CONTROLLI INNOVATIVI PER LA COSTRUZIONE E LA
MANUTENZIONE DI COMPONENTI MECCANICI ED OPERE INFRASTRUTTURALI
Indagini non distruttive su Strutture in
CLS, Muratura e Materiali Lapidei
Angelo Tatì
Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti
ENEA C.R. Casaccia UTT MAT-QUAL
CICPND Vicenza
26 Giugno 2015
[email protected]
CND nel campo Civile e BC
q Rilievo Geometrico ( Forme Volume )
q Esami visivi ( Quadro Fessurativo)
q Endoscopia ( Paramento Murario o basamenti di statue)
q Termografia ( Distacco di intonaco, Umidità, ponti termici)
q Esami Sonori ( Integrità di elementi strutturali e continuità materica ,
materiali lapidei)
q Esami Ultrasonori ( CLS, Statue in Bronzo , oggetti in metallo )
q Correnti Parassite ( cricche su metalli e ricerca di zone saldate, Ferri di
armatura )
CND nel Settore Civile
Preliminarmente è necessario effettuare un attento sopralluogo
Premessa
per meglio progettare le attività da svolgere.
Lo studio iniziale servirà anche a programmare tutto il lavoro
Diagnostica
successivo, sia per quanto concerne il tipo e il numero delle
Pacometria
indagini da eseguire, sia per quanto riguarda i tempi di attuazione
Sclerometria
delle stesse e le modalità di elaborazione dati da realizzare
successivamente.
Termografia
Ultrasuoni
• Fase preliminare
Carotaggi
• Fase di acquisizione dati
Raccolta dati
Conclusioni
• Elaborazione dati
ANALISI DIAGNOSTICA
• prove distruttive
Premessa
Diagnostica
prevedono il prelievo di campioni in diverse aree del manufatto
in analisi
Pacometria
•
Sclerometria
prove non distruttive
effettuate senza prelievo di parti materiche significanti
Termografia
La diagnostica di tipo non distruttivo riunisce le seguenti
potenzialità:
Ultrasuoni
§conservazione integrità oggetto esaminato;
Carotaggi
§ globalità d’informazioni;
Raccolta dati
§ capacità di fornire dati sia qualitativi che quantitativi;
Conclusioni
INDAGINI DIAGNOSTICHE NON DISTRUTTIVE
Premessa
INDAGINE PACOMETRICA
Diagnostica
Pacometria
INDAGINE SCLEROMETRICA
Sclerometria
Termografia
INDAGINE TERMOGRAFICA
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
INDAGINE ULTRASONICA
INDAGINI DIAGNOSTICHE DISTRUTTIVE
Premessa
Diagnostica
Pacometria
CAROTAGGI
Sclerometria
Termografia
MICROCAROTAGGI
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
PROVINI CUBICI
INDAGINE PACOMETRICA
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Il pacometro permette di individuare e localizzare le barre di
armatura all’interno dei getti di calcestruzzo evitando il
ricorso a sondaggi distruttivi .
Il funzionamento si basa sulla generazione di un campo
magnetico emesso da una sonda portatile
Esecuzione indagine pacometrica
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
INDAGINE SCLEROMETRICA
Premessa
Lo scopo dello sclerometro è la valutazione della resistenza locale
e della qualità superficiale del c. a.
I valori ottenuti forniscono l’indice di durezza superficiale.
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Il limite della tecnica è legato alla scarsa profondità d’indagine.
Esecuzione indagine sclerometrica
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Esecuzione indagine sclerometrica
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
INDAGINE TERMOGRAFICA
Premessa
Diagnostica
Ogni materiale emette con continuità energia sotto forma di
radiazioni elettromagnetiche, il suo spettro è diviso
convenzionalmente in un certo numero di campi di lunghezza
d’onda, detti bande e la più interessante per i fenomeni legati ai
manufatti edilizi è quella dell’infrarosso.
Pacometria
Sclerometria
Er
Ea
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
E
Et
Ripartizione qualitativa dell'energia che investe una parete di spessore finito
Il sistema di rilievo termografico
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
VANTAGGI , POTENZIALITÀ E LIMITI
Premessa
• Tempi brevi di indagine;
• Localizzazione dei punti di crisi;
Diagnostica
• Possibilità di effettuare gli esami a distanza senza ausilio di ponteggi;
Pacometria
• Capacità di rilevare su pareti intonacate o coperture, anomalie strutturali
presenti.
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
•Individuazione di zone interessate da umidità per infiltrazione
•Identificazione dei corpi metallici murati (cappe, bretelle, catene, rinforzi, reti,
ecc)
•L’interpretazione delle immagini richiede esperienza e preparazione specifica
tenendo ben presenti le condizioni al contorno
Esecuzione indagine termografica
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Esecuzione indagine termografica
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
INDAGINE ULTRASONICA
Premessa
Il termine ultrasonico è usato per descrivere le vibrazioni a
Diagnostica
frequenza superiore a 20.000Hz.
Pacometria
Il metodo si basa su impulsi che sono prodotti da trasduttori
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
piezoelettrici e propagati nell’elemento da provare attraverso un
mezzo di accoppiamento.
Le metodologie di prova possono essere eseguite in maniera
diretta (sonde su due facce opposte), in maniera indiretta (sonde
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
sulla stessa faccia) ed in maniera semidiretta (sonde su due facce
adiacenti).
VANTAGGI , POTENZIALITÀ E LIMITI
Y Possibilità di eseguire le prove su di un numero di punti abbastanza elevato
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
per meglio definire le caratteristiche complessive della struttura
Y Possibilità di valutare la variazione della densità, del materiale analizzato,
nell’arco del tempo
Y Parziale variabilità delle misure eseguite dovuta ad alterazioni causate
dall’umidità ed altri fattori congiunturali;
Esecuzione indagine ultrasonora
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
INDAGINI DIAGNOSTICHE DISTRUTTIVE
CAROTAGGI E MICROCAROTAGGI EDIFICI ESISTENTI
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Una delle prove meccaniche di tipo distruttivo è rappresentata
dall’estrazione , mediante apposite macchine carotatrici, di
campioni cilindrici di diverso diametro e lunghezza.
Tali provini vengono successivamente sottoposti a prove di
schiacciamento e carbonatazione.
VANTAGGI , POTENZIALITÀ E LIMITI
Y Possibilita’ di calcolare in maniera diretta il valore di rottura
Premessa
Diagnostica
Pacometria
del materiale analizzato;
Y Calcolo del livello di carbonatazione;
Y Elevati costi delle tecniche di prelievo;
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Y Significativa invasività del metodo sulla struttura indagata;
Y Tendenziale sottostima delle caratteristiche meccaniche
ottenute su campioni alterati durante la fase di prelievo
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Estrazione campioni
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Estrazione campioni
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Identificazione dei campioni
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
Identificazione dei campioni
Premessa
Diagnostica
Pacometria
Sclerometria
Termografia
Ultrasuoni
Carotaggi
Raccolta dati
Conclusioni
RACCOLTA DATI
POSIZIONAMENTO ED
ORIENTAMENTO
PILASTRO
QUANTITA’ CAROTE E
MICROCAROTE
DIMENSIONI PILASTRO
POSIZIONAMENTO STAZIONI
INDICI SCLEROMETRICI
VELOCITA’ ULTRASUONI
POSIZIONAMENTO FORI
CAROTAGGI
RACCOLTA DATI
Confronto tra le PND e le prove meccaniche
60,00
50,00
40,00
N/ mmq a rottura
30,00
Rilem
Pascale
20,00
10,00
0,00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Confronto tra le RCK stimate dalle PND strutture e le prove di compressione sui cubetti
Conclusioni
Edificio di nuova costruzione - Provini cubici
Edificio di nuova costruzione - Cubetti
Acquisizione e elaborazione Dati Sclerometrici ed Ultrasonori
Provini cubici
Edificio di nuova costruzione
Prove a compressione
Prove a compressione dei provini cubici
Edificio di nuova costruzione - Struttura
Acquisizione e elaborazione Dati Sclerometrici ed Ultrasonori
Elementi strutturali
Confronto tra le PND e le prove meccaniche
Confronto tra le RCK stimate dalle PND e le prove di compressione sui cubetti
Stima RCK dalle PND sugli Elementi strutturali
Confronto tra le PND e le prove meccaniche
Confronto tra le RCK stimate dalle PND cubetti e le prove di compressione sui cubetti
Confronto tra le RCK stimate dalle PND strutture e le prove di compressione sui cubetti
Prove Dinamiche ( sismica ) dell’Edificio
Le prove dinamiche sono effettuate per verificare la resistenza della struttura al
terremoto simulato con diverse intensità fino a portalo ad un danneggiamento
valutato in termini di:
Picco di accelerazione in g raggiunto durante il sisma
Il primo picco di frequenza raggiunto durante le prove dinamiche casuali
Gli spostamenti massimi lungo gli assi X e Y al 1 e 2 livello dell’edificio durante la prova
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
CND nel campo Civile e BC
q Rilievo Geometrico ( Forme Volume )
q Esami visivi ( Quadro Fessurativo)
q Endoscopia ( Paramento Murario o basamenti di statue)
q Termografia ( Distacco di intonaco, Umidità, ponti termici)
q Esami Sonori ( Integrità di elementi strutturali e continuità materica ,
materiali lapidei)
q Esami Ultrasonori ( CLS, Statue in Bronzo , oggetti in metallo )
q Correnti Parassite ( cricche su metalli e ricerca di zone saldate, Ferri di
armatura )
Prove Soniche
Per la salvaguardia dei beni culturali in particolare dove è richiesta la
conoscenza della struttura interna e il suo stato di degrado, le prove
soniche rivestono un ruolo fondamentale.
Esempi di applicazione:
q
q
q
q
q
q
Obelisco del Laterano
Statua di Urbano VIII (Musei capitolini)
Monumento a Filippo Corridoni (Parma)
Colonna del Duomo di Orvieto
Caratterizzazione della muratura a Vittorio Veneto
Misura della velocità sonora e stima del modulo elastico dei modelli di
edificio in scala ridotta per le prove sismiche
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Strumento
Delta T
Distanza
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Tecnica della trasmissione
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Procedure
q Le misure soniche possono essere eseguite in due modalità
q Dirette 1 ora di misura
q Indirette o tomografiche 3 o 4 ore di misura
q Contorno regolare dell’oggetto
21
27
1
20
1
19
2
18
3
17
4
16
5
15
6
14
7
2
3
4
5
6
7
26
25
24 23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
12 13
22
11
24 23
8
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
10
25
9
26
8
27
9
10
11
12
13
Sistema Prove Soniche
Strumentazione
Software di acquisizione
Software di elaborazione
Software sviluppato da ENEA
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Software di Acquisizione
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Metodo di ricostruzione
Percorso
A
Σ
value
Media
Massimo
Percorso
B
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Metodo di ricostruzione
4000
Con il metodo
Diretto non è
possibile
determinare
l’orientazione
delle zone con
diversa velocità
2500
2500
4000
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Metodo di ricostruzione
4000
Infatti la zona
con più bassa
velocità da il
medesimo
risultato della
precedente
2500
2500
4000
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Metodo di ricostruzione
4000
Con il metodo
Indiretto è
possibile
determinare
l’orientazione
delle zone con
diversa velocità
2500
4000
4000
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Caratteristiche dei Materiali
Con il metodo Sonoro è possibile investigare i materiali utilizzati nelle strutture architettoniche
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Obelisco del Laterano
Problematiche:
qConoscenza dello stato di degrado e stima del
modulo elastico e della resistenza a compressione
qRicostruzione tomografica dei giunti di
collegamento dei 3 blocchi (circa più di 100 ton
ciascuno)
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Tomografia Sonica
BASE
1° GIUNTO
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
2° GIUNTO
Tomografia Sonica
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Tomografia Sonica
0.39
0.55
0.44
Mechanical properties at the
images sections and at the
damaged zones of the obelisk
normalized with respect the
undamaged granite.
“Structural Resources”
“Damage state”
1
Tomografia Sonica
Mechanical properties at
different zones of the base
normalized with respect the
undamaged granite.
1
0.27
0.36
0.20
0.25
Tomografia Sonica
South-East
3D Sequential Graph (Spreadsheet1 7v*7c)
South-West
Tomografia Sonica
0.39
0.55
1
0.44
0.36
0.27
Ricostruzione Architettonica
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Rilievo Architettonico tramite Scanner Laser
Caso Studio
qRilievo Fotogrammetrico ad alta Risoluzione di un
tratto delle Mura Ciclopiche di Anagni FR
qFilmato
Laboratorio di “Qualificazione Materiali e Componenti”
UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)
Rilievo Termografico e Laser della Navata Centrale del
Duomo di Orvieto
q il rilievo del quadro fessurativo :
ü Termografia muratura della navata centrale .
Termogramma e immagine fotografica della parte superiore della navata-parete Nord e
transetto(viola)
[email protected]
Rilievo Termografico della Navata Centrale del Duomo di
Orvieto
q il rilievo del quadro fessurativo :
ü Termografia - Profili termici
[email protected]
Tabella 3. Circonferenza delle colonne circolari - l'altezza della misura è espressa nel numero di bande e colore
Prove Soniche sulle Colonne della Navata Centrale
q Tomografia sonica con contorno
irregolare
Segnali
Strumentazione Sonica
Tomografia Sonica
Istogramma delle velocità
[email protected]
Tabella 3. Circonferenza delle colonne circolari - l'altezza della misura è espressa nel numero di bande e colore
Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità
delle Colonne della Navata Centrale
q Installazione delle mire catarifrangenti:
ü Colonne
ü Navata centrale – balconata
[email protected]
Rilievo e monitoraggio del Quadro Fessurativo delle
Colonne e della Navata Centrale
q Scansione Laser Verticale.
[email protected]
Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità
delle Colonne della Navata Centrale
q Scansione Laser Orizzontale .
[email protected]
Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità
delle Colonne della Navata Centrale
q Collimazione delle scansioni laser.
[email protected]
Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità
delle Colonne della Navata Centrale
q Scansioni Laser sovrapposte.
[email protected]
Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità
delle Colonne della Navata Centrale
q Posizione dello strumento Laser nelle due scansioni
[email protected]
Indagini non distruttive su Strutture in CLS, Muratura e
Materiali Lapidei
Grazie a tutti per la partecipazione!!!
E grazie ai promotori dell’iniziativa