• 3 Dec 2020
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Monitoraggio strutturale per l’ingegneria civile

Il tema del monitoraggio strutturale, come abbiamo avuto modo di sottolineare in un articolo precedente, dedicato alla sicurezza delle infrastrutture e ai fattori di rischio, costituisce una priorità nel nostro paese: buona parte del costruito si trova in stato di conservazione mediocre o pessimo e la situazione è aggravata dal fatto che il nostro paese è esposto per sua stessa natura a fattori di rischio naturale di vario genere, idrogeologico, sismico e vulcanico.
Ai fattori di rischio naturale si deve poi aggiungere un fattore di rischio antropico legato alla scarsa manutenzione e controllo dello stato di salute delle opere.

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Insomma, tutto concorre a fare del tema del monitoraggio strutturale un tema decisivo sia per la sicurezza delle persone che per lo sviluppo del nostro paese: le infrastrutture civili, infatti, non sono solo esempio di genio tecnico ingegneristico ma sono opere attraverso le quali il territorio acquista valore perché migliorano la qualità di vita delle comunità di quel territorio.
In questa prospettiva di cultura ingegneristica è quanto mai decisivo cominciare a pensare alla gestione del rischio in tutte le fasi della catena del valore, progettazione, realizzazione e manutenzione rigorosa e continua dell’opera per tutto il suo ciclo di vita.

Monitoraggio strutturale: il ruolo decisivo delle Prove Non Distruttive

Il monitoraggio strutturale non è altro che un’attività di controllo, verifica e valutazione del comportamento strutturale di un’opera che consente di rilevare in anticipo eventuali guasti e criticità che pregiudicano la sicurezza dell’opera stessa.
I vantaggi di un monitoraggio rigoroso e continuo appaiono subito evidenti: rilevare in anticipo guasti e criticità significa innanzitutto poter intervenire tempestivamente prima che il guasto e la criticità determinino spese più ingenti di riparazione e poi significa assicurare un ciclo di vita più lungo al costruito e preservarlo da un ammaloramento precoce.

Nell’ambito del monitoraggio strutturale hanno un ruolo decisivo quelle tecniche diagnostiche che rientrano nella definizione di prove non distruttive.
Le Prove Non Distruttive (PND) o Controlli Non Distruttivi (CND) sono indagini non invasive, vale a dire non pregiudicano l’integrità dell’opera oggetto di analisi o rilievo, che permettono appunto di controllare, verificare e valutare lo stato di salute di un’opera civile.

Monitoraggio strutturale: le principali tecniche diagnostiche

Le principali tecniche diagnostiche sono:

  • Monitoraggi statici e caratterizzazione dinamica delle strutture civili
  • Metodo SonReb su strutture in calcestruzzo
  • Indagini Georadar
  • Indagini Termografiche
  • Prove di Estrazione Pull-out
  • Tomografie Ultrasoniche
  • Ultrasuoni su saldatura
  • Radiografie
  • Magnetoscopie
  • Liquidi Penetranti

Monitoraggio strutturale: monitoraggi statici e caratterizzazione dinamica

Le infrastrutture civili possono essere oggetto di dissesto, causato da sollecitazioni interne, esterne o da redistribuzione dei carichi, e di degrado degli elementi strutturali.
Il monitoraggio statico consente di tenere sotto controllo questi fenomeni nel tempo e avere sempre sotto controllo lo stato di salute generale dell’infrastruttura civile osservata.
La caratterizzazione dinamica permette invece di acquisire informazioni sul comportamento strutturale dell’opera soggetta a eccitazioni naturali come vento, eventi sismici, traffico, o eccitazioni forzate come le frequenze di vibrazione.

Monitoraggio strutturale: Metodo SonReb su strutture in calcestruzzo

Il metodo SonReb (da Sonic Rebound, ovvero metodo ultrasonico e metodo sclerometrico combinati) permette di:

  • determinare la resistenza Rc di un calcestruzzo in opera correlandolo con la velocità ultrasonica V, ottenuta con prove ultrasoniche e con l’indice di rimbalzo S ottenuto con prove sclerometriche.

La combinazione di queste due tecniche diagnostiche, la prova ultrasonica è una prova volumetrica e la prova sclerometrica è una prova di superficie, consente di colmare il margine di errore connesso a ciascuno dei due metodi di indagine applicati singolarmente e di restituire dati affidabili sulla resistenza del calcestruzzo.

Monitoraggio strutturale: indagini georadar

Il metodo georadar (ground penetrating radar) è una tecnica di indagine geofisica del sottosuolo che consiste nell’irradiare da un’antenna trasmittente impulsi elettromagnetici ad alta frequenza e nel misurare il tempo che impiegano a tornare al ricevitore come raggio riflesso perché nel loro percorso nel sottosuolo sono entrati in contatto con materiali a diversa costante dielettrica o conducibilità elettrica.
Le riflessioni delle onde elettromagnetiche irradiate vengono raccolte da un’antenna ricevente sotto forma di dati elettrici che vengono registrati e riprodotti su uno schermo.

La frequenza dell’antenna è strettamente connessa con la profondità di penetrazione e con la qualità di risoluzione e in linea generale si utilizzano le basse frequenze per una maggiore penetrazione e le alte frequenze per una maggiore qualità dell’immagine radar che viene restituita.

Monitoraggio strutturale: indagine termografica

La termografia consente di misurare la radiazione infrarossa emessa da un’opera e ne mappa la temperatura superficiale.
Il dato che questa indagine restituisce è importante per la valutazione dello stato di conservazione dei materiali che costituiscono l’opera perché la registrazione di temperature superficiali diverse può corrispondere ad anomalie del costruito e a imperfezioni degli elementi strutturali.

Monitoraggio strutturale: prove di estrazione pull-out

La prova di estrazione pull-out è una prova meccanica che consente di misurare la resistenza del calcestruzzo in opera.
La prova consiste nell’inserire un tassello fino alla profondità stabilita di 25 mm e nel misurare la forza necessaria per estrarlo, esercitando una forza per mezzo di un martinetto oleodinamico, dotato di un manometro digitale, che viene azionato da una pompa idraulica.

Monitoraggio strutturale: tomografie ultrasoniche e ultrasuoni su saldature

La tomografia ultrasonica consente di rilevare discontinuità interne dei materiali mediante onde ultrasoniche che vengono trasmesse da un generatore all’oggetto in analisi; le onde ultrasoniche passano attraverso l’oggetto e quando incontrano un vuoto tornano indietro.
Le prove ultrasoniche si dividono in:

  • pulse-echo o in riflessione
  • through transmission o in trasmissione

Con la tecnica pulse-echo vengono esaminate le onde riflesse interne e con la tecnica thorough transmission viene esaminata solo l’onda che attraversa l’oggetto indagato.
La tecnica ultrasonica può essere impiegata su diversi materiali per identificare diverse difettologie e trova utilizzo anche nel settore industriale per l’ispezione di fusioni, laminati, estrusi, tubi e saldature.

Monitoraggio strutturale: radiografie

Il metodo radiografico permette di rilevare difetti e discontinuità nei materiali attraverso la radiazione elettromagnetica a breve lunghezza d’onda.
Il metodo più utilizzato è quello della radiografia digitale che traduce i segnali in immagini digitali.

Monitoraggio strutturale: magnetoscopie

Il metodo magnetoscopico rileva le variazioni del campo magnetico che si creano in caso di difetti superficiali o sub- superficiali del materiale in analisi.
Si tratta di un metodo che può essere impiegato solo su materiali ferromagnetici, ovvero fortemente attratti dai campi magnetici come ferro, nichel o cobalto.

Monitoraggio strutturale: liquidi penetranti

La metodologia liquidi penetranti consente di rilevare difetti superficiali o sub-superficiali dell’oggetto in analisi mediante l’applicazione di un liquido che penetra nel difetto rendendolo evidente.
La tecnica può essere impiegata con il metodo a contrasto di colore oppure con il metodo del liquido fluorescente: nel primo caso il difetto appare come una macchia rossa su sfondo chiaro, nel secondo caso come verde su viola ma per essere osservato necessita dell’uso di una lampada a raggi ultravioletti.

In questo articolo abbiamo proposto una panoramica generale sulle principali tecniche diagnostiche per il monitoraggio strutturale, se sei interessato a conoscere sistemi e strumenti di Novatest per le prove non distruttive scrivi a info@novatest.it

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