Prove non Distruttive (PnD) su cemento armato

INDAGINE ULTRASONICA


Le onde ultrasonore
sono onde meccaniche analoghe a quelle che costituiscono i suoni. Entrambe hanno origine dalla deformazione che un mezzo elastico subisce per effetto di una sollecitazione esterna. Si parla di onde ultrasonore quando la frequenza delle vibrazioni è al di sopra del campo delle frequenze udibili dall'orecchio umano.
Tutti i mezzi materiali si deformano quando sono sollecitati da una azione esterna. La deformazione consiste nel fatto che un certo numero di particelle del mezzo è spostato dalla sua posizione di equilibrio. Nei mezzi elastici le particelle direttamente perturbate iniziano a vibrare attorno alla loro posizione di equilibrio. Le vibrazioni si trasmettono quindi alle particelle degli strati adiacenti, le quali entrano a loro volta in oscillazione. In questo modo la sollecitazione iniziale, che interessa direttamente soltanto una porzione del mezzo, finisce per propagarsi attraverso il mezzo. La perturbazione che si propaga nel mezzo costituisce l'onda.

1. SCOPI E CAMPI DI APPLICAZIONE DELLE INDAGINI ULTRASONICHE
I metodi convenzionali di controllo delle costruzioni in calcestruzzo armato prevedono il confezionamento di provini (cubici o cilindrici) durante l'esecuzione delle strutture, col duplice svantaggio di:
  • operare il controllo su di un calcestruzzo, che in generale, non è stato confezionato in maniera identica a quello messo in opera nella struttura;
  • conoscere i risultati dopo un lasso di tempo che spesso non consente di intervenire per eliminare eventuali carenze riscontrate.
Tali inconvenienti vengono in massima parte eliminati con l'impiego delle prove non distruttive (PnD) ed in particolare il metodo degli ultrasuoni presenta rispetto allo sclerometro anche il vantaggio di indagare in profondità la struttura da esaminare.
Gli ultrasuoni hanno avuto e continuano ad avere un sempre maggiore impiego nel settore civile soprattutto a causa di alcune caratteristiche distintive.
Innanzi tutto sono radiazioni non ionizzanti e quindi gli apparati ad ultrasuoni non richiedono le misure di protezione necessarie per le radiazioni ionizzanti.
Le onde meccaniche costitutive delle onde ultrasoniche interagiscono fortemente con la materia, soprattutto allo stato solido; pertanto nella loro propagazione rimangono "segnate" fortemente dallo stato e dalla natura del mezzo in cui si propagano. Si presenta il problema di come estrarre, leggere e compattare la grande quantità di informazioni che le onde meccaniche hanno raccolto durante l'interazione con la materia. Interviene a questo punto la grossa potenzialità dei metodi di trattamento del segnale e di presentazione che l'elettronica e altre scienze del settore dell'informazione sono in grado di fornire per rendere accessibili all'osservatore gli effetti che l'interazione ha provocato.
La norma europea che disciplina la determinazione della velocità di propagazione degli impulsi delle onde longitudinali ultrasoniche in campioni o strutture di calcestruzzo fra una o più coppie di punti di rilievo è la UNI EN 12504-4 (gennaio 2005). La presente norma europea è basata sulla ISO/DIS 8047 "Concrete hardened - Determination of ultrasonic pulse velocity".
Scopo dei rilievi è di dedurre essenzialmente la "velocità virtuale o apparente" di propagazione degli impulsi1, e da essa trarre informazioni sul calcestruzzo in termini di caratteristiche ed omogeneità. Con la metodologia descritta si può indagare:
  • sull'uniformità del calcestruzzo;
  • sulla presenza di fessure o vuoti;
  • su difetti di getto;
  • su variazioni delle proprietà nel tempo causate dalla storia dell'elemento (manutenzione , sollecitazioni, degrado, ecc.);
  • sul modulo di elasticità dinamico;
  • per stimare la resistenza del calcestruzzo in sito (si consiglia in combinazione con altre determinazioni).
Tuttavia non è considerata come un'alternativa alla misurazione diretta della resistenza a compressione del calcestruzzo. La metodologia può essere applicata:
  • nella ricerca di laboratorio;
  • nella prefabbricazione di elementi strutturali di calcestruzzo;
  • nelle strutture in corso d'opera;
  • nelle strutture già esistenti.
2. PRINCIPI BASE DEL METODO
Il metodo in esame, in relazione alle modalità di propagazione di impulsi vibrazionali, si basa sul fatto che:
  • la velocità con cui tali impulsi si propagano in un mezzo è funzione delle caratteristiche elastiche del mezzo (modulo di elasticità) e della sua densità;
  • le disomogeneità (per esempio fessure, zone degradate, cavità, ecc.) possono essere indagate analizzando i processi di:
  • variazione della velocità di propagazione;
  • assorbimento parziale, riflessione e rifrazione dell'onda di vibrazione;
  • attenuazione, secondo determinate direzioni, dell'onda di vibrazione.