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Esame Visivo

Per esame visivo s’intende l’ispezione delle strutture ad occhio nudo o col solo ausilio di lenti o endoscopi a basso fattore d’ingrandimento.

Il corretto e approfondito esame visivo delle strutture, delle caratteristiche morfologiche delle loro superfici, è di fondamentale importanza nella diagnosi del deterioramento, perché costituisce la base per la corretta programmazione delle indagini; ovviamente l’esame visivo non può che rilevare difetti macroscopici superficiali.

Per effettuare l’esame visivo, ci si può avvalere della documentazione fotografica, che per quanto banale essa possa sembrare, è una prova non-distruttiva che dovrebbe sempre accompagnare una diagnosi (soprattutto se seguita da prove distruttive in laboratorio), per evidenziare e documentare dove sono localizzati i prelievi sottoposti alle altre osservazioni o analisi; essa dovrebbe includere sia la visione d'assieme della struttura da indagare, sia i dettagli.

Termografia all’infrarosso

Il principio della termografia è basato sul fatto che qualsiasi oggetto che si trova ad una determinata temperatura, emette un flusso d’energia regolato dalla legge dì Stefan-Bolzmann:

dove T è la temperatura assoluta (in °K) della superficie da cui proviene il flusso energetico E (in W/m²), s è una costante che vale 5,67 · 10 -8 W/m ²°K⁴, ed e una costante adimensionale (detta emissività) che dipende dal materiale che costituisce la superficie.

Immaginando che una struttura composita, come una muratura, sia esposta alle stesse condizioni termiche (per esempio all'irraggiamento solare), i singoli elementi (pietra, malta, mattone, acciaio, ecc.) si porteranno ad una diversa temperatura in funzione delle loro proprietà termiche, ed in particolare del loro calore specifico e della loro conducibilità termica. Ciascun elemento emetterà un flusso d’energia in accordo con la legge di Stefan-Bolzmann, in funzione della temperatura raggiunta e della sua emissività. La termografia consiste nel registrare, mediante un rilevatore ad infrarosso, le temperature raggiunte dai vari elementi presenti in una struttura. Il rilevatore impiegato consente, in particolare, di misurare le radiazioni infrarosse (IR), comprese nell'intervallo di lunghezza d'onda tra 2 e circa 6 µm.

Mediante un sistema ottico (costituito da varie lenti) ed elettrico (capace di tramutare in un segnale elettrico l'intensità della radiazione ricevuta), le differenze di temperature, sono registrate, attraverso un termogramma, consistente nella registrazione grafica di tonalità monocromatiche o colorate (varianti, per esempio, dal bianco al nero) proporzionali alle diverse temperature.

Una particolare applicazione della termografia, consiste nel rilevare la distribuzione superficiale dell'umidità: riscaldando artificialmente ed omogeneamente la superficie esterna di una muratura, la temperatura raggiunta in ogni elemento superficiale dipende fortemente dal contenuto d’umidità localmente presente; l'aumento di temperatura nelle zone più umide sarà minore che in quelle più asciutte, e pertanto una registrazione termografica consente di ricavare una mappatura comparativa dell'umidità superficiale. Sarà poi possibile, con pochi prelievi mirati sulla base delle indicazioni termografiche, determinare in assoluto e con precisione il contenuto d’umidità mediante prove d’essiccamento dei prelievi in laboratorio.

Questo è un tipico esempio per dimostrare la complementarità di una prova non-distruttiva (come la termografia) con una prova distruttiva (come la determinazione dell'umidità in laboratorio per essiccamento dei prelievi).

I vantaggi di questo metodo, sono dovuti al fatto che è assolutamente non distruttivo, di rapida esecuzione, con possibilità di registrare le immagini.

I limiti sono dovuti all’apparecchiatura delicata e assai costosa; non sempre le condizioni al contorno consentono il successo dell’indagine; può facilmente trarre in inganno, rilevando forme inesistenti dovute a diverse emissività locali

Rilevamento con ultrasuoni

Le Prove non distruttive con ultrasuoni sfruttano i fenomeni della propagazione nei solidi, liquidi o gas, di fasci d'onde elastiche. Per le prove ultrasoniche si utilizzano le onde elastiche di tipo longitudinale. Queste durante la loro propagazione all’interno di un mezzo, producono uno spostamento dei volumi elementari, parallelo alla direzione di propagazione, creando zone di compressione e decompressione della materia. Le onde ultrasoniche hanno una frequenza superiore a 20 kHz, fino a 1000 MHz, non udibili dall'orecchio umano. La specificità delle onde ultrasoniche consiste nel fatto che se incontrano (una volta inviate nel sistema spaziale da esaminare), uno strato d’aria (fessura, cavità, intercapedine), esse vengono quasi completamente riflesse. Si calcola che è sufficiente una fessura di circa 1 m m per bloccare la trasmissione degli ultrasuoni aventi una lunghezza d'onda di circa 1 mm. Il fascio d'onde ultrasonore, in altre parole il segnale, è generato sfruttando le proprietà piezoelettriche o magnetostrittive di alcuni cristalli, cioè la loro capacità di contrarsi ed espandersi sotto l'azione di un campo elettrico o di un campo magnetico alternato (Fig. 1) . Le vibrazioni del cristallo producono onde elastiche di frequenza ultrasonora, purché il campo elettrico (o magnetico) alternato eccitante possegga l'adatta frequenza. Gli ultrasuoni così generati sono trasferiti direttamente nel materiale da controllare grazie al contatto, ossia al semplice accostamento del generatore (trasduttore) alla superficie del materiale, purché esista un mezzo di accoppiamento adeguato tra le due interfacce. In fase d’acquisizione, è fondamentale il perfetto contatto tra il materiale e i trasduttori. Nel caso di superfici irregolari, la continuità fra trasduttori e materiale, è garantita da una speciale membrana in silicone che è posta sulla superficie di contatto dei trasduttori; quest’ultima, oltre a garantire il perfetto accoppiamento, è in grado di contenere il disadattamento d’impedenza acustica, e trasferire il suono senza eccessivo assorbimento. Il fascio d'onde ultrasonore si propaga nel materiale da esaminare con la stessa frequenza del generatore e con una velocità che dipende dal materiale attraversato. Quando il fascio incontra un ostacolo sarà riflesso, assorbito, deviato o riffratto secondo le leggi comuni a tutti i fenomeni di propagazione delle onde. Le onde riflesse possiedono la stessa frequenza di quelle incidenti, ma sono sfasate rispetto ad esse, anche in funzione del cammino percorso, cioè della distanza del trasduttore dai vari punti della superficie dell'ostacolo. Analoga sorte spetta alle onde riffratte: l'energia assorbita dal difetto colpito, produce in genere una diminuzione della velocità di propagazione del fascio d’onde. Il fenomeno fisico della piezoelettricità o magnetostrizione, che è stato sfruttato per generare l'onda, è reversibile; ne deriva che lo stesso cristallo capace di emettere ultrasuoni (effetto piezoelettrico indiretto), può generare un segnale elettrico o magnetico, quando sia investito da un fascio d'onde elastiche (effetto piezoelettrico diretto) . Perciò, quando il segnale emesso, arriva al trasduttore ricevente questo darà un impulso elettrico, il quale è recepito da un cronometro elettronico che ci da direttamente il valore del tempo (espresso in micro secondi), impiegato dalle onde ultrasoniche per percorrere la distanza che separa i due trasduttori. Il tempo di ritardo tra l’inizio dell’eccitazione del trasduttore trasmittente e la rivelazione dell’impulso ricevuto, è assunto come tempo di propagazione dell’onda nel mezzo, mentre l’attenuazione da essa subita è generalmente valutata come l’amplificazione necessaria a riportare il primo picco del treno di impulsi, all’ampiezza che si avrebbe con i trasduttori a contatto e con il solo materiale di accoppiamento interposto. Il segnale opportunamente amplificato e filtrato, potrà essere visualizzato sul quadrante dell'oscilloscopio, di cui sono sempre dotati gli strumenti rivelatori d'ultrasuoni. variazioni di V lungo una certa dimensione di una struttura di spessore nominale costante, ciò può essere imputato a variazioni delle caratteristiche elastiche del materiale (variando il materiale varia E d) oppure alla presenza di fessure o di cavità

Descrizione della strumentazione

Uno degli strumenti utilizzati per effettuare le prove ultrasoniche è il “PUNDIT” (Portable Ultrasonic Not-Distrctive Digital indicatine Tester); il quale ha il compito di fornire al trasduttore trasmittente, gli impulsi elettrici tali da far emettere allo stesso il segnale ultrasonico, inoltre è fornito di un cronometro elettronico capace di misurare l’intervallo di tempo intercorso tra il segnale elettrico trasmesso al trasduttore trasmittente e il segnale elettrico proveniente dal trasduttore ricevente (Fig. 2) .

I trasduttori utilizzati sono due: uno è chiamato trasmittente, e serve per trasmettere l’impulso ultrasonico al materiale oggetto di studio, l’altro è chiamato ricevente e serve per captare l’impulso ultrasonico che ha attraversato il mezzo, trasformandolo in segnale elettrico. Entrambi sono collegati all’unità principale “Pundit” mediante dei cavi lunghi fino a 30 m. Si possono connettere trasduttori con diverse frequenze ultrasoniche, che possono essere utilizzati in funzione degli obiettivi dell’indagine: maggiore è la frequenza utilizzata, minore è la capacità di penetrazione del segnale ultrasonico.

Esistono trasduttori a forma cilindrica, e trasduttori a punta conica, questi ultimi sono utili quando si opera su superfici irregolari (es. strutture murarie). La punta conica garantisce una maggiore aderenza tra il trasduttore e il materiale, ha però lo svantaggio di ricoprire una minor superficie di contatto, ciò comporta una minore energizzazione del mezzo materiale. In fase d’acquisizione ci si può avvalere dell’utilizzo di un’oscilloscopio collegato al “Pundit”, che serve per visualizzare le forme d’onda derivate dal segnale recepito. In base alla forma d’onda possiamo stabilire se il segnale acquisito proveniente dal mezzo indagato è significativo. L’oscilloscopio è collegato con un PC, il quale consente di memorizzare i dati per una successiva analisi dei segnali mediante opportuni metodi di trattamento delle serie digitali

La sclerometria

Le provesclerometriche, sicuramente le più impiegate tra quelle non distruttive, consentono di determinare la durezza superficiale di una struttura in calcestruzzo, mediante la misura del rimbalzo di un'asta proiettata sulla superficie della struttura stessa. Poiché esiste una qualche correlazione tra la durezza superficiale e la resistenza meccanica, molto spesso lo sclerometro è utilizzato per ricavare i valori di resistenza meccanica a compressione. In realtà, la correlazione tra durezza superficiale e resistenza a compressione e quindi la taratura dello strumento dipende da alcuni parametri (come la durezza dell'aggregato lapideo, finitura e compattazione dello strato corticale, stagionatura superficiale, ecc.) che possono influenzare la correlazione stessa. Pertanto, il miglior impiego della sclerometria, come avviene tipicamente per le prove non-distruttive, è quello di individuare comparativamente zone di calcestruzzo relativamente più deboli e più forti (in termini di durezza superficiale e quindi di resistenza meccanica), in corrispondenza delle quali con poche e misurate prove distruttive (carotaggio e schiacciamento dei provini), si può determinare, in valore assoluto, la resistenza meccanica o il modulo elastico statico del materiale in sito.

I vantaggi di tale metodo sono dovuti all’economicità , alla rapidità d’esecuzione.

I limiti derivano dal fatto che la prova è notevolmente condizionata dallo stato d’alterazione superficiale del manufatto, per questo motivo dovrebbe essere integrata con gli ultrasuoni.

La magnetometria

Questa tecnica consente di individuare materiali ferromagnetici nascosti nella struttura da indagare. Il metodo si basa sul principio dell'induzione magnetica: se un conduttore elettrico (di lunghezza l) si muove con una velocità v attraverso un campo magnetico d’intensità B, all'estremità del conduttore si genera una differenza di potenziale e cosi calcolabile:

Se le estremità del conduttore in movimento sono collegate con un circuito esterno stazionario rispetto al campo magnetico, la tensione indotta e causa il passaggio di una corrente d’intensità i, la quale determina una caduta di potenziale iR, dove R è la resistenza elettrica del conduttore in movimento. La differenza di potenziale V alle estremità del conduttore diventa:

V = e - iR

In pratica il magnetometro si compone di una sonda che è messa in movimento sulla superficie della struttura da indagare. La sonda consiste in una bobina attraversata da una corrente alternata di frequenza costante che genera un campo magnetico alternato.

Gli oggetti metallici, incassati nella struttura da indagare, ma tali che si trovino nell'area d’influenza del campo magnetico, alterano la differenza di potenziale all'estremità della bobina in base al principio sopra illustrato. L'alterazione del voltaggio è segnalata su una scala o registrata graficamente (Fig. 1) . L'alterazione dipende dallo spessore dell'oggetto metallico e da quello del materiale coprente; nel caso di strutture in cemento armato, per esempio, il magnetometro adeguatamente tarato, consente di rilevare il diametro dell'armatura in acciaio e lo spessore del copriferro.

I vantaggi di questo metodo è che è rapido e poco costoso.

I limiti derivano dal fatto che lo strumento rilevatore è sensibile ai forti sbalzi di temperatura, e ai forti campi elettromagnetici (radio trasmittenti nelle vicinanze); inutilizzabile ad oltre 10 cm di profondità.

Conduttimetria

Determinazione quantitativa dei sali totali presenti misurando la conducibilità elettrica totale della soluzione.

SCOPO

E' utile per valutare il degrado chimico di materiali lapidei naturali ed artificiali in special modo se si devono eseguire dei controlli sull'acqua lavaggio o di efficacia di estrazione.

PREPARAZIONE

Se i campioni sono solidi (es. impacco) vengono accuratamente macinati e portati a peso costante in stufa a 60° C; successivamente prelevati circa 100 mg, e portati a volume con 100 ml di H₂O bidistillata e posti in agitazione per 7 ore allo scopo di effettuare l'estrazione dei sali solubili. Se il campione è liquido (es. acqua di lavaggio) non necessita preparazione.

INDAGINE

L'analisi dei sali solubili totali verrà effettuata utilizzando un conduttimetro WTW mod. Cond 340i/SET.