PROVE SONICHE

BASILICA SUPERIORE S. FRANCESCO D’ASSISI

 

Con il termine prove soniche si intende un indagine eseguita su campioni molto eterogenei e/o discontinui di murature portanti (fondamentale per una definizione delle condizioni statiche di una struttura) attraverso il rilievo del tempo di transito fra due punti (definiti T - trasmittente e R - ricevente) della propagazione di un onda d'urto generata da un impulso meccanico.
Questa metodologia operativa, definita come "Rilievi microsismici mediante impulsi d'onde elastiche a bassa frequenza in campioni o strutture murarie" (definizione simile agli ultrasuoni dai quali si differenzia solo per il campo di frequenza: << 1KHz per la sonica, 24 - 500 KHz per gli ultrasuoni), consente una caratterizzazione di tipo meccanico sul "grado di aggregazione" delle murature.
Con tale termine si intende indicare, allo stato attuale dell'arte, più qualitativamente che in termini specifici, la "consistenza" della struttura muraria, in riferimento al suo stato di omogeneità/continuità ed alle sue capacità portanti.
La muratura viene infatti intesa come un insieme strutturale costituito da componenti disomogenei, ma con frammentazione e diffusione tale da permettere una lettura, in opportuna scala, di una "omogeneità ideale" del materiale. In particolare, di questa caratteristica, riferita al grado di continuità e di densità fisica del materiale, suddivisa in "classi di merito", viene definita la sua individuazione sulla superficie del paramento murario: a letture avvenute è possibile cioè tracciare una mappa dello stato di aggregazione del manufatto murario ai vari livelli misurati.
Allo scopo di eseguire una corretta indagine vengono normalmente indotte, nel manufatto di prova, onde elastiche, in corrispondenza dei nodi di un reticolo ideale tracciato su una delle due superfici della muratura ed effettuando la corrispondente serie di letture delle velocità di attraversamento per trasparenza, su un identico reticolo tracciato sulla superficie opposta.
I valori delle velocità ottenute, punto per punto, indicano la migliore o peggiore trasparenza all'onda elastica del manufatto e quindi individuano zone di differente grado di aggregazione.
Nel caso in esame l’indagine era finalizzata a comprendere lo stato di salute dell’insieme della muratura portante della volta, parzialmente collassata nel terremoto e dell’intonaco su cui erano stati realizzati gli affreschi medioevali.

  
STRUMENTAZIONE IMPIEGATA

L'attrezzatura è composta dai seguenti elementi:

  • Unità elettronica di acquisizione e controllo della misura
  • Pocket Pc con collegamento USB e Bluetooth..
  • Punzone metallico strumentato con sensore piezoceramico per la battuta.
  • Sonda “R” piezoresistiva per il rilievo dell'onda trasmessa.
  • Martelli con massa da 0,500 e 2000 gr.

L'onda sonica viene trasmessa alla muratura in esame mediante il martello e punzone strumentato e la misura del tempo di volo e quindi della relative velocità viene calcolata e visualizzata dalla centralina elettronica. E’ possibile analizzare anche la forma dell’onda di compressione.

  
METODOLOGIA

A. Campione di muratura e definizione del reticolo
È stato sottoposto a prova una limitata  zona del padiglione sinistro della terza volta della navata principale, computata a partire dall’ingresso principale.
La zona in oggetto risulta ben individuata sugli stralci planimetrici allegati.
La scelta di questa zona è stata dettata da fattori contingenti quali l'accesso ad entrambe le superfici (superiore e ed inferiore che risulta affrescata).
Sul settore della volta oggetto di studio sono stati individuati una serie di punti (in numero di 110) disposti lungo cinque direttrici (la prima coincidente con la linea di colmo del padiglione e le altre poste a distanza di 20 cm) in modo da risultare posizionati ai vertici di una rete a maglia quadra di lato lungo 20 cm.

B. Esecuzione delle prove
Il metodo utilizzato per l'esecuzione delle prove è stato quello della trasparenza diretta.
Ai nodi reciproci dei reticoli è stato applicato da una parte il sensore sonico per la ricezione (sempre posizionato sulla faccia inferiore intonacata ed affrescata) e dall'altra (quella superiore) è stato trasmesso l'impulso.
Lo spessore della volta varia tra 32 e 34 cm.
La faccia inferiore presentava un sottile strato di intonaco di spessore intorno al centimetro e completamente affrescato.
La parte superiore invece, non intonacata, risultava avere una superficie irregolare; inoltre lungo la direttrice n. 1 era presente una striscia di materiale composito utilizzata per l’irrigidimento delle volte stesse.
Per ogni "percorso" (il segmento fra due nodi reciproci di una stessa direttrice), impostato lo spessore, sono state effettuate dalle 4 alle 7 battute, rilevando direttamente, i valori della velocità di trasmissione dell'onda elastica che sono stati, poi registrati e riportati sulle tabelle allegate ad eccezione di quei valori risultati non coerenti attraverso l'analisi della forma d'onda visualizzata durante l'acquisizione.

  
RESTITUZIONE DEI RISULTATI
Al fine dell'elaborazione dei dati, sono stati presi in considerazione solo i valori di velocità massimi registrati per ogni percorso (base o nodo), assumendoli come relativi ai tragitti più brevi seguiti dall'onda.
La distribuzione dell’intera popolazione dei valori massimi rilevati è stata rappresentata in un diagramma a  barre, raggruppando i valori delle velocità in 15 classi contigue, di ampiezza ±50 m/s rispetto al valore centrale, comprese tra 750 e 2150 m/s.

 

CONCLUSIONI
Alla luce di quanto sopra è possibile affermare che tutte le velocità comprese nell'intervallo 1200 - 1800 m/s sono relative a percorsi che non presentano discontinuità.
Valori inferiori possono invece indicare la presenza di discontinuità tra intonaco e mattone o anche fratture del mattone stesso. Ulteriore fattore che avrebbe potuto comportare errori nella valutazione delle velocità è quello di un non perfetto allineamento dei vertici della maglia (inferiore e superiore disegnata sull'intradosso e sull'estradosso della volta); in tal caso il percorso di transito può interessare due mattoni adiacenti e non un singolo mattone, in questo caso, quindi, il percorso si allunga e l'onda attraversa un giunto di malta del quale occorre tenere conto.

[di Giuseppe Latte Bovio]