi visiva dell’elemento in esame (sia per 2.A che per 2.B)
Valutazione del degrado superficiale, eventuali difetti di getto, porosità, rilevazione della presenza di lesioni e/o microfessurazioni, rilievo dimensionale.Analisi pachometrica (per 2.A)
La tecnica della magnetometria ha la finalità di determinare la presenza di elementi metallici celati all’interno delle murature, senza apportare alcun danno all’integrità della struttura muraria da indagare. Per la conduzione della prova viene utilizzato il pacometro, apparecchiatura portatile alimentata da una batteria a basso voltaggio; una volta definita la zona da indagare, viene posizionato lo strumento a contatto con la struttura e rilevata sia la distribuzione geometrica delle armature, sia la loro profondità (copriferro), segnalata dall’indice dello strumento tarato in millimetri. Le prove sono state integrate per taratura con la realizzazione, ove richiesto dalla D.L., di saggio visivo localizzato di ridotte dimensioni.• Strumentazione utilizzata: Magnetometro CoverMaster CM9
Analisi sclerometrica (Uni 9189) (sia per 2.A che per 2.B)
La finalità di questo tipo di indagine consiste nella valutazione della resistenza a compressione del materiale indagato. Previa pulizia e levigatura delle superfici, viene eseguita una serie di battute, leggendo direttamente il valore del rimbalzo dell’asta retrattile, di scala nota, sull’apposita scala graduata dello strumento; tramite questo valore, opportunamente depurato dalle dispersioni, si risale alla resistenza massima a rottura per compressione. E’ necessario eseguire almeno dodici battute utili, scartando quelle aventi dispersione superiore allo scarto quadratico medio. La resistenza meccanica del getto è un parametro direttamente proporzionale all’indice di rimbalzo, ed è calcolato secondo il metodo Sonreb, metodo combinato di misura della resistenza con l’indice sclerometrico e la velocità di propagazione delle onde elastiche.• Strumentazione utilizzata: Sclerometro di SCHMIDT
Analisi ultrasonica (Uni 9524) (sia per 2.A che per 2.B)
Misura di attraversamento di onde ultrasoniche, generate tra sonde a 54 kHz, entro la struttura in cls; dall’elaborazione della velocità media Vm e dal grado di attenuazione del segnale è possibile ottenere indicazioni sul valore del modulo elastico del materiale in base alle equazioni della propagazione nel continuo elastico e, in combinazione con i valori dell’indice sclerometrico, definire il valore caratteristico di resistenza Rck. Strumentazione utilizzata: Strumento ultrasuoni “Pundit” Le prove P.1 ÷ P.11 sono ubicate nella tavola allegata. Risultati I risultati delle indagini sono riportati nelle schede diagnostiche allegate (Sch. 9 ÷ Sch. 15).Metodo pull-out
E’ una misura indiretta della resistenza caratteristica Rck del cls tramite estrazione di un Tassello Fischer MK 10 – speciale introdotto nel getto, bloccato nello stesso, ed estratto con uno speciale e tarato martinetto idraulico dotato di manometro, che consente di misurare la Forza di estrazione; da questa, tramite curve di calibrazione, si risale alla resistenza Rck del getto.• Strumentazione utilizzata: Sistema per pull-out “Fischer” con tasselli Fischer MK10.
Misura profondità di carbonatazione
E’ una prova colorimetrica del calcestruzzo la quale si basa sul viraggio di un composto chimico (fenolftaleina) che viene spruzzato sul getto appena messo a nudo; nel caso di materiale carbonatato, il CLS non subisce variazioni di colore (superficie acida); in caso contrario (superficie basica) esso assume una tonalità violacea.Saggi esplorativi
Con l’ausilio di un martello a percussione (Bosch) si mettono a nudo i ferri per poterne valutare il loro stato (presenza di ossidazione), la loro geometria (lisci o ad aderenza migliorata) ed il loro diametro.Certificazione dei risultati 6Nelle schede diagnostiche 1 ÷ 8 allegate alla relazione si riportano i risultati delle prove non distruttive. In ogni scheda di certificazione è in particolare riportato:
• Lo schizzo dell’elemento strutturale esaminato;
• Il valore della profondità di carbonatazione;
• I valori delle velocità ultrasoniche medie;
• Il valore dell’indice sclerometrico medio;
• Le caratteristiche delle armature e la loro quantità;
• Il modulo di elasticità del cls;
• Il valore di resistenza media determinabile con il metodo “pull-out”;
• Il valore di resistenza media determinabile con gli ultrasuoni e l’indice sclerometrico (SON-REB);
• Il valore di resistenza combinata “Sonreb / pull-out”;
Risultati
I risultati delle indagini sono riportati nelle schede diagnostiche allegate (Sch. 9 ÷ Sch. 15).top
CAROTAGGI
Con l'ausilio di una carotatrice "Milwaukee" e di una punta diamantata del diametro di 35 mm, sono stati eseguiti n° 2 carotaggi su due elementi della cupola per la verifica delle caratteristiche costruttive degli stessi.Le prove, su indicazione della D.L., sono state effettuate sulla parete verticale (C.1) e sulla nervatura esterna della cupola;
- C.1 è stato eseguito dal lato esterno della parete verticale della cupola (zona P.3); la carota estratta, utilizzata anche per la prova di schiacciamento per la verifica del Rck, è composta da intonaco di finitura, un piccolo strato di conglomerato cementizio e da calcestruzzo con inerti di dimensioni variabili tra 1 e 2 cm.;
- C.2 è stato eseguito sulla nervatura esterna (zona P.7) ed ha rilevato, sotto uno strato di 3 cm. di intonaco cementizio, due teste di mattoni rossi pieni appoggiati sul piano in calcestruzzo della cupola; il calcestruzzo è stato estratto completamente sgretolato.
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ANALISI TERMOGRAFICA
Tecnica operativa
L’analisi termografica di un corpo consiste nella analisi e visualizzazione delle temperature presenti sulle superfici esterne dello stesso. In realtà, anziché di temperatura, si dovrebbe parlare di energia emessa dal corpo stesso in quanto, per la determinazione della temperatura, entrano in gioco parametri fisici non sempre esattamente definibili, quali la distanza di ripresa, la temperatura ambientale, la temperatura di irraggiamento, la ventilazione, ma soprattutto l’emissività superficiale dei corpi. L’apparecchiatura utilizzata è in grado di captare l’energia emessa dai corpi caldi (T >-10°C) sotto forma di radiazioni elettromagnetiche della banda “infrarosso”/LW (onde lunghe), nonché di trasformarla in immagine termografica con precisione sino a 0,1°C, evidenziabile e certificabile con immagini termiche e mappe termiche a falsi colori, che evidenziano tutte le anomalie riscontrate.Rilievi in cantiere
L’esecuzione dell’indagine termografica viene effettuata normalmente durante due fasi di ciclo termico: I = fase di riscaldamento della superficie (sole, generatore aria calda, ecc.) II = fase di raffreddamento dello stesso Durante il riscaldamento è possibile iniziare la ripresa di controllo termovisivo, verificando innanzi tutto il sufficiente surriscaldamento (∆t max + 4° C prodotti rispetto alla temperatura naturale) e rilevando man mano le prime emergenze difettologiche quali:• decoesioni degli intonaci affrescati
• lesioni profonde, anche se risarcite con stuccatura
• differenziazioni notevoli delle pitture (ritocchi, dorature …)
• umidità residua
Durante il raffreddamento o la fase di rilascio del calore è possibile rilevare la presenza di elementi architettonici celati sotto gli intonaci quali:
• archi, architravi, bifore ecc…
• camini occlusi e percorsi di canne fumarie
• porte e finestre tamponate o modificate
• modifiche strutturali.
Le immagini termografiche in fase di rilascio sfruttano le diverse caratteristiche termocinetiche dei materiali edili i quali, sottoposti a cicli termici variabili, emettono una radiazione infrarossa contenente tutte le informazioni architettoniche sopra citate. Le diverse fasi di rilievo in cantiere consistono pertanto nella registrazione digitale di immagini significative, che sono corredate dalla trasposizione grafica in bozza delle particolarità emergenti e dalla ripresa fotografica a luce reale delle stesse immagini i.r. registrate.
Elaborazione in studio
Le immagini i.r. registrate in sito (file IMMAGINE ottenuti dalla compressione di 10 integrazioni) sono elaborate in sede con speciali software dedicati che consentono l’analisi dettagliata di tutti i particolari rilevati.Esempi di elaborazione
fotografia zona ripresa elaborazione con isoterma del difetto
In questo caso l’area isotermica verde evidenzia le zone di decoesione, più calde (temperatura da 17°C a 17,6°C)
Mappa termica a falsi colori. Immagine pseudo 3D
Metodologia operativa
Tutte le superfici da ispezionare sono state riprese all'infrarosso con la seguente procedura operativa:in cantiere:
1) Ubicazione zona da ispezionare
2) Analisi visiva della zona
3) Ubicazione e inquadramento topografico della zona
4) Analisi e monitoraggio all'infrarosso con telecamera durante la fase di rilascio lento
5) Ripresa fotografica con foto digitali delle zone controllate
6) Registrazione dei dati di rilevamento: - level - range - distanza oggetto - telecamera - temperatura ambientale - punto di ripresa e riferimento cartografico/fotografico
7) Registrazione del difetto macroscopico all'infrarosso su computer installato nella telecamera per le elaborazioni computerizzate in sede
8) Analisi e monitoraggio all'infrarosso con telecamera durante la fase di raffreddamento e registrazioni di eventuali difetti macroscopici
in ufficio:
1) Analisi dei reperti cartografici e difettologici
2) Verità della bontà di tutte le immagini registrate Playback da computer portatile attraverso il monitor e un convertitore analogico - digitale A/D nel computer con software THERMACAM REPORT 2000 tramite metodo della sommatoria (20 immagini per ogni registrazione)
3) Registrazione nel computer della immagine con i dati tecnici prelevati in cantiere
4) Visualizzazione all'infrarosso a colori dell’immagine registrata
5) Valutazione critica dei risultati ottenuti
Restituzione e risultati:
Per la restituzione dei risultati abbiamo operato in due fasi:- ubicazione dei riquadri di ripresa sul prospetto fotografico delle zone analizzate (Tav.A);
- schede diagnostiche (Sc.16 ÷ Sc.23) comprensive di immagine all’infrarosso, foto reale e presunta interpretazione dei risultati ottenuti.
Allegato alla presente:
- Prospetto fotografico della cupola affrescata (Tav.A); - Schede diagnostiche 16 ÷ 23.
Discussione dei risultati
1-Le indagini sulle strutture in calcestruzzo hanno consentito di verificare :-strutture con Rck medio in classe 300 Kg/cmq. confermato anche dalla prova di laboratorio effettuata sul carotaggio C 1 –che ha fornito Rck di 26 Mpa contro il valore SONREB , misurato in situ nella Piazzola Prova “C “ con valore di 274 kg/cmq.
-profondità di carbonatazione variabile tra 10 e oltre 50 mm. di profondità confermando la pericolosità di tale inquinante per le armature (ferri e staffe )
-ferri e staffe con copriferro medio di 20 –30 mm. e con processo di ossidazione già in atto e incipiente *diametri dei ferri e delle staffe variabili.
2- Le verifiche sperimentali sulle strutture diverse (vetro cemento- intonaco cementizio di elevato spessore ) hanno registrato il loro buono stato conservativo se pur in presenza di alcune lesioni localizzate.
3-I due carotaggi effettuati hanno permesso di prelevare due campioni caratteristici necessari il primo C 1 ,per effettuare una prova di schiacciamento in laboratorio Rck=26 Mpa ,il secondo C 2 , di effettuare una analisi stratigrafica della cupola e prelevare piu’ campioni per le successive analisi di laboratorio.
4-L’ analisi computerizzata all’infrarosso (termografia ) ha confermato l’ottimo stato conservativo degli intonaci affrescati presenti all’intradosso della cupola con esclusione di due aree ,la prima , centrale con distacco incipiente e umidità residua ,la seconda , in area piu’ esterna , con un solo distacco incipiente.
5-Le prove di laboratorio scientifico sui materiali prelevati ci hanno premesso di rilevare:
-elevata concentrazione di Sali Solfati in C 1 pari a 1,61 % 19
-valori di sali normali in C 2 -valore di Rck su carota di C 1 di 26 Mpa –pari a circa 260 –270 Kg/cmq.
-malta di allettamento di C 2 in buono stato conservativo
-laterizio di C2 con caratteristiche meccaniche ,tenacia e coesione , che rientrano nella media.
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