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Controlli non distruttivi
Nella diagnostica strutturale e nel monitoraggio delle opere civili, le prove non distruttive svolgono un ruolo fondamentale. Le indagini e i test non distruttivi sono tecniche e procedure di tipo non invasivo, impiegate per valutare le condizioni fisiche e/o meccaniche di un materiale e tramite le quali è possibile riscontrare eventuali discontinuità nell’oggetto in esame.
Generalmente, le prove non-distruttive vengono suddivise in due tipi:
- Passive
- Attive
In genere, le prove non-distruttive presentano le seguenti proprietà:
- mantengono integra la struttura indagata
- forniscono risultati di tipo sia qualitativo che quantitativo
- danno informazioni globali in maniera semplice e rapida
Oltre ad emettere una diagnosi, le prove non distruttive vengono spesso utilizzate anche per guidare il tecnico in un prelievo di campioni da sottoporre a specifiche prove di laboratorio.
Indagini non distruttive: quali sono?
Indagini magnetometriche
Utilizzando uno scanner (pacometro) si esegue la rilevazione delle armature inglobate nei getti di calcestruzzo. Lo strumento impiegato si basa su principi di induzione elettromagnetica, ovvero sfrutta le proprietà magnetiche del ferro per la localizzazione delle armature e consente di valutare lo spessore del copriferro, della posizione e della direzione delle armature (soprattutto di quelle in prossimità della superficie del getto), nonché una stima del loro diametro.
L’uso del pacometro è propedeutico alle indagini ultrasoniche o sclerometriche, ed in caso di esecuzione di carotaggi per individuare le zone libere dalle armature, da sottoporre a prova.
Prove sclerometriche
Prova utile a determinare la durezza superficiale del calcestruzzo mediante l’utilizzo di uno sclerometro, noto anche come “martello di Schmidt”, ossia un martello di acciaio azionato da una molla.
Ciò permette di valutare l’uniformità del calcestruzzo in-situ, delineare le zone di degrado e di scarsa qualità e stimare la resistenza meccanica del calcestruzzo indurito in base alla durezza superficiale, mediante opportuna correlazione, tenendo conto di alcuni fattori, quali: tipo di calcestruzzo e durezza dell’aggregato lapideo, carbonatazione dello strato corticale, direzione della prova umidità della superficie.
Prova ultrasonica
La velocità di propagazione degli impulsi in un mezzo dipende dalla sua densità e dalle sue proprietà elastiche, a loro volta correlate alla qualità e alla resistenza del materiale stesso.
La prova consiste nella misurazione del tempo di trasmissione degli impulsi ultrasonici dalla sonda trasmittente a quella ricevente (c.d. “tempo di volo”) per risalire, nota la distanza percorsa, alla velocità di propagazione apparente.
Il dato ottenuto viene completato dall’osservazione dell’attenuazione dell’intensità del segnale ricevuto rispetto all’intensità del segnale in ingresso.
Le indagini ultrasoniche permettono di ricavare informazioni relativamente a:
L’indagine non è invasiva. Richiede solo l’accesso alla superficie esterna dell’elemento strutturale per il posizionamento delle sonde.
Prove combinate e metodo SonReb
Stima del valore approssimato di resistenza del calcestruzzo in opera tramite metodo SonReb (SONic &REBound), noti il valore medio dell’impulso ultrasonico e il valore medio dell’indice di rimbalzo sclerometrico, tramite l’utilizzo delle principali formulazioni empiriche proposte in letteratura e grafici sperimentali di correlazione, costituiti da famiglie di curve di isoresistenza.
L’ utilizzo combinato dei due metodi non distruttivi, quello ultrasonico e quello sclerometrico, permette una stima della resistenza del calcestruzzo più accurata rispetto a quella che si può ottenere utilizzando uno solo dei due metodi.
Il vantaggio sostanziale della combinazione del doppio metodo sta nel fatto che fattori come umidità e grado di maturazione del calcestruzzo hanno effetti opposti sui due metodi. Inoltre, lo sclerometro analizza solo lo strato superficiale, su cui influisce notevolmente la carbonatazione, mentre l’indagine ultrasonica analizza il materiale in tutto il suo spessore.
Rispetto alla velocità di propagazione degli impulsi, il metodo Sonreb riduce l’influenza della granulometria dell’inerte, del dosaggio e del tipo di cemento. E rispetto al solo metodo dell’indice di rimbalzo, riduce l’effetto della variazione della qualità tra gli strati superficiali e gli strati profondi del calcestruzzo in esame.
Georadar
Il georadar è composto da un’antenna a contatto che scorre sulla superficie da indagare e di un computer per la memorizzazione e l’analisi dei dati.
Un sistema video-radar a banda larga invia onde elettromagnetiche che, riflettendosi, danno lo spettro di oggetti e manufatti non altrimenti rivelabili. La rifrazione delle onde sugli oggetti rilevati genera un radargramma che, una volta interpretato, fornisce informazioni sulla posizione, direzione, profondità e diametro delle armature.
Indagine termografica
Strumento per indagini non distruttive volto all’individuazione di lesioni strutturali, tessiture murarie, distacchi di intonaco.
Le analisi termografiche sono fondamentali per determinare la posizione di elementi strutturali non altrimenti individuabili ad occhio nudo.
La termografia ad infrarossi (IR), misurando la radiazione infrarossa di un oggetto, è in grado di determinarne la temperatura superficiale.
Il funzionamento della termocamera si basa sulla capacità che hanno i corpi di assorbire e rilasciare il calore. Lo strumento genera mappe in diversi colori che associano ad ogni temperatura rilevata un colore corrispondente.
Prove di carico statico
Tramite le prove di carico è possibile valutare il comportamento elastico e le caratteristiche di deformabilità di strutture e manufatti, come solai, pali di fondazione, travature reticolari, etc…
Lo scopo della prova di carico è identificare la corrispondenza del comportamento teorico con quello sperimentale verificando che durante la prova non vi siano dissesti, lesioni o spostamenti, e che la deformazione elastica non risulti maggiore di quella calcolata.
In genere, le prove di carico vengono effettuate sistemando il carico su un’area limitata sufficientemente distante dalle travi o dai sostegni paralleli alla direzione dell’orditura del solaio per non risentire del loro possibile effetto collaborante. L’intensità del carico viene stabilita in relazione alle previsioni progettuali e in modo tale da indurre le massime sollecitazioni di progetto.
I carichi di prova distribuiti possono essere costituiti da vasche o serbatoi riempiti con acqua. Nelle prove a tiro, la deformazione della struttura viene indotta dalla messa in trazione, mediante tiro, di uno o più martinetti idraulici vincolati alla struttura di prova con funi o catene e ancorati con tasselli alla struttura inferiore o a delle zavorre.
In altri casi vengono utilizzati serbatoi sospesi.
Durante le fasi di carico, gli spostamenti vengono acquisiti mediante lettura dai relativi strumenti di misura, preventivamente disposti in punti significativi. Gli strumenti di misura impiegati devono essere coerenti, per sensibilità, risoluzione e accuratezza, coi valori attesi.
Talvolta vengono usati sistemi di misura automatici, di tipo digitale, che permettono di acquisire le letture in continuo con la parziale elaborazione in sito dei parametri di prova.
Mappatura del potenziale di corrosione
Trattasi della verifica dello stato di corrosione delle barre di armatura del calcestruzzo in maniera non distruttiva. Tale prova, di tipo elettrochimico, serve per identificare zone del calcestruzzo armato che necessitano di interventi di ripristino o protettivi.
Un elettrodo di rame (anodo) viene appoggiato sulla superficie all’estradosso dell’elemento strutturale da esaminare, previo trattamento di umidificazione della superficie di calcestruzzo stessa. L’elettrodo negativo è invece costituito da una barra d’armatura, parzialmente scoperta e collegata ad un voltmetro, per misurarne la differenza di potenziale (E).
Analisi della tessitura muraria e stima dell’indice di qualità muraria
L’Indice di Qualità Muraria (IQM) è un metodo semplificato per la valutazione qualitativa della vulnerabilità e della propensione al degrado e al dissesto di un paramento murario.
Il metodo si basa sull’osservazione della rispondenza alle regole dell’arte muraria, mettendo in evidenza le varie carenze strutturali e assegnando loro un “peso” nella valutazione qualitativa.
Per la valutazione della qualità muraria è fondamentale definire i fattori che costituiscono la regola d’arte nell’ambito delle costruzioni in muratura.
Nello specifico, vengono presi in esame 7 parametri:
- qualità della malta
- presenza di diatoni
- forma degli elementi
- dimensione degli elementi
- sfalsamento fra i giunti verticali
- filari orizzontali
- qualità degli elementi resistenti
Prove penetrometriche
La prova penetrometrica su calcestruzzo valuta la resistenza a compressione del calcestruzzo in opera attraverso l’infissione e la misurazione della penetrazione di una sonda metallica normalizzata.
La prova si basa sull’impiego di sonde d’acciaio aventi 8 mm di diametro, infisse mediante una pistola e fatte penetrare per circa 4 mm su superfici piane (orizzontali o verticali) di strutture in calcestruzzo gettate in opera o prefabbricate. La sonda frantuma e comprime una zona di circa 1 dm3.
Per una singola stima, si impiegano tre sonde, sistemate ai vertici di un triangolo individuato mediante una dima di dimensioni standard.
Il valore della lunghezza della sonda che fuoriesce dalla superficie di calcestruzzo, integrato al valore di durezza Mohs dell’aggregato, consente di estrapolare la resistenza a compressione del calcestruzzo.
Determinazione del profilo resistografico
Prova che permette di valutare la qualità del legno e l’individuazione di fratture e cavità interne al legno, lungo un percorso preso in esame.
Viene utilizzato uno strumento che misura la resistenza alla penetrazione di una punta sottile lunga circa 30 cm, che avanza con un movimento combinato di rotazione e di avanzamento a velocità costante. I risultati vengono letti con la restituzione grafica del profilo di densità che riporta, in ordinata, la resistenza e, in ascissa, la profondità di penetrazione.
Valutazione del modulo elastico tramite Pilodyn
La prova permette di stimare il modulo elastico del legno in base ad opportune correlazioni con la profondità di penetrazione di un punzone cilindrico, infisso in senso perpendicolare alla superficie ad energia costante.
La prova consiste nell’infliggere nel legno una sottile punta cilindrica di acciaio sparata da pochi millimetri di distanza dalla superficie del materiale, sfruttando l’energia di una molla tarata e caricata manualmente. La penetrazione della punta dipende da più fattori, quali, la massa volumica del materiale e l’eventuale presenza di alterazioni causate da funghi ed insetti.
Esame visivo (VT)
Espressione che indica tutte quelle tecniche che consentono di osservare direttamente le superfici. Questo tipo di indagine permette di rilevare un numero molto alto di difetti, come cricche, corrosioni, erosioni, alterazioni di colore, deformazioni, irregolarità della finitura superficiale, variazioni dimensionali, etc…
Nel caso delle saldature, l’esame visivo restituisce informazioni molto utili circa la presenza di eventuali difetti: cavità, inclusioni solide, mancanza di fusione o di penetrazione, difetti di forma e dimensione.
Per un esame più dettagliato può essere utile utilizzare una lente per ingrandimenti.
Prova con micro durometro Vickers
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 avviene attraverso la misura dell’area dell’impronta lasciata dal penetratore.
Ispezione con liquidi penetranti (LPI)
Metodo per evidenziare e localizzare discontinuità superficiali, come porosità, cricche, ripiegature, con grande accuratezza. Di solito, questo tipo di prova viene effettuato per verificare le saldature sui materiali metallici, ma può essere effettuato anche su materiali di altra natura, purché non siano troppo porosi e siano inerti rispetto ai prodotti impiegati per l’indagine.
Una sostanza liquida a bassa tensione superficiale ed elevato potere bagnante viene depositata sul pezzo da testare. Gli eventuali difetti superficiali e subsuperficiali assorbono il liquido per capillarità. Una seconda sostanza (c.d. rivelatore) mette in evidenza la risalita capillare.
In corrispondenza dei difetti emersi, si formano macchie visibili a occhio nudo.
Esame magnetoscopico (MT)
La magnetoscopica (MT) è una tecnica non distruttiva usata 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.
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 poi il difetto affiora in superficie, parte delle linee di flusso del campo magnetico vengono disperse oltre la superficie stessa.
Per individuare gli eventuali difetti, sulle superfici vengono spruzzate delle polveri ferromagnetiche colorate o fluorescenti. Queste particelle si concentreranno, allineandosi, lungo le linee di flusso del campo magnetico, indicandone così 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, etc…
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.
Prova penetro metrica (durometro)
Indagine che consente la misurazione della durezza di un materiale.
La prova consiste nella penetrazione di uno strumento, il durometro, sull’elemento da indagare e nella successiva misura dell’impronta lasciata dall’impatto.
Esistono molti tipi di durometri, ognuno destinato ad una specifica applicazione e dotato di una propria scala di misura.
Il principio di funzionamento dei durometri è comunque pressoché identico per tutte le varie tipologie: una punta (detta penetratore), di forma varia, viene spinta con una forza nota contro il materiale da testare, in funzione della durezza del materiale ed in maniera inversamente proporzionale ad essa, questo penetrerà per una certa profondità.
L’indicazione della durezza del materiale si ottiene misurando la profondità di penetrazione o la dimensione dell’impronta lasciata.
