Dalla ricerca alla pratica

STRUMENTI DI PROVA
di Giuditta Asnaghi
Dalla ricerca
alla pratica
Sviluppato da Controls in collaborazione
con alcune prestigiose università italiane,
l’Advantest 9 è in grado di rispondere
alle esigenze dei più avanzati laboratori
sia per quanto riguarda le prove per
calcestruzzo che per rocce. Ecco per
quest’ultima applicazione l’esperienza
di alcuni utilizzatori eccellenti
no le caratteristiche tecniche e prestazionali di questa apparecchiatura e i suoi
molteplici campi d’utilizzo,
abbiamo raccolto la testimonianza di differenti tipologie di utilizzatori per quanto
riguarda le prove su roccia:
una strutturata azienda di
gestione autostradale (Sineco), l’università nazionale
(Bicocca Milano) e quella internazionale (Oviedo, Spagna). Tre ambiti applicativi
diversi ma uniti da un filo
conduttore comune: puntare
sulle tecnologie avanzate. E in
uò un’apparecchiatura
di prova essere tanto
flessibile, precisa, affidabile e
versatile da adattarsi sia a
prove su rocce che su calcestruzzi e cementi e prestarsi
quindi a molteplici impieghi? La risposta è affermativa quando si parla di Advantest 9 di Controls, un sistema servo-idraulico versatile e multifunzione per
l’esecuzione di prove statiche e dinamiche a bassa frequenza. Per toccare con ma-
P
LE PROVE TRIASSIALI
Controls propone un sistema automatico per prove monoassiali e triassiali su diversi materiali: da arenarie soffici a rocce basaltiche ad alta resistenza, composto da unità di comando Advantest 9 per l’applicazione del carico assiale e unità Sercomp 7, per l’applicazione della pressione laterale di confinamento con cella di Hoek.
Esecuzione della prova
Secondo le normative vigenti le prove di compressione su campioni di roccia devono essere eseguite a velocità di carico costante
tale che la rottura avvenga in un intervallo di tempo prescritto. Nel caso di prove triassiali la pressione laterale deve essere mantenuta costante con una precisione di ± 1%. Le consolle Advantest 9 e Sercomp 7 gestite da microprocessore, soddisfano pienamente questi requisiti.
La misura delle deformazioni si effettua con estensimetri elettrici applicati direttamente al provino sia assialmente che radialmente.
È così possibile eseguire la misurazione del coefficiente di Poisson e dei parametri di compressibilità.Il carico assiale e la pressione
laterale in cella vengono rilevati da celle di carico e/o trasduttori di pressione di elevata sensibilità e precisione.
La pressione laterale viene aumentata a incrementi programmati con determinazione dei corrispondenti valori di carico assiale. Sostanzialmente, il punto di rottura è variato in modo continuo cambiando la pressione laterale. Le celle di Hoek Controls sono disponibili in cinque diversi modelli.
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I plus di Advantest
• consente di eseguire prove statiche e dinamiche a bassa
frequenza in controllo di carico, spostamento e deformazione,
totalmente personalizzabili dall’operatore;
• consente di modificare a prova in corso la variabile di controllo
(carico, spostamento, deformazione), la velocità, il target e i
parametri di retroazione;
• algoritmo di controllo P.I.D ottimizzato rispetto alle
caratteristiche oleodinamiche del sistema per ottenere il
miglior adattamento a questa macchina e alle prove
tipicamente eseguite;
• precisione e l’affidabilità nel tempo anche in condizioni di
lavoro intensive;
• visualizzazione grafica e numerica in tempo reale di tutte le
grandezze in gioco
• velocità di elaborazione e controllo, solidità dei sistemi digitali;
• linearizzazione software della curva di calibrazione.
cui un’unica macchina ha dimostrato di saper offrire il
meglio di sé.Vediamo come.
DOVE IL CONTROLLO
È DI CASA
All’interno del Parco scientifico e tecnologico delle Telecomunicazioni di Rivalta
Scrivia è ubicato il Laboratorio Prove e Materiali della
Sineco spa (vedi box per il
profilo aziendale). La struttura , la cui costruzione risale a sei anni fa, è gestita dall’ing. Michele Mori, direttore
del laboratorio materiali da
costruzione e coordinatore
dei laboratori, e dal dott. Ernesto Ruberl, direttore del
laboratorio di geotecnica e
rocce. Nella sede, che occupa
una superficie di 1250 m2 e
ospita 5 laboratori (per materiali da costruzione, per terre, per conglomerati bituminosi, per rocce e per i controlli non distruttivi), opera
una trentina di persone. L’Advantest 9 di Controls è per
Sineco una macchina di nuova acquisizione, arrivata in
laboratorio lo scorso dicembre e collaudata nel gennaio
2005. Sineco, nel suo specifi-
co ambito di ingegneria del
controllo ha puntato da sempre sull’innovazione tecnologica (tecnologie non distruttive, strumentazione georadar, ultrasuoni, deflettometria…) sia sviluppata in proprio che reperita
sul mercato. Nel
suo graduale sviluppo ha ampliato il suo spettro di interesse,
dedicandosi anche alle prove
distruttive e attrezzando il laboratorio prove
e materiali che abbiamo visitato, inaugurato nel 1999.
La scelta di una macchina
come Advantest 9 si inserisce
nel mutato scenario in cui si
trova a operare il moderno
laboratorio di prova. Negli
ultimi due decenni l’approccio al dimensionamento e alle verifiche di proprietà dei
materiali rigidi è sostanzialmente cambiato. Da prescrittivo e pragmatico, con lo
sviluppo delle tecnologie e
dei modelli di calcolo infor-
matizzati, si è fatto molto più
definito e circostanziato. Nei
nuovi approcci progettuali si
analizza che cosa significhi
quando un materiale rigido
strutturale o naturale viene
definito “rotto”. E quale sia il
livello qualitativo di un’opera comprendente quel materiale. Se i programmi a elementi finiti per il calcolo di
tali materiali richiedono una
parametrizzazione degli stessi, occorre di conseguenza
trovare una macchina che lo
consenta. Cosa che Sineco
ha nello specifico individuato in Advantest 9.
L’originalità di questa fornitura è che Sineco ha richiesto la macchina ancora
prima che fosse completato il
progetto, proprio perché le
esigenze del progettista erano antecedenti a quello che la
tecnologia effettivamente
metteva a disposizione.
“Advantest 9 era una delle
macchine di maggiore interesse tecnologico esistente
sul mercato”, ha spiegato
l’ing. Mori,“in linea con i nostri standard. Quando programmiamo degli investimenti lo facciamo puntando
soprattutto sulla qualità, al
di là delle necessità operative. Nello specifico, avevamo
l’obiettivo di potenziare l’attività del laboratorio rocce,
acquisendo macchine di un
Il dottor
Ernesto Ruberl
L’ing. Michele
Mori
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certo tipo, con determinate
caratteristiche tecniche. E a
quanto ci risulta questa macchina è l’unica finora che
possa offrire determinate garanzie. In più, a parte l’unicità
della macchina, tra Sineco e
Controls esiste un rapporto di
fiducia ormai decennale”.
Eppure quando ha deciso
di acquistare l’Advantest 9,
qualche rischio Sineco se l’è
pure sobbarcato.
Si trattava infatti di un prodotto ancora in fase di sviluppo, che richiedeva non
solo ulteriori messe a punto,
ma che necessitava, soprattutto per quanto riguarda il
supporto informatico, di
un’assidua interfaccia tra il
personale Sineco e quello
Controls. Macchina perfettibile al momento dell’acquisto, Advantest 9, insomma, avrebbe potuto riservare sgradite sorprese in fase
di utilizzo. Così non è stato.
“Abbiamo intuito che questa macchina aveva grandi
potenzialità”, aggiunge il
dott. Ruberl, “che in seguito
sono state confermate. Per
noi era importante che Advantest 9 non solo fosse in
grado di eseguire determinati lavori, ma che permettesse anche di sviluppare il
nostro interesse per la ricerca e sviluppo, che ha consentito la nostra progressiva
specializzazione nell’effettuazione dei controlli.
Quindi ci interessava meno che il software dovesse
venire perfezionato: volevamo invece vedere come la
macchina lavorasse e quale
garanzia desse sulla precisione di misura. Abbiamo
dedicato a questa macchina, che offre un ventaglio
vastissimo di possibilità, a
seconda dello scopo finale
della nostra analisi, personale specializzato con cui
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SPECIALISTI IN INGEGNERIA DEL CONTROLLO
Sineco è una società per azioni operante nel settore dell’ingegneria del controllo e della manutenzione delle grandi infrastrutture di trasporto. La società, costituita nel 1987 da SINA (Società
Iniziative Nazionali Autostradali) e da alcune importanti società concessionarie autostradali, è oggi parte del gruppo ASTM spa – Autostrada Milano Torino – leader nella gestione delle infrastrutture
di trasporto cui fanno capo oltre 1200 Km di rete autostradale nazionale.
La società, altamente qualificata nel settore dei sistemi e dei procedimenti tecnici di indagine diagnostica, ha particolari competenze nell’attività di controllo e sorveglianza di opere stradali, nel
settore dell’ingegneria della manutenzione delle pavimentazioni stradali (oltre 5000 Km di rilievi l’anno eseguiti con l’impiego di varie tecnologie ad alto rendimento) e nel settore del controllo di qualità dei materiali impiegati nei lavori di manutenzione e di nuova costruzione delle infrastrutture viarie e ferroviarie. Elementi distintivi e qualificanti di Sineco sono quelli di essere sempre stata attenta allo sviluppo tecnologico investendo significativamente in ricerca e sviluppo, di
avere costantemente ampliato e aggiornato ai massimi livelli tecnologici il proprio parco strumenti
e di essere intervenuta in attività di progettazione e recupero di strutture e infrastrutture, offrendo
il proprio specifico contributo e verificando direttamente le capacità diagnostiche delle tecniche
in uso spesso sviluppate internamente dalla propria organizzazione.
Con sede legale e amministrativa e uffici tecnici a Milano, Sineco impiega un centinaio di persone e ha sedi operative ad Aosta, Imperia, Sarzana, Tortona e Villanova d’Asti. Il Laboratorio prove materiali è ubicato a Rivalta Scrivia (Tortona).
possa interagire. Ad oggi abbiamo due persone dedicate, entrambe laureate, con
una competenza in comportamenti elastici dei materiali, che interagiscono con
la macchina e con Controls
per le varie configurazioni e
gli schemi di acquisizione”
Nessun problema dunque?
“Qualche piccolo aggiustamento stiamo facendolo
nello sviluppo del software”, risponde l’ing. Mori, “che
in questa macchina è doppio: uno per il controllo delle funzioni di base e l’altro
per la gestione delle funzio-
ni avanzate. Mentre il primo è “fisso”, l’altro è lasciato libero all’utente, in funzione della richiesta di parametrizzazione del materiale avanzata dal progettista, ed è proprio questa totale libertà operativa che
può creare qualche piccolo
problema.
Le caratteristiche tecniche
e applicative di questa macchina, comunque, si sposano
perfettamente con le nostre
esigenze: si tratta infatti di
una macchina che ha avuto
una lunga gestazione progettuale e di messa a punto e
che però è ora in grado di venire incontro alle nostre necessità. E comunque per arrivare a questo risultato è
stata fondamentale l’interazione tra il fornitore e l’utilizzatore che si sono quasi
quotidianamente confrontati per mettere a punto la
soluzione ottimale”.
Attualmente Sineco sta affrontando la descrizione del
comportamento meccanico
dei materiali sottoposti a diverse sollecitazioni, per mezzo di prove eseguite in controllo di carico, spostamento
e deformazione. Ma le ca-
ratteristiche intrinseche della macchina non limitano il
suo campo applicativo ai materiali rigidi e all’utilizzo
esclusivo della macchina per
le finalità Sineco. Il fatto stesso che il laboratorio si trovi
all’interno di un Parco scientifico tecnologico in cui sono
insediati altri possibili fruitori (università, laboratori
della regione Piemonte…)
apre la strada a possibili future collaborazioni anche
con questi soggetti. Inoltre,
dal momento che ancora non
si conoscono le resistenze
residue dei materiali provenienti da rifiuti da demolizione l’Advantest 9 potrebbe rivelarsi utile anche per
questo scopo.
DOVE IL SAPERE
È TECNOLOGIA
Il Dipartimento di Scienze
Geologiche e Geotecnologie
dell’Università di Milano, costituitosi nel 1999, si è trasferito a giugno 2000 nella
nuova sede di Milano Bicocca, nell’edificio U4 di Piazza
della Scienza, di cui occupa i
primi tre piani. Il prof.Andrea
Cancelli ne è il direttore,
mentre il prof. Giovanni Crosta è responsabile dell’Unità
operativa di ricerca di geologia applicata. Responsabile tecnico dei laboratori di
geologia applicata e geofisica (su ogni piano circa la
metà degli spazi è dedicata a
questa attività) è la dottoressa Nicoletta Fusi. Ed è
FOCUS SULL’ADVANTEST 9
Controls ha sviluppato in collaborazione con alcune prestigiose Università Italiane una nuova macchina in grado di rispondere alle accresciute esigenze dei moderni laboratori. L’unità di comando servo-idraulica Advantest 9 è caratterizzata da alte prestazioni, facilità d’uso, flessibilità, precisione e rapidità delle impostazioni. È ideale sia per le prove tradizionali, quali le compressioni e flessioni su calcestruzzi, cementi, malte, blocchi, laterizi e simili, e il ciclo per la determinazione del
modulo elastico secante (E), sia per prove avanzate in controllo di carico, spostamento e deformazione. Le prove monoassiali e triassiali su carota di roccia
sono eseguite in controllo di deformazione assiale del campione sottoposto a un
carico assiale di schiacciamento, nel caso
di prove triassiali, si aggiunge una pressione
laterale di confinamento controllata dall’unità Controls Sercomp 7 che eleva la resistenza assiale. In questo modo è possibile misurare i moduli elastici assiale e trasversale e tracciare l’inviluppo di rottura.
Ecco le principali caratteristiche fisiche: Potenza: 750 W – Voltaggio 230 V, 50-60 Hz,
1 F – Dimensioni 470x410x1000 mm
(lxpxh) – Peso 120 kg (esclusi PC e stampante)
La dottoressa Nicoletta Fusi e, sopra,
due scorci del laboratorio
dell’Università di Milano
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proprio Nicoletta Fusi che ci
ha illustrato i fattori che hanno determinato la scelta di
Advantest 9, il cui start up è
iniziato lo scorso luglio.
“Innanzitutto le caratteristiche tecniche della macchina. Cercavamo una pressa da roccia sufficientemente rigida da essere adatta anche a materiali piuttosto resistenti, da affiancare a una
pressa per rocce tenere già in
nostra dotazione.
Avendo acquistato molte
delle nostre apparecchiature
da Controls e avendo potuto
verificare che, oltre alla qualità dei prodotti, l’assistenza
post vendita e il sostegno al
software che la Casa è in grado di fornire sono ottimi, la
nostra scelta è stata poi una
conseguenza naturale. E abbiamo confermato la nostra
fiducia a questo costruttore.
Un altro elemento che ha
motivato la nostra decisione
è stato poi il software, che
riteniamo di utilizzo imme-
Prova uniassiale su carota di roccia con misura delle deformazioni assiali e
circonferenziali
diato e che continua a piacerci molto, nonostante qualche fisiologico problema di
aggiustamento. Elemento determinante è stato poi il fatto di poter controllare via
software l’avanzamento della prova: il fatto che software e macchina si parlino e in
corso di prova si possano vicendevolmente scambiare
dati e parametri di riferi-
mento è per noi molto importante. L’interazione con il
software nel corso della prova, infatti, presenta l’indubbio vantaggio di modificare i
parametri in itinere, conferendo flessibilità alla prova
stessa.
A tale riguardo è nostra intenzione supportare Controls
nello sviluppo e nella sperimentazione di software per il
UN LABORATORIO PER LA RICERCA APPLICATA
L’Università degli Studi di Milano-Bicocca, ufficialmente costituita il 10 giugno 1998, è il settimo
ateneo di Milano. La facoltà di Scienze dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca è nata in prima istanza come Polo Tecnologico della facoltà di Scienze dell’Università degli Studi di Milano,
con l’introduzione dei corsi di laurea in Scienze Ambientali, Scienze dei Materiali e Biotecnologie. Con la separazione dei due atenei, questa facoltà ha individuato come principali tematiche
l’ambiente e la difesa del territorio, le scienze dei materiali e le biotecnologie.
Il Dipartimento di Scienze Geologiche e Geotecnologie, costituitosi nel 1999, si è trasferito a giugno 2000 nell’attuale sede dell’edificio U4 di Piazza della Scienza, di cui occupa i primi tre piani.
Su ogni piano circa la metà degli spazi sono dedicati ai laboratori di ricerca.
In particolare l’unità di ricerca di Geologia Applicata risponde pienamente alle finalità di difesa
del territorio, che il nuovo ateneo si era prefisso, occupandosi di problemi di tipo ambientale ed
applicativo. Campi di studio di questa unità sono: lo studio di fenomeni di instabilità in roccia e
in terreno; la realizzazione di carte inventario della pericolosità e del rischio da frana; la caratterizzazione fisico-meccanica di terre e rocce; la modellazione di fenomeni di piena e di trasporto
in massa. Questi filoni di ricerca si avvalgono del supporto di laboratori ben attrezzati, costituiti interamente da nuova strumentazione, in particolare: laboratorio preparazioni campioni di roccia, per la preparazione di carote e dischetti di roccia per le prove; laboratorio caratterizzazione geomeccanica delle rocce, con due presse triassiali da 250 e 3000 kN in controllo di sforzo e
deformazione, scatola di taglio per giunti in roccia e point load test; laboratorio caratterizzazione
terreni, con prove base per la classificazione (granulometrie, aerometrie, limiti di Atterberg); laboratorio di meccanica delle terre, con macchine di taglio, presse triassiali, edometri, cella di Wissa e apparecchiature per la determinazione della curva caratteristica di saturazione dei terreni.
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controllo delle diverse unità
che costituiscono il sistema”.
Nella delicata fase di installazione della macchina la
dott.ssa Fusi è stata affiancata
da un ricercatore del Politecnico di Milano, Ing. Riccardo Castellanza, con il quale vengono organizzati anche stage mirati all’utilizzo
dell’Advantest 9. Uno studente ha già effettuato alcune prove per la caratterizzazione di grossi blocchi di frana e due nuovi stagisti si occuperanno invece della caratterizzazione dei banchi di
gesso delle formazioni triassiche delle Prealpi lombarde;
questo ambito applicativo è
molto interessante e fa riferimento anche alle problematiche di instabilità di cave
di gesso utilizzato come inerte, sia a cielo aperto che in
sotterraneo, che negli anni
70 sono state indiscriminatamente sfruttate.
Nonostante lo scopo primario dei Laboratori di Mi-
L’esperienza internazionale
Tra gli utilizzatori di Advantest, anche la prestigiosa Università
spagnola di Oviedo, che ha acquistato la macchina nel giugno
del 2004.Abbiamo parlato di questa scelta con il prof. Celestino
Gonzales Nicieza, docente alla Scuola Tecnica Superiore di
Ingegneria Mineraria “Guillermo Schulz” dell’ateneo.
UN SOFTWARE APERTO
È sufficiente utilizzare per qualche istante uno dei moduli
software che possono essere installati per apprezzare la completezza delle funzioni, la particolare attenzione alla facilità
e immediatezza d’uso e le potenzialità del sistema di visualizzazione grafica e numerica dei dati.
La macchina utilizza 3 interfacce utente: il display grafico, la
tastiera alfanumerica di controllo e il PC con il relativo software che consente il controllo remoto di tutte le funzioni e il monitoraggio in tempo reale dell’esecuzione della prova. Viene
fornita completa di PC di ultima generazione e stampante. Il
software viene fornito su supporto magnetico ma anche preinstallato e configurato in fabbrica per consentire di utilizzare la macchina subito dopo l’installazione.
Macchine Edili - Quali sono secondo voi i fiori all’occhiello di questa
apparecchiatura, dal punto di vista tecnologico e applicativo.
Gonzales Nicieza – Il sistema per prove triassiali composto dalle due unità
Controls Advantest 9 e Sercomp 7 permette il controllo totale della pressione
assiale durante la prova stessa, mantenendola durante la rottura e permettendo incrementi di pressione laterale durante il carico. Allo stesso modo, la
macchina per prove di compressione monoassiali è realizzata per misurare la
resistenza a rottura attraverso il controllo di deformazione e non attraverso il
controllo di carico o spostamento.
Macchine Edili - Quante persone operano nel vostro laboratorio?
Gonzales Nicieza - Nel laboratorio vengono impartite lezioni pratiche da due
professori, gli stessi che utilizzano le macchine e seguono gli studenti durante le lezioni.
Macchine Edili - Quali prove vengono effettuate con l’Advantest?
Gonzales Nicieza - Con questa macchina vengono realizzate prove di compressione monoassiale con misurazione della deformazione, trazione indiretta
e triassiali.
Macchine Edili - Quale è la vostra attività primaria come laboratorio (solo
in ambito universitario o anche per conto terzi)?
Gonzales Nicieza - Questo laboratorio viene utilizzato a scopo didattico e per
la pratica delle varie materie.
lano Bicocca sia quello della
ricerca e dell’utilizzo delle
apparecchiature per la formazione didattica degli studenti, il Dipartimento si è
dotato di un tariffario in modo da effettuare anche prove
conto terzi.
E anche se per il momento nulla del genere è stato
fatto con l’Advantest9, l’apparecchiatura di Controls
rientra tra quelle utilizzabili per questo scopo.
Un altro aspetto che il Dipartimento intende sviluppare grazie alle caratteristiche
di duttilità di Advantest 9, è
quello legato all’effettuazione delle prove Multistage.
Partendo dal presupposto
che, per la natura stessa del
materiale da testare, sia difficile ottenere provini di roccia rappresentativi di un intero ammasso, l’intenzione
è quella di non portare a rottura completa il provino, bensì di ottenere le caratteristiche della roccia con un solo
provino (normalmente ne
servono 3) semplicemente
avvicinandosi al punto di rot-
tura e aumentando gradualmente il carico assiale e il
carico laterale di confinamento. Un’operazione che,
tra l’altro, consente un notevole risparmio di tempo.
“Attualmente utilizziamo
Advantest 9 solo per le applicazioni che riguardano le
ex cave in gesso e lo studio
delle frane in roccia” ha concluso la dott.ssa Fusi. “Ma
contiamo che questa apparecchiatura incida molto in
futuro per lo studio delle caratteristiche dei materiali lapidei.
Nell’ambito specifico della ricerca applicata finalizzata
alla tutela del territorio la
versatilità di questa apparecchiatura, che si traduce
nella molteplicità delle applicazioni, risulta per noi un
elemento-chiave”. Advantest si conferma quindi una
macchina con potenzialità
ancora inesplorate. Che fa
un ottimo lavoro non solo
con le rocce ma anche su
calcestruzzi e cementi. Ed è
quello che scopriremo nella
prossima puntata.
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