Diagnostica I

diagnostica
La strumentazione non distruttiva utilizzata
nella diagnostica delle strutture civili:
tecniche di analisi e problematiche inerenti
CLASSIFICAZIONE DELLE PROVE
DISTRUTTIVE
L’oggetto della prova
subisce gravi danni
NON DISTRUTTIVE
Il campione non viene alterato
SEMI-DISTRUTTIVE
Monitoraggio
Prove di collaudo
Schema dei metodi non distruttivi
• Metodi Meccanici *
• Metodi Acustici
• Metodi Elettromagnetici
• Metodi Chimici *
• Metodi Elettrochimici
* Prove semi-distruttive
Metodi Meccanici
• Sclerometro
utilizzati per la determinazione
della
• Pull-Out
• Sonda di Windsor
Resistenza del Materiale
• Martinetti Piatti
E’ la prova che permette di avere informazioni sui valori
di resistenza e sullo stato di sollecitazione locale
della struttura portante .
Metodi Meccanici
• Sclerometro
• Pull-Out
• Sonda di Windsor
Dati rilevabili:
Resistenza del
Materiale
La misura della resistenza avviene interpolando i dati
con curve di correlazione. Sebbene queste indagini
siano normalizzate, richiedono talvolta fasi di taratura in
laboratorio con prelievo di campioni in situ
SCLEROMETRO
Norme: ASTM C805 - UNI 9189, 7997 - DIN 1048
BS 1881 - NF P18-417 - UNE 83307 - ISO-DIN 845
EN 12398
Attraverso la misura dell’indice
di rimbalzo di una massa, spinta
da una molla calibrata si valuta
la resistenza superficiale del
materiale.
Oggetto dell’indagine: calcestruzzo, malte,
materiali refrattari,
pavimentazioni
aereoportuali, rocce
Taratura dello strumento: indispensabile
Disponibili vari
modelli per i
diversi
materiali
PULL-OUT
Norme: ASTM C900 - BS 1881 Part 207
UNI 9536
• Oggetto dell’indagine: calcestruzzo
La resistenza del materiale avviene attraverso la misura
della forza necessaria ad un martinetto idraulico per
estrarre un tassello in acciaio inserito nel calcestruzzo
Si deve porre attenzione che il tassello utilizzato sia
identico,nella geometria e per la qualità dell’acciaio a
quello utilizzato nella fase di sperimentazione per
costruire le curve di correlazione
PULL-OUT
Composizione Attrezzatura
SONDA DI WINDSOR
Norma:
ASTM C 803 - BS 1881
• Oggetto dell’indagine: calcestruzzo
La valutazione delle caratteristiche
meccaniche avviene mediante la
misura dell’indice di penetrazione “L”
La prova non è superficiale ed
interessa sia il legante che
l’aggregato
del calcestruzzo esaminato
I risultati sono fortemente influenzati dalla durezza
degli aggregati
Attrezzatura Sonda Windsor per l’esecuzione delle prove
di penetrazione su calcestruzzo Versione digitale “2000”
Pistola
Lettore
digitale
Sonde-proiettili
Prelievo di carote o campioni
Norme : UNI 6131- BS 1881 /120 - ASTM C 42-84a
Sondina
elettrica
Carotiere diam. 100mm
Questa metodologia non è inserita
nelle Prove N.D. ma è il necessario complemento
a diverse tecniche d’indagine ed è uno dei sistemi più
usati nella
valutazione della resistenza del calcestruzzo e delle
murature.
PROVA CON MARTINETTI PIATTI
PROVA MARTINETTO SINGOLO
• Oggetto dell’indagine:
Strutture in muratura
• Dati rilevabili:
Misura dello stato tensionale locale
• Risultati producibili:
Valutazione dello stato tensionale attraverso la misura
dello sforzo necessario al riequilibrio deformativo;
verifica sperimentale delle reali condizioni statiche della
struttura oggetto dell'indagine; misure di stress in sito
(nei rivestimenti di gallerie, nelle pile e travi dei ponti ).
• Tecnica applicativa:
Coppie di punti di riferimento vengono applicate sulla superficie,
della muratura in oggetto a cavallo del taglio che si andrà a
realizzarsi; lettura micrometrica iniziale, esecuzione del taglio;
misura delle deformazioni dovute al rilascio delle tensioni.
Inserimento del martinetto piatto e ripristino delle condizioni
iniziali.
• Gli strumenti :
Attrezzatura
• Sega dalle caratteristiche (forma, durezza della lama, potenza)
adeguate al materiale costituente la muratura
• Compressore per l’azionamento della macchina operatrice (Sega per
il taglio)
• Coppie di basi (dischetti) di misura (almeno 3)
• Deformometro removibile di precisione
• 1 o 2 Martinetti
• Pompa idraulica per l’applicazione
della pressione
Il tipo di martinetto da utilizzare nella prova è funzione del tipo di
muratura. Nel caso di strutture in laterizio è sufficiente un
martinetto standard rettangolare di 400 x 200 mm.
Quando invece si ha a che fare con murature costituite da blocchi molto
irregolari e disomogenei è necessario, al fine di ottenere dei risultati
significativi, incrementare la profondità del taglio per assoggettare alla
prova un maggior volume. A tale scopo si adopera una particolare
troncatrice idraulica a trasmissione eccentrica e martinetti semiovali che
consentono di indagare un sufficiente volume di materiale in rapporto
alle dimensioni dei blocchi costituenti la muratura.
In dettaglio la procedura è così articolata :
• si applicano sulla superficie della muratura delle coppie di punti
di riferimento e vengono misurate, mediante deformometro di
precisione, le distanze tra tali punti.
La disposizione ottimale delle basi di misura è illustrata in figura
Base di
misura
L
200
mm
L/4
L/4
Martinetto
• viene eseguito un taglio
perpendicolare alla superficie della
muratura che provoca un rilascio delle
tensioni con conseguente parziale
chiusura del taglio stesso funzione
della tensione agente alla quota di
prova
• si inserisce il martinetto piatto
nell’apertura creata con il taglio
• viene azionata la pompa idraulica che mette in pressione il liquido di
misura nel martinetto; tale pressione viene misurata da un manometro di
precisione in dotazione alla pompa
l’applicazione a gradini della pressione nel martinetto provoca la
graduale riapertura della fessura fino all’annullamento della
deformazione conseguente al rilascio tensionale. Andranno
annotati, considerando opportuni intervalli, le coppie di valori
pressione – deformazione.
Pressioni misurate e stato di sollecitazione
Vengono letti sul manometro ed annotati su apposite schede, i valori di
pressione del circuito idraulico pompa – martinetti.
Da tali valori di pressione p (o
agente N mediante la relazione
σ)
si risale allo stato di sollecitazione
N = p Km Ka
ove Km e Ka sono due coefficienti.
In particolare:
Ka = Aj / Ac
rappresenta il rapporto tra l’area del martinetto (Aj) e l’area della
superficie di taglio (Ac). Ovviamente Ka < 1.
Km rappresenta un coefficiente (<1) che permette di tenere conto della
rigidezza del martinetto. Tale coefficiente dipende dalle dimensioni e
dalla forma del martinetto e viene determinato mediante apposite prove
di taratura in laboratorio.
Ogni martinetto è normalmente accompagnato da un apposito certificato
di taratura in cui viene chiaramente indicato il valore di Km .
PROVA CON MARTINETTI PIATTI
PROVA A DOPPIO MARTINETTO
• Oggetto dell’indagine:
Strutture in muratura
• Dati rilevabili:
Determinazione delle caratteristiche di deformabilità e resistenza
della muratura.
Il modulo di deformabilità è calcolato per intervalli di pressione,
secondo la legge di Hooke, considerando la deformazione unitaria
desumibile dalle misure micrometriche lette in sito.
La prova puo' fornire anche una stima della resistenza a
compressione della muratura, potendo avvicinarsi al limite di rottura
con l'aumento progressivo del carico.
• Risultati producibili:
Estrapolazione di parametri meccanici (ε, σ, ν)
Graficizzazione dei dati rilevati
• Tecnica applicativa:
Esecuzione di due tagli orizzontali paralleli nella muratura da
analizzare, preferibilmente previa rimozione di eventuali strati di
intonaco o rivestimento; il "concio" cosi' isolato e' sottoposto a cicli
modulati di pressione monoassiale normale al piano dei tagli, il
carico è fornito da due martinetti inseriti nei tagli; le misure di
deformazione sono rese possibili tramite basi di misura verticali e
orizzontali, fissate sulla faccia libera del concio murario.
Metodo
elettromagnetico
Principio di
funzionamento dei
Pacometri
Localizzazione delle barre d’armatura,
profondità e diametro nel calcestruzzo
e nelle murature
Localizzazione di elementi metallici
nelle strutture murarie
INDAGINE TERMOGRAFICA ALL’INFRAROSSO
• Oggetto dell’indagine:
Superfici interne ed esterne intonacate o rivestite, edifici riscaldati, facciate e coperture
• Dati rilevabili:
Rilievo architettonico:
caratterizzazione dei materiali componenti la muratura, con distinzione tra lapidei e
laterizi; rilievo di tamponamenti, canne fumarie, tracce d'impianti tecnologici; presenza
subsuperficiale di elementi in legno, metallo, cemento armato.
Aspetti patologici:
lesioni strutturali risarcite, lesioni subsuperficiali, intrusione di umidità con possibile
individuazione della fonte, decoesioni di intonaci o rivestimenti, ponti termici, inclusioni
con materiali non originali, punti di probabile condensa.
Aspetti morfologici:
caratterizzazione delle strutture di supporto, individuazione di presenze subsuperficiali e
rilievo critico; possibilità di controllo pre- e post-intervento (collaudo).
Caratterizzazione:
valutazione comparativa isolamento di elementi costruttivi; temperature superficiali;
individuazione tracce condutture
• Tecnica applicativa:
Utilizzo di strumentazione termovisiva speciale all'infrarosso per la
visualizzazione distributiva delle temperature superficiali, in presenza di
sollecitazione termica dell'oggetto (eseguibile per convenzione forzata
con bruciatori portatili a reostato o irraggiamento sia artificiale che solare
o sfruttando il gradiente termico spontaneo tra giorno e notte)
• Strumento :
Camere digitali all’infrarosso e relativa analisi computerizzata delle
immagini.
• Il funzionamento:
Tutti gli oggetti, eccetto quelli con superficie allo zero assoluto
(-273,15°C), emettono radiazioni infrarosse.
La Termografia è quella tecnica che, utilizzando la radiazione
proveniente da un oggetto, permette di costruire un immagine relativa
alla distribuzione delle temperature superficiali dell’oggetto stesso.
L’occhio umano è un ottimo rivelatore di immagini nel campo
dell’emissività solare
(0,4 – 0.75 µm) ma è totalmente cieco al di fuori. Le camere
dell’infrarosso catturano le radiazioni provenienti dall’oggetto e le
trasformano in immagini (è come estendere la capacità percettiva umana
riuscendo a visualizzare il colore proveniente da un corpo).
Le camere digitali all’infrarosso leggono tramite un elemento sensibile
(IRCCD=infrared detector), simile a quello delle camere nel visibile
(CCD), il flusso di energia emesso dalla superficie del corpo sotto esame,
sotto forma di onde elettomagnetiche, e lo elaborano trasformandolo in
immagine.
• Risultati producibili:
Elaborazione computerizzata di immagini IR con software applicativi e
mappature critico-difettologiche; bilancio energetico
Metodi Acustici
Dati rilevabili:
Calcestruzzo
Omogeneità del materiale,
caratteristiche meccaniche
Murature
Stato di consistenza dei
pannelli murari
Strutture
Modi di vibrare:
caratteristiche strutturali
• Prove ultrasoniche
• Prove soniche
• Tomografia *
• Prove dinamiche *
Si definiscono:
Periodo T (in secondi – s) tempo impiegato per un
ciclo completo di espansione e contrazione della
sorgente, o di pressione e depressione nel mezzo.
Parametri generali per la
definizione di un fenomeno
ondulatorio
Frequenza f (in Hertz – Hz) numeri di cicli, ossia di
oscillazioni complete, al secondo.
0 .8 0
Lunghezza d’onda λ (in metri – m) distanza fra due
successivi fronti d’onda (o comunque fra 2 loro
punti in ugual fase) nella direzione di propagazione
della vibrazione.
Velocità di propagazione V (in m/s) velocità con un
fronte d’onda di vibrazione si propaga nel mezzo
nella direzione di propagazione.
Intensità di vibrazione I quantità di energia che
passa in un secondo attraverso l’area unitaria.
Poiché in acustica, e nelle misure di vibrazione in
genere, non si eseguono normalmente misure
assolute, ma misure relative, ossia si fanno
rapporti fra ampiezze A di vibrazione, o fra
intensità I, si è trovato più comodo esprimere tali
rapporti in decibel (dB).
0 .4 0
0 .0 0
- 0 .4 0
- 0 .8 0
0
200
400
600
800
1000
NATURA DEI SUONI E DEGLI ULTRASUONI
I suoni e gli ultrasuoni sono onde meccaniche che si propagano nei
materiali.
I metodi si differenziano a seconda delle frequenze impiegate.
Necessitano per la loro propagazione di un supporto materiale al quale
trasmettere la vibrazione.
Gli ultrasuoni si propagano nell’aria, acciaio, calcestruzzo, legno,
acqua, plastica, ceramica, etc. ma non nel vuoto.
In questo si differenziano nettamente dalle onde elettromagnetiche
come i raggi x, la luce, etc. che trovano nel vuoto il mezzo ideale per la
loro propagazione.
Le onde ultrasonore possono essere di tipo longitudinale, trasversale,
di Rayleigh,.
La lunghezza d’onda ha diretta influenza sulla sensibilità di
controllo intesa come minima dimensione di difetto rilevabile.
PRINCIPIO DEL METODO SONICO
Il principio consiste nell’invio di un impulso d’onde nel materiale e nel
valutare, attraverso la comparazione dei tempi di ritardo(o velocità) e
dell’attenuazione, difetti e caratteristiche meccaniche
PROPAGAZIONE DELLE ONDE NEI MATERIALI:
Velocità
Le onde ultrasonore si propagano nei materiali con velocità diverse
a seconda del materiale e del tipo d’onda (longitudinale, trasversale,
etc.)
La densità ρ del materiale e le sue caratteristiche elastiche E
determinano il valore della velocità dell’onda in transito.
Attenuazione
Le onde ultrasonore generate dai trasduttori si propagano nei
materiali subendo un assorbimento dovuto principalmente ai
seguenti fattori:
-Diffusione delle onde nella struttura del pezzo
-Geometria del fascio ultrasonoro
-Conversione dell’energia in calore
-Distanza dal trasduttore
Nel campo lontano dal trasduttore l’attenuazione della pressione
acustica che non include gli effetti geometrici segue una legge
esponenziale
Riflessione
Differenza del valore dell’impedenza
acustica dei due mezzi
In corrispondenza delle interfacce il fenomeno della riflessione
segue in termini geometrici le leggi dell’ottica ed in termini di
energia riflessa, le leggi dell’acustica.
INDAGINE SONICA
• Oggetto dell’indagine:
Strutture murarie
• Dati rilevabili:
Caratterizzazione della muratura in termini di elasticità e
grado di compattezza relativa (consistenza) in base alla
velocità sonica rilevata; valutazione del grado di
omogeneità dei materiali indagati; collaudo di opere di
consolidamento con misure pre- e post-intervento.
Schema di un’apparecchiatura per indagini soniche
Unità di acquisizione
segnale
Ingresso
trigger
Ingresso
impulsi
Filtraggio ?
Martello
Strumentato
Sensore
Amplificazione
• Strumento
Apparecchiatura per rilievi sonici
L'attrezzatura è composta dai seguenti elementi: Unità elettronica di
acquisizione e controllo della misura - Punzone metallico strumentato con
sensore piezoceramico per la battuta - Sensore sonico piezoresistivo per il
rilievo dell'onda trasmessa - Martelli con massa da 0,500 e 2000 gr.
Lo strumento può anche essere collegato ad una comune stampante o ad
una stampante dedicata per la restituzione su carta dei risultati. E' previsto il
collegamento a PC tramite RS232 e tramite un software dedicato si possono
rielaborare ed archiviare i risultati acquisiti.
• Strumento
Rivelatore ultrasonoro portatile
Può impiegare sonde con una frequenza compresa fra 20 e 200 kHz,
per cui è idoneo ad effettuare misure nei vari campi dell’ingegneria
civile, tra i quali:
-caratterizzazione sonica dei provini
-controlli su strutture composite
-carotaggio sonico
-verifiche di spessori
Le misure soniche di velocità, normalmente espresse in
metri al secondo, possono essere svolte secondo tre
diverse procedure:
• diretta o per trasparenza;
• di superficie;
• radiale;
R
R
E
E
R
E
A
B
C