Nella diagnostica strutturale, le prove distruttive e semidistruttive comportano la distruzione del campione di materiale esaminato. Denominate anche “metodi diretti”, le prove distruttive e semidistruttive possono essere:
prove meccaniche, come la curva sforzo-deformazione fino alla rottura del provino o il modulo elastico dinamico mediante ultrasuoni, eseguite su campioni di calcestruzzo o di armatura o di altro materiale prelevati dalla struttura esistente attraverso le tecniche di taglio o di carotaggio
esami analitici eseguiti in laboratorio, di carattere fisico, chimico, petrografico e mineralogico
Nell’ingegneria diagnostica, le prove distruttive e semidistruttive comportano la distruzione del campione di materiale (calcestruzzo, legno, acciaio…) e consistono in esami analitici (fisici, chimici, petrografici) o in prove meccaniche su campioni di materiale prelevati dalla struttura esistente.
Il carotaggio consiste nel prelevare campioni cilindrici di calcestruzzo da strutture esistenti, attraverso una perforazione, per esaminarne la qualità. Il micro-carotaggio è una variante meno invasiva, utilizzando strumenti di dimensioni ridotte.
Le prove a compressione vengono effettuate sui campioni prelevati per misurare la resistenza del calcestruzzo in opera.
Questi test sono fondamentali per valutare la capacità portante e la sicurezza strutturale di edifici o infrastrutture, garantendo che il calcestruzzo soddisfi i requisiti di progetto e sicurezza.
La prova di carbonatazione del calcestruzzo in opera serve a misurare la profondità di penetrazione della CO₂ nell’elemento strutturale.
Viene eseguita prelevando una carota di calcestruzzo e applicando una soluzione di fenolftaleina: la variazione di colore indica la zona carbonatata.
Questa prova è importante perché la carbonatazione riduce il pH del calcestruzzo, esponendo l’armatura all’ossidazione e compromettendo la durabilità della struttura. Lo scopo primario è valutare la vita utile residua e la necessità di interventi di manutenzione.
La prova di reazione alcali-aggregato nel calcestruzzo in opera serve a rilevare la presenza di reazioni chimiche tra gli alcali del cemento e alcuni aggregati reattivi, che possono causare espansioni e fessurazioni nel tempo.
Questa prova si esegue analizzando campioni di calcestruzzo e osservando eventuali segni di degrado, come microfessure o rigonfiamenti. È importante perché la reazione può compromettere la durabilità e la sicurezza strutturale.
Lo scopo primario è prevenire il deterioramento progressivo del calcestruzzo e pianificare eventuali interventi correttivi.
La prova del profilo di penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo in opera misura la quantità e la profondità di penetrazione dei cloruri all’interno della struttura.
Viene eseguita prelevando campioni di calcestruzzo e analizzando chimicamente la concentrazione di cloruri a diverse profondità. Questa prova è importante perché i cloruri possono corrodere le armature in acciaio, riducendo la durabilità e la sicurezza strutturale.
Lo scopo primario è valutare il rischio di corrosione e pianificare interventi per prevenire il degrado della struttura.
La prova di ricerca degli ioni solfato nel calcestruzzo in opera serve a rilevare la presenza e la concentrazione di solfati all’interno della struttura.
Si esegue prelevando campioni di calcestruzzo e analizzandoli chimicamente per individuare i solfati.
Questa prova è importante perché i solfati possono causare espansioni e degrado del calcestruzzo, compromettendo la sua integrità e durabilità.
Lo scopo primario è prevenire il deterioramento strutturale e pianificare eventuali interventi di riparazione.
La prova penetrometrica con sonda Windsor nel calcestruzzo in opera misura la resistenza superficiale del materiale.
Si esegue sparando un perno metallico nella superficie del calcestruzzo e valutando la profondità di penetrazione: maggiore è la penetrazione, minore è la resistenza.
È importante perché fornisce una stima non distruttiva della resistenza del calcestruzzo senza prelievo di campioni.
Lo scopo primario è valutare la qualità e l’uniformità del calcestruzzo in situ, identificando eventuali debolezze o aree degradate.
La prova pull-off è indicata per l’analisi dei danni riportati dalle superfici in calcestruzzo, per la misura dell’aderenza di intonaci e malte su superfici in calcestruzzo, per il controllo del grado di adesione di rivestimenti isolanti e l’efficacia dell’adesione al substrato di rivestimenti anticorrosivi e di finiture pittoriche. Inoltre, la prova dia aderenza pull-off è anche raccomandata per la verifica di adesione per i rinforzi fibrorinforzati.
Consiste nell’incollare un disco metallico alla superficie e applicare una forza di trazione fino a provocare il distacco.
È importante perché permette di misurare la resistenza allo strappo del calcestruzzo o dei rivestimenti applicati, come intonaci o pitture.
Lo scopo primario è verificare la qualità dell’adesione o la coesione del materiale, individuando eventuali problemi di delaminazione o bassa resistenza superficiale.
La prova pull-out in opera misura la resistenza a trazione del calcestruzzo estraendo un tassello o un inserto metallico ancorato all’interno della struttura.
Viene applicata una forza di estrazione fino al distacco del tassello, e il carico necessario viene utilizzato per stimare la resistenza del calcestruzzo.
Questa prova è importante perché fornisce una valutazione diretta della resistenza meccanica del calcestruzzo senza distruggere la struttura.
Lo scopo primario è verificare la qualità del calcestruzzo in situ, soprattutto in aree critiche, garantendo sicurezza e prestazioni strutturali.
Le indagini endoscopiche vengono utilizzate per l’esame in sito di cavità, naturali e artificiali, al fine di osservare direttamente, in punti inaccessibili, morfologia, tipologia e stato di conservazione dei materiali e delle strutture
La prova video endoscopica in opera utilizza una sonda dotata di telecamera per ispezionare l’interno di strutture attraverso piccoli fori.
Questo metodo consente di osservare cavità, fessure, corrosioni o difetti interni senza danneggiare la struttura. È importante perché permette di valutare lo stato di conservazione e identificare problemi nascosti che potrebbero compromettere la durabilità o la sicurezza della struttura.
Lo scopo primario è effettuare diagnosi accurate e pianificare interventi di manutenzione mirati.
Le prove con martinetto piatto singolo forniscono una misura dello stato tensionale esistente nelle murature attraverso la lettura della pressione necessaria al riequilibrio deformativo dei lembi di un taglio piano praticato perpendicolarmente alla superficie di prova.
Si effettua praticando un taglio nella superficie e inserendo un martinetto piatto che, applicando una pressione, ristabilisce lo stato di deformazione originale.
È importante perché consente di valutare direttamente lo stato di sollecitazione e la resistenza della struttura senza distruggerla.
Lo scopo primario è determinare la capacità portante e lo stato tensionale delle murature esistenti, fornendo dati utili per interventi di consolidamento o verifica
La prova con il martinetto piatto doppio in opera serve a determinare la deformabilità e la resistenza meccanica delle murature.
Si eseguono due tagli paralleli nella muratura, inserendo martinetti piatti in entrambi per applicare una pressione controllata. Questa prova è importante perché fornisce una misura diretta della capacità di deformazione e della resistenza della struttura sotto carico.
Lo scopo primario è valutare la sicurezza e la stabilità delle murature, aiutando a pianificare interventi di consolidamento o ristrutturazione.
La prova di scorrimento della muratura in opera sotto carichi verticali misura la resistenza della muratura allo scorrimento o al taglio orizzontale.
Si applica una forza orizzontale crescente su un pannello murario, mantenendo il carico verticale costante, fino a raggiungere la rottura.
È importante perché permette di valutare la capacità della muratura di resistere a sforzi di taglio, che possono essere critici in caso di eventi sismici o carichi laterali.
Lo scopo primario è verificare la stabilità e la sicurezza strutturale delle murature sotto sollecitazioni combinate.
La prova di scorrimento di un concio murario tramite l’uso di martinetti piatti, fornisce informazioni utili per identificare i parametri di sforzo che governano il meccanismo di rottura a taglio per scorrimento. Scopo della prova è stimare le caratteristiche di resistenza a taglio della muratura tramite un’indagine debolmente distruttiva.
Si posizionano martinetti piatti in appositi tagli orizzontali nella muratura, applicando una forza controllata per indurre lo scorrimento.
È importante perché permette di valutare la capacità della muratura di sopportare sforzi di taglio, critici per la stabilità strutturale, soprattutto in caso di sisma.
Lo scopo primario è determinare la resistenza al taglio per pianificare interventi di consolidamento e garantire la sicurezza della struttura.
La prova a compressione diagonale è una prova distruttiva che viene effettuata su una muratura per determinarne la rigidezza a taglio.
Si applica una forza di compressione lungo una diagonale di un pannello murario, provocando uno sforzo combinato di compressione e taglio.
È importante perché permette di determinare la resistenza della muratura a forze diagonali, particolarmente rilevanti in condizioni sismiche.
Lo scopo primario è misurare la capacità portante della muratura e identificare eventuali necessità di rinforzo per migliorare la sicurezza strutturale.
Il succhiello di Pressler, anche chiamato sonda incrementale, è uno strumento che permette di prelevare una “carota” di legno del diametro di 5 mm e lunghezza da 30 a 50 cm.
Del campione estratto è possibile determinare la sua resistenza meccanica attraverso il frattometro meccanico, un apparecchio suddiviso in due parti: la parte fissa superiore e la parte mobile inferiore. Fra la due parti si trova una molla meccanica a spirale che, attraverso i movimenti rotatori, viene caricata fino alla rottura.
La misura delle resistenza del legno può essere letta da una scala all’esterno dell’involucro, dove sono riportate anche informazioni riguardo all’angolo di flessione che ha portato alla rottura. I due valori ricavati, angolo di flessione e momento di flessione, misurano la rigidità.
Lo scopo della prova penetrometrica su legno è la conoscenza dello stato di conservazione degli elementi lignei. La prova è una indagine indiretta assimilabile alla prova sclerometrica che si effettua tradizionalmente su elementi strutturali in calcestruzzo, e consiste nell’inserire un ago in acciaio nell’elemento.
Il penetrometro utilizzato è il completamento di uno sclerometro per calcestruzzo a cui viene aggiunto sull’asta di percussione una cuffia in acciaio capace di sostenere un puntale costituito da un’astina in acciaio a sezione circolare del diametro di 2,5 mm di lunghezza totale pari a 50 mm, con punta terminale tronco conica ad angolo di inclinazione di 35°. Si avvicina lo strumento al legno e si applicando 5 rimbalzi lasciando penetrare l’asta nel legno.
Tramite il comparatore centesimale dedicato si misura l’entità della penetrazione. Misurando la penetrazione dell’ago possiamo risalire, dall’apposita curva di conversione “penetrazione – modulo elastico”, precedentemente fornita dalla ditta produttrice dello sclerometro per legno, al modulo di elasticità a flessione.
La prova permette di valutare la qualità del legno e l’individuazione di fratture e cavità interne al legno, lungo un percorso preso in esame.
La prova si esegue mediante uno strumento che misura la resistenza alla penetrazione di una punta sottile di lunghezza pari a 30 cm che avanza con un movimento combinato di rotazione e di avanzamento a velocità costante.
Gli esiti vengono letti con la restituzione grafica del profilo di densità che riporta, in ordinata, la resistenza ed, in ascissa, la profondità di penetrazione.
L’ispezione con liquidi penetranti è un metodo particolarmente idoneo per evidenziare e localizzare discontinuità superficiali, quali cricche, porosità, ripiegature, in modo veloce ed economico e con grande accuratezza.
Il controllo viene effettuato principalmente per la verifica delle saldature sui materiali metallici, ma può essere eseguito anche su materiali di altra natura, purché essi risultino inerti rispetto ai prodotti impiegati per l’indagine e non siano eccessivamente porosi.
Una sostanza liquida a bassa tensione superficiale (ed elevato potere bagnante) capace di penetrare entro discontinuità superficiali anche molto fini, viene deposta sul pezzo da testare. I difetti superficiali e subsuperficiali assorbono il liquido per capillarità.
Una seconda sostanza (rivelatore) mette in evidenza la risalita capillare. Si formano delle indicazioni visibili ad occhio nudo (macchie) in corrispondenza della posizione del difetto.
Col termine esame visivo si indicano tutte quelle tecniche che permettono l’osservazione diretta di superfici. L’indaginepermette di rilevare un numero vastissimo di difetti quali cricche, corrosioni, alterazioni di colore, erosioni, deformazioni, irregolarità della finitura superficiale, variazioni dimensionali etc.
L’esame visivo delle saldature restituisce informazioni preziose circa la presenza di eventuali difetti quali cricche, cavità, inclusioni solide, mancanza di fusione o di penetrazione, difetti di forma e dimensione. Tali informazioni possono essere utili anche per ricavare elementi di previsione sui difetti interni più probabili derivanti dalla particolare tecnica operativa.
Un esame più dettagliato può essere ottenuto grazie all’utilizzo di una lente per ingrandimenti. Un buon esame visivo, infine, facilita la corretta interpretazione di prove endoscopiche e/o ultrasoniche.
L’indagine permette, in maniera semplice e veloce, la misura della durezza di un materiale. La prova consiste nella penetrazione di uno strumento, il microdurometro, sull’elemento da indagare e nella successiva misura dell’impronta lasciata dall’impatto.
Il microdurometro è un penetratore dotato all’estremità di diamante di forma piramidale con un’apertura di 136°. La stima della durezza, valore numerico che indica le caratteristiche di deformabilità plastica di un materiale, avviene attraverso la misura dell’area dell’impronta lasciata dal penetratore.
Il microdurometro, infatti, è dotato di un microscopio ottico metallografico. L’ottica dello strumento consente di visualizzare l’impronta e di misurarne le diagonali e, quindi, la durezza. Al penetrometro vengono applicati piccoli carichi, da cui il termine microdurometro. Mediante correlazioni di tipo sperimentale è possibile, inoltre, legare la durezza del materiale alla sua resistenza a trazione.
L’ispezione mediante ultrasuoni è un metodo non distruttivo in cui le onde sonore ad alta frequenza sono introdotte nel materiale da esaminare, allo scopo di evidenziare difetti superficiali o interni, misurare lo spessore dei materiali, misurare la distanza e la dimensione delle difettosità.
Il controllo ultrasonoro si basa essenzialmente sul fenomeno della trasmissione di un’onda acustica nel materiale. Gli ultrasuoni UT sono onde elastiche e più precisamente vibrazioni meccaniche aventi frequenza superiore a quella udibile dell’orecchio umano. Suoni udibili ed ultrasuoni sono della stessa natura; il limite di separazione si ha alla frequenza di circa 16000 Hz. Per il controllo degli acciai il campo di frequenza impiegato varia da 0.4 MHz a 5 MHz. Gli ultrasuoni, in quanto onde, sono caratterizzati da parametri fisici quali la frequenza, la lunghezza d’onda, la velocità di propagazione e l’intensità, e subiscono i fenomeni di riflessione e rifrazione sulla superficie di separazione di due mezzi differenti, la diffusione e la diffrazione da parte di ostacoli, l’attenuazione attraverso un mezzo.
Proprio queste ultime proprietà delle onde ultrasonore vengono sfruttate per la tecnica di controllo: l’ultrasuono viene inviato nel pezzo in esame da una sonda emittente e subisce i fenomeni fisici sopraelencati in presenza di discontinuità. A seconda che si utilizzi una o due sonde le tecniche di indagine ultrasonora si dividono in due grandi famiglie:
▪ Tecniche in trasmissione (“through-trassmission”);
▪ Tecniche in riflessione (“pulse-echo”).
Nella tecnica in trasmissione si impiegano due sonde, una trasmittente ed un ricevente, e si esamina l’onda che ha attraversato l’elemento senza tener conto dell’onda riflessa. Nella tecnica per riflessione, invece, si utilizza una sola sonda, che funge da trasmittente e ricevente, e si esamina esclusivamente l’onda riflessa per ottenere informazioni su eventuali difetti presenti nell’elemento.Il segnale emesso da una sonda trasmittente (piana o inclinata), penetra all’interno dell’elemento da testare e viene riflesso se incontra una discontinuità; il segnale riflesso è captato dalla stessa sonda emittente (tecnica per riflessione o “pulse-echo”). Il segnale di partenza e quello riflesso (eco) vengono visualizzati sull’oscilloscopio dello strumento tramite due picchi. La distanza tra i due picchi è proporzionale alla distanza fra la discontinuità e la superficie dell’elemento su cui scorre la sonda. Inoltre l’ampiezza dell’eco riflesso dalla discontinuità fornisce un’informazione sul tipo e sulla giacitura del difetto presente.
Il metodo ultrasonico consente di rilevare difetti anche a considerevoli profondità e in parti interne dell’elemento, a condizione che esso sia un conduttore di onde sonore. E’ utilizzato ampiamente per il controllo della saldature, specialmente a piena penetrazione.
La magnetoscopica (MT) è una tecnica non distruttiva per localizzare difetti superficiali e subsuperficiali nei materiali ferromagnetici.
Il metodo magnetoscopico si basa sull’analisi delle variazioni nel campo magnetico che si verificano in presenza di difetti superficiali o sub-superficiali. Con la verifica mediante MT quando l’oggetto da testare viene magnetizzato, le irregolarità che si trovano generalmente in senso trasversale al campo magnetico determinano una deviazione delle linee di flusso del campo magnetico stesso.
Se il difetto poi affiora in superficie, parte delle linee di flusso del campo magnetico vengono disperse oltre la superficie stessa. Per l’individuazione del difetto viene spruzzato sulle superfici, attraverso soffietti, delle polveri ferromagnetiche colorate o fluorescenti.
Queste particelle si concentreranno allineandosi lungo le linee di flusso del campo magnetico, formando un “profilo” della discontinuità che generalmente ne indica la posizione, la dimensione, la forma e l’estensione.
La magnetoscopica è particolarmente adatta per la ricerca di difetti superficiali e subcorticali: cricche, inclusioni, ripiegature, ecc. È un metodo sensibile che può essere applicato su particolari finiti o semilavorati, lamiere, forgiature, saldature testa a testa, saldature ad angolo, carpenterie e parti meccaniche.
Casi tipici di applicazione del metodo magnetoscopico sono le fusioni in acciaio a struttura ferritica, i fucinati, gli estrusi, gli stampati, le saldature ed altri componenti a matrice ferritica.
