Prove non distruttive su calcestruzzi

PROVE ULTRASONICHE

Il principio che seguono è il medesimo ma cambia lo strumento utilizzato.

Viene misurato anche in queste prove il tempo di attraversamento di un’onda.

Vengono utilizzate due sonde: una che emette e una che riceve (circa 50 kHz).

Anche queste sono di tipo piezoelettrico: mentre quella ricevente funziona allo

stesso modo dell’accelerometro, la sonda emettente funziona al contrario,

cioè produce un movimento meccanico in risposta ad un segnale elettrico.

Per tarare i sensori, questi vengono posti sopra un elemento di taratura che ha

una velocità di attraversamento nota.

Si fa notare che se si pongono i sensori ad una certa distanza, si può affermare quale è quella distanza

poiché si conosce la velocità di propagazione delle onde nell’aria (all’incirca 350 m/s).

Calcolo della profondità di una fessura:

Attraverso queste prove si può definire la profondità di una fessura.

Si posizionano i due sensori vicino la fessura (uno a destra e uno a sinistra). Si legge la velocità rilevata a

lato della fessura. Infine si mettono i sensori sopra la fessura e si nota che la velocità non è più la medesima

(perché l’onda dovrà raggiungere il fondo della fessura e tornare indietro). Quindi si legge il tempo, lo si

divide per 2 e si trova esattamente l’ipotenusa di un triangolo rettangolo immaginario. Avendo un cateto

rappresentato dalla misura presa vicino la fessura, attraverso il Teorema di Pitagora, si trova il secondo

cateto che rappresenta la profondità della fessura.

Facoltà di Architettura urbanistica Ingegneria delle costruzioni. Corso di Studi IEC

Corso di Principi di recupero e riqualificazione degli edifici

Docente: Lorenzo Cantini

Altri strumenti:

- Pulse Echo ad ultrasuoni. Questo strumento è

più preciso e in genere viene usato sui metalli

(le onde hanno una frequenza di 4 MHz).

- Tomografo ad ultrasuoni. Funziona con lo

stesso principio del Pulse Echo ma al posto di

una sola misura fa una rete (che sfrutta

l’algoritmo di tomografie) di misure che si

intrecciano e danno una mappa come risultato. Lo si utilizza settando lo strumento e premendolo

unicamente sul materiale da analizzare. Questo strumento può essere utilizzato ad esempio per

capire se sono presenti infiltrazioni in una struttura armata.

Differenza prove soniche e ultrasoniche

La differenza sostanziale sta nella generazione delle onde e nelle loro caratteristiche.

Mentre per le prove soniche l’onda elastica è introdotta dal martello, che ha una frequenza variabile in

base alle condizioni al contorno (dimensione martello, materiale), nelle prove ultrasoniche sono utilizzate

due sonde: una emettente e una ricevente.

Per quanto riguarda le caratteristiche delle onde generate invece si può affermare che frequenze molto

elevate su elementi non omogenei faticano a penetrare. In genere queste frequenze si utilizzano su

elementi in calcestruzzo o pietra (cioè elementi che hanno una certa densità ed omogeneità) e risultano più

indicate su percorsi di breve lunghezza.

Analizzare materiali disomogenei porta quindi ad usare frequenze più basse, il che implica una risoluzione

inferiore. L’utilizzo di frequenze inferiori permette di caratterizzare elementi molto massivi, dove la

frequenza alta o quella ultrasonica non penetrerebbe e, impiegando una lunghezza d’onda maggiore,

permette di propagare le onde nei percorsi di lunghezza maggiore (fino a 15 metri nei materiali compatti).

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ELABORAZIONE DEI DATI DI PROVA (ESERCITAZIONE)

Sono stati elaborati i seguenti dati, che derivano dalla registrazione dei valori misurati sulla muratura di una

chiesa a Caronno Pertusella:

Coord. Coord. Punto di Coord. Coord. Punto di

X Y Velocità prova X Y Velocità prova

1 19

0 75 869,34 0 30 827,62

2 20

15 75 688,98 15 30 847,61

3 21

30 75 560,15 30 30 1062,99

4 22

45 75 644,09 45 30 635,51

5 23

60 75 842,16 60 30 637,53

6 24

75 75 1435,73 75 30 699,66

7 25

0 60 1699,78 0 15 1121,03

8 26

15 60 1335,84 15 15 738,77

9 27

30 60 811,49 30 15 703,48

10 28

45 60 566,80 45 15 533,85

11 29

60 60 753,96 60 15 509,17

12 30

75 60 1196,07 75 15 554,48

13 31

0 45 1131,80 0 0 862,76

14 32

15 45 962,52 15 0 733,47

15 33

30 45 804,44 30 0 984,19

16 34

45 45 534,65 45 0 517,14

17 35

60 45 1052,37 60 0 684,97

18 36

75 45 944,35 75 0 585,44

Distribuzione velocità onde soniche

1800,00

1600,00

1400,00

1200,00

Velocità 1000,00

800,00

600,00

400,00

200,00

0,00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

Punti di prova

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Docente: Lorenzo Cantini

Attraverso il software Surfer 7 si sono resi i dati rilevati una immagine, che permette di rendere a livello

grafico intuitivo il quadro generale.

Bisogna innanzitutto considerare che la criticità rimane da localizzare perché trovandosi in un caso di analisi

su superficie di muratura, il segnale che si riceve è una elaborazione di un valore medio tra le densità

presenti sulla linea orizzontale perpendicolare alla superficie. Per localizzare puntualmente una criticità

abbiamo bisogno di fare una tomografia sonica.

La muratura presenta vari difetti di disomogeneità. Si possono distinguere più zone dove la velocità di

propagazione delle onde passa da valori molto alti a valori bassi per poi tornare ai valori alti. In particolare,

si nota molto bene questa discontinuità nella porzione superiore: la muratura presenta un’ottima

condizione di omogeneità nella zona sinistra (dove raggiunge un picco di 1699.78 m/s) passando ad una

disomogeneità nella zona centrale (566.80 m/s) per poi raggiungere una condizione più omogenea nella

zona destra (1196,07 m/s). Quindi si rileva un indebolimento nella porzione superiore-centrale.

La zona inferiore della muratura presenta un passaggio graduale (da destra verso sinistra) da una

sufficiente condizione di omogeneità della materia (con un massimo di 1121,03 m/s) ad una condizione

critica, con una velocità minima di penetrazione di 517,14 m/s Quindi si rileva un indebolimento

progressivo da destra verso sinistra nella porzione inferiore.

Si può concludere affermando che la muratura è deteriorata e prevede problemi strutturali, in particolare

di rischio cedimenti per la differenza di densità tra le zone (e quindi di resistenza). Il deterioramento è

probabilmente causato dalla presenza di umidità e infiltrazioni che hanno danneggiato la muratura.

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Trattandosi di una superficie intonacata e affrescata, non è possibile conoscere la tessitura della muratura e

fare considerazioni precise sul metodo di riqualificazione. Un probabile progetto di consolidamento della

struttura prevederebbe la bonifica dall’umidità e iniezioni di malte speciali (nel caso di informazioni

puntuali della struttura le iniezioni sono funzionali in presenza di vuoti definiti). La soluzione dei rinforzi in

resina e fibra di carbonio non è consigliata in quanto trattandosi di un consolidamento esterno/superficiale,

andrebbe a scontrarsi con la presenza dell’affresco.

PROVE TERMOGRAFICHE

Ogni materiale emette energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. Essendo caratterizzati da un

proprio calore specifico e conducibilità termica, tutti gli elementi o strati di muratura dimostrano

temperature differenti in base al singolo componente.

Il metodo delle prove termografiche si basa sull’utilizzo della banda delle radiazioni infrarosse.

Prova in laboratorio, preparazione: termocamera

Si inquadra con una (dispositivo in grado di impressionare la

radiazione infrarossa) la superficie da analizzare, osservando poi

l’immagine che rappresenta la distribuzione delle temperature registrate

dei materiali che la compongono.

Grazie appunto alle differenze di temperatura che si riscontrano sulla

superficie è possibile identificare la disposizione degli elementi che

compongono una struttura nascosta e l’eventuale presenza di discontinuità

strutturali. Un vantaggio della termovisione è quello di poter essere

applicata su superfici estese.

Abbiamo due modi con cui effettuare una prova termografica:

- RISCALDAMENTO PASSIVO: analizzando cicli naturali di insolazione e successivo raffreddamento.

Si osserva l’oggetto da studiare in un regime di equilibrio termico. La fonte di riscaldamento è

quella solare e l’analisi avviene in fase di perdita del calore.

- RISCALDAMENTO ATTIVO: scaldando artificialmente la superficie in questione.

Viene fornito calore, in maniera artificiale, all’oggetto che si sta studiando. Si analizza un regime

transitorio.

Strumentazione:

Le radiazioni infrarosse emesse dai singoli punti di un corpo caldo vengono registrato da una speciale

apparecchiatura che elabora i dati e fornisce un’immagine termica dell’oggetto (attraverso scale di colori a

ciascuno dei quali corrisponde un intervallo di temperatura che è nell’ordine di frazione di grado

centigrado) che viene restituita sul display.

macchine termografiche

Le possono misurare il flusso di energia E a distanza, senza che vi sia contatto

fisico con la superficie esaminata e per questo la termografia risulta una tecnica del tutto non invasiva.

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La banda spettrale nell' infrarosso che le termocamere per applicazioni di termografia in edilizia e

manutenzione predittiva percepiscono è compreso tra i 8 ed i 14 μm.

sensore microbolometrico sistema di elaborazione dei segnali

La macchina possiede un e un ricevuti dal

sensore. Esistono vari tipi di sensore, il più utilizzato è il microbolometrico non raffreddato, che è in ossido

di vanadio.

lente

La agisce in simbiosi con il resto del corpo macchina della termocamera, dove sono contenuti

algoritmi e funzioni che tengono conto di parametri dell'ottica come la temperatura.

Osservando l'obbiettivo si possono notare dei riflessi rossastri con varie sfumature: questo perché le lenti

degli obbiettivi sono re