Martinetti piatti

La tecnica dei martinetti piatti come base di partenza per la classificazione sismica degli edifici in muratura

La tecnica dei martinetti piatti è applicabile ai soli edifici in muratura. Tale tecnica è indispensabile al Progettista che si attinge a classificare sismicamente un fabbricato nel valutare il danno atteso a seguito di un possibile evento sismico. Oppure può essere utilizzata per redigere un progetto per il consolidamento, il miglioramento, adeguamento sismico e restauro.

Inoltre permette di conoscere le caratteristiche meccaniche di resistenza e deformabilità degli elementi (in situ) che costituiscono la (c.d.) unità strutturale (US).

Ogni intervento sulle murature non può prescindere da un’adeguata fase diagnostica, che risulta essere l’input per la redazione di un progetto d’intervento correttamente “tarato” sulle caratteristiche reali della struttura in esame.

In questo ambito, particolarmente interessante e scientificamente consolidata sin dal 1978, (Nota: la tecnica è nata per testare le rocce), risulta essere la tecnica basata sull’impiego di martinetti piatti.

L’impiego di martinetti piatti rientra nelle metodologie semi-distruttive e consente di determinare, in situ, il valore delle tensioni di esercizio e delle caratteristiche di deformazione.

Modulo di elasticità e Modulo di Poisson per murature costituite da elementi resistenti artificiali (laterizio) o naturali (pietre); risultando efficace anche in caso di marcate eterogeneità dei materiali (murature disordinate).

Per rimarcare l’importanza di questa tecnica sperimentale, si rileva che, tale prova viene menzionata al punto C8.5.3 della Circolare 21 gennaio 2019, N. 7 C.S.LL.PP “Istruzioni per l’applicazione dell’«Aggiornamento delle “Norme tecniche per le costruzioni”» di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018”.

Le normative tecniche, che invece disciplinano operativamente la prova, sono di origine statunitense: ASTM C1196-14a (martinetti piatto singolo) e ASTM C1197-14a (martinetto piatto doppio).

Aspetti normativi nella strumentazione di prova

A seguito della modifica del comma 2 dell’Art. 59 del D.P.R. 380/2001, il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ha pubblicato, lo scorso 03 dicembre 2019, la Circolare N. 633. Che ha per oggetto “Criteri per il rilascio dell’autorizzazione ai Laboratori per prove e controlli sui materiali da costruzione su strutture e costruzioni esistenti di cui all’art. 59, comma 2, del D.P.R. n. 380/2001″.

La stessa Circolare, chiarisce per le prove sulle murature (lo fa, comunque per ogni tipologia di indagine) la strumentazione di prova, che consiste nell’avere a disposizione (punto 6.h Circolare):

attrezzatura per l’esecuzione del taglio nella muratura completa di sistema di fissaggio (mototroncatrice con motore a scoppio);
set di basette piatte circolare o spinotti forati in acciaio costituenti i punti fissi da solidarizzare sulla muratura;
set di martinetti piatti, costituiti da due membrane in acciaio inox (o lamierini in acciaio/lega NiTi). Tali membrane sono saldate su telaio rigido e a forme variabili (rettangolari, semiovali, semicircolari). La loro geometria verrà scelta in funzione del tipo di muratura da testare;
trasduttore di pressione collegato per la lettura della pressione del fluido contenuto nei martinetti;
pompa elettrica o manuale con manicotti flessibili ad alta pressione;
deformometro in acciaio con meccanica lineare di alta precisione munito di barra di taratura e dima distanziatrice per la misura degli spostamenti;
centralina di acquisizione dei dati, per l’elaborazione dei dati di prova;
endoscopio, per l’analisi degli strati di muratura dove si va ad inserire il martinetto piatto.

Prove sulle murature

Martinetto piatto singolo o doppio?

Come noto tra le prove sulle murature, è possibile utilizzare la tecnica del martinetto piatto in due configurazioni: martinetto piatto singolo o martinetto piatto doppio da scegliere in base al risultato atteso.

Martinetto piatto singolo

L’impiego del martinetto piatto singolo permette di misurare, in situ, la sollecitazione di compressione presente in una determinata zona della muratura.

La prova sulla muratura si basa sulla variazione dello stato tensionale in un punto della struttura provocato da un taglio piano. Tale taglio è eseguito in direzione normale alla superficie della muratura, 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 (tre o quattro) posti in posizione simmetrica rispetto al taglio stesso.

La pressione interna viene 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 (kA) ed a meno di una costante che tiene conto della rigidezza intrinseca di ogni martinetto (kM).

I risultati della prova di martinetto piatto singolo vengono rappresentati mediante un diagramma, dove:

in ascissa si indica la tensione, ovvero la pressione dell’olio all’interno del martinetto moltiplicata per le costanti d’area e di martinetto (kA e kM),
in ordinata si leggono le distanze relative tra le basi di misura posizionate al di sopra ed al di sotto del taglio.

La prova sulla muratura si considera ultimata quando, in seguito ad incremento di pressione nel martinetto, si ottiene il ripristino delle misurazioni iniziali. La corrispondente pressione letta al martinetto è la tensione locale nella muratura, a meno delle costanti moltiplicative kA e kM (proprie per ogni tipologia di martinetto).

Martinetto piatto doppio

La prova con martinetto piatto doppio consente di determinare le caratteristiche di deformabilità della muratura e per di più, di fornire una stima della resistenza muraria al limite elastico.

Consiste nell’effettuare due tagli nella muratura (paralleli tra loro e aventi distanza variabile realizzati con sega idraulica a lama diamantata circolare).

All’interno dei tagli così praticati, vengono inseriti due martinetti piatti, realizzati mediante sottili lamiere di acciaio saldate.

Tali martinetti paralleli, opportunamente messi in pressione con il sistema idraulico, applicano al campione di muratura interposto, uno stato di sollecitazione monoassiale. Le deformazioni risultanti nella porzione muraria, vengono misurate da un numero adeguato (almeno quattro coppie) di sensori di spostamento. Oppure, se si usa il deformometro di coppie di spinotti in direzione ortogonale e parallela ai piani di inserimento dei martinetti.

La pratica di cantiere indica che il carico dovrebbe essere applicato in maniera ciclica, ovvero con cicli di carico con incrementi crescenti di pressione nei martinetti, intervallati dallo scarico completo di questi.

La prova sulla muratura si protrae 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.

Risulatati prova martinetti piatti

Martinetto piatto doppio – La rappresentazione dei risultati

I risultati della prova di martinetto piatto doppio vengono rappresentati mediante un diagramma (sforzo/deformazione) 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 (kA e kM).

Come noto, dai principi di scienza delle costruzioni, la pendenza della curva di carico corrisponde per le basi verticali al modulo di rigidezza della muratura indagata (E modulo di Young).

Come classificare sismicamente un fabbricato in muratura?

Quali sono i passi da seguire, e quale contributo può offrire la tecnica dei martinetti piatti

Quali sono i passi da seguire, e quale contributo può offrire la tecnica dei martinetti piatti?
Sismabonus 2020 (o ecosismabonus 2020), la vulnerabilità sismica.

In cosa consiste la classificazione sismica?

La classificazione sismica è un documento, redatto da un tecnico abilitato, esperto e qualificato, che assevera a quanto ammonta il rischio sismico di un determinato fabbricato.

Sostanzialmente, il dato finale è una percentuale, chiamata Classe di rischio, espressa in riferimento a due parametri:

Indice di sicurezza della struttura (IS-V) definito come il rapporto tra:
- l’accelerazione di picco al suolo (PGA: Peak Ground Accelera Mon), che determina il raggiungomento dello Stato limite di salvaguardia della vita (SLV), capacità in PGA-PGAC,
- e la PGA che la norma indica, in riferimento allo specifico sito in cui si trova il manufatto e per lo stesso stato limite. In riferimento per la progettazione di un nuovo edificio, domanda in PGA-PGAO. In gergo lo possiamo anche chiamare “Indice di rischio”;
Perdita Annuale Attesa (PAM), che prende in considerazione le perdite economiche associate ai danni agli elementi strutturali e non, riferite al costo di costruzione (CR) dell’edificio (privo del suo contenuto).

Quali sono i contenuti minimi di una relazione di classificazione sismica?

A titolo meramente informativo, si riportano, sulla base della nostra esperienza in merito, i 12 passi da affrontare per una consulenza sulla classificazione sismica.

Descrizione del fabbricato (analisi storico – critica)
Indicazione della documentazione autorizzativa che si è succeduta nel tempo
Rilievo strutturale (definizione del Livello di conoscenza adeguato in funzione del numero delle indagini diagnostiche da eseguire)
Definizione dell’azione sismica
Categoria di suolo (relazione geologica)
Categoria topografica
Definizione dell’azione sismica
Risultati delle verifiche allo stato di fatto (a seguito dell’analisi statica non lineare)
Definizione delle frequenze medie annue
Calcolo della perdita annuale media attesa (PAM)
Calcolo della classe dell’indice di sicurezza della struttura (IS-V)
Determinazione della classe di rischio allo stato attuale

Quale contributo può offrire la tecnica dei martinetti piatti?

Caso di studio

Il Professionista incaricato dalla Committenza, ha classificato sismicamente un fabbricato isolato con struttura portante in muratura costruito a più riprese, con un corpo centrale che si erige su 4 livelli fuori terra più sottotetto a partire dal XIX secolo, ampliato tra il 1938 ed il 1942 tramite un corpo sul fronte sinistro che si eleva su un unico livello.

L’edificio presentava quindi una struttura muraria portante per il corpo principale, in pietrame sbozzato listato con mattoni, con spessore variabile da 30 a 75 cm circa.

Gli orizzontamenti presentavano strutture lignee con assito in legno e successivo massetto in calcestruzzo armato.

La copertura era anch’essa con struttura lignea, con capriate centrali non spingenti.

Esecuzione della prova

Per fornire al Professionista parametri meccanici reali, e confrontarli con quelli riportati nella Tabella C8.5.II della Circolare N.7/2019, è stata condotta N. 1 prova con martinetti piatti doppi:

Individuazione del paramento murario più rappresentativo e che avesse creato (agli occupanti) meno disagio possibile (l’edificio era regolarmente occupato);
Disintonacatura della muratura mettendo a nudo la stessa;
Esecuzione di un rilievo di dettaglio dell’apparecchiatura muraria e fatta un’endoscopia (con boroscopio flessibile) per verificare la tipologia muraria e la stratigrafia anche dall’interno;
Individuazione degli elementi resistenti (mattoni) sui quali applicare i capisaldi dai quali successivamente si misureranno le deformazioni;
Taglio con la mototroncatrice, dei due giunti malta (tra loro paralleli) e successivamente inserito i martinetti piatti negli stessi collegandoli quindi alla pompa idraulica;
Esecuzione della prova caricando il maschio murario ad intervalli costanti e registrando le deformazioni con il deformometro (tra 3 capisaldi perpendicolari ai giunti di malta ed 1 parallelo), elaborando, tramite un foglio di calcolo, il grafico sforzo/deformazione della prova.

I risultati della prova hanno stabilito che Il modulo elastico che è stato determinato in sito è pari a 912 N/mmq. Paragonato a quelli riportati nella Circolare N. 7/2019 per la muratura in questione (muratura a conci sbozzati con parametri di spessore disomogeneo) e che riporta due valori (min 1.020 – max 1.440 N/mmq) è sostanzialmente più basso. Dunque ne discende una classificazione certamente più penalizzante ma di sicuro più calibrata sul caso di specie.