Tomografia a ultrasuoni su elementi lapidei

Il funzionamento del tomografo si basa sulla riflessione di brevi impulsi di onde elastiche ad opera di fessure, cavità, armature e altre discontinuità presenti nel materiale (metodo pulse-echo).

L’intensità delle onde riflesse da queste disomogeneità dipende dal loro contrasto rispetto al materiale di base in termini di impedenza acustica (impedenza acustica Z = densità x velocità delle onde elastiche). In particolare, l’aria presente nei vuoti ha un’impedenza acustica praticamente nulla e gli impulsi vengono riflessi integralmente: R = (Z2 – Z1) / (Z1 + Z2) = – 1. Indicazioni più deboli (R ~ 0.5) si ottengono in corrispondenza delle barre d’armatura, la cui impedenza acustica è circa 4-5 volte quella del calcestruzzo.

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Grazie alla ripetuta applicazione del principio mediante una serie di 12 sensori equispaziati di emissione-ricezione degli impulsi, lo strumento elabora in pochi secondi una tomografia 2D lungo una sezione ortogonale alla superficie del manufatto (B-scan), permettendo di identificare difetti e patologie anche su strutture accessibili da un solo lato (pavimentazioni, gallerie, ecc.).
Ripetendo il rilievo su una griglia regolare di punti (indicativamente 50×50 o 100×100 mm) è possibile generare un modello 3D della struttura interna dell’elemento indagato.

In linea di principio, il metodo presenta alcune affinità con la tecnica georadar, con la differenza che è molto più sensibile ai vuoti e alle fessure e meno sensibile alla presenza di metalli. Inoltre, la lunghezza d’onda degli impulsi elastici è significativamente inferiore (~50 mm), il che consente un maggiore livello di dettaglio in rapporto allo spessore indagato (spessore massimo = 2 m circa, possibilità di identificare difetti dell’ordine di 30 mm alla profondità di mezzo metro).

Caratteristiche tecniche del tomografo a ultrasuoni

Lo strumento in oggetto vanta diverse soluzioni tecniche che lo rendono particolarmente efficace nell’utilizzo sul campo. In primo luogo i sensori vengono applicati a secco, senza l’interposizione di un materiale di accoppiamento, come invece avviene nelle comuni indagini ultrasoniche.

I sensori sono poi dotati di molle precaricate indipendenti che ne permettono l’adattamento anche a superfici non perfettamente piane. Non è quindi richiesta alcuna preparazione particolare della superficie di prova, oltre alla normale rimozione di polvere e colature cementizie.

Un’altra peculiarità riguarda il tipo di vibrazioni generate, che consistono in brevi impulsi di onde taglio di frequenza variabile da 25 a 85kHz. Questo permette una maggiore dettaglio nella restituzione tomografica (minor lunghezza d’onda), un più agevole adattamento alle diverse qualità di calcestruzzo e agli spessori da indagare, oltre alla capacità di identificare anche fessure sature d’acqua.

Campi d’impiego del tomografo a ultrasuoni

Il tomografo a ultrasuoni oltre che essere impiegato per l’analisi di strutture in cemento armato, si presta a diverse applicazioni nel campo dei controlli non distruttivi sulle strutture in pietra, specie se caratterizzate da blocchi sufficientemente grandi e regolari, con superficie abbastanza liscia, tale da garantire un adeguato contatto con i sensori. In questo senso, esso risulta particolarmente efficiente per l’ispezione di costruzioni in blocchi di marmo o altro materiale lapideo con caratteristiche ad esso comparabili.

Tra le principali finalità di tale metodo è possibile annoverare:

• Misure di spessore di elementi accessibili da un solo lato (murature, lastre di rivestimento di edifici, pavimentazioni, ecc.);

• Localizzazione di vuoti e di cavità;

• Identificazione di morfologie murarie (muratura piena, a sacco, a doppio paramento etc.);

• Identificazione di eventuali laminazioni proprie del materiale, venature della pietra;

• Valutazione dell’efficacia di interventi di consolidamento;

• Individuazione di fessure parallele alla superficie del manufatto (purché più profonde di 50 mm).

Se sei interessato a conoscere meglio la tomografia a ultrasuoni, contattaci. Un nostro consulente sarà a tua disposizione per ogni richiesta.

Fonte: Prof. Roberto Felicetti – Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale – Politecnico di Milano