Indagini soniche e ultrasoniche: prove non distruttive su muratura e calcestruzzo

Nel campo delle valutazioni strutturali, le prove soniche ed ultrasuoniche si rivelano un tassello essenziale dell'analisi delle strutture murarie e del calcestruzzo. Questa metodologia di indagine si basa sull'uso di onde sonore, con differenti frequenze in base al materiale da analizzare, per valutare l'integrità della struttura in muratura o in calcestruzzo, rivelando dettagli cruciali sulla loro condizione strutturale.

Le prove ultrasoniche sono utilizzate per l'identificazione di fessurazioni, vuoti e altre imperfezioni all'interno delle strutture murarie e del calcestruzzo, aspetti che non sono sempre evidenti a occhio nudo, offrendo anche una misurazione indiretta della resistenza del calcestruzzo e dell'integrità della muratura.

Tali prove si basano su normative codificate come la UNI EN 12504-4:2005 per gli ultrasuoni e le RILEM TC 127-MS. MS.D.1 per le prove soniche che definiscono le procedure di prova e la NTC, che fornisce linee guida per la valutazione, tramite indagini strumentali, delle caratteristiche qualitative delle strutture in muratura e in calcestruzzo.

Indagine con ultrasuoni e soniche: descrizione del metodo

La tecnica di prova si basa sulla misurazione della velocità di propagazione delle onde sonore, che coinvolge lo studio della diffusione di onde elastiche longitudinali all'interno delle strutture in muratura e calcestruzzo.

La velocità di propagazione delle onde in un materiale omogeneo è influenzata dalla densità, dal modulo elastico e dal cosiddetto coefficiente di Poisson. Questo parametro è strettamente collegato alle proprietà meccaniche e fisiche del materiale, ma solo quando il materiale è elastico, omogeneo e isotropo. Questo collegamento mette in relazione la velocità di propagazione delle onde con il modulo di Young del materiale fratto la densità del materiale.

È fondamentale considerare che le onde elastiche subiscono rifrazioni e riflessioni all'interno dell'elemento in esame a causa di aggregati, fessure e vuoti presenti. Questo comporta un assorbimento di energia che attenua il segnale. Di conseguenza, la propagazione dell'onda è influenzata dallo stato di conservazione del materiale.

Inoltre, a causa di vuoti o fessure, il percorso reale delle onde elastiche può risultare più lungo rispetto alla distanza tra il trasmettitore e il ricevitore.

Le onde ultrasoniche (con frequenze superiori a 20.000 Hz) e soniche (con frequenze sotto i 20.000 Hz) vengono generate da un trasduttore emettitore posizionato sulla superficie dell'elemento strutturale in esame. Queste onde vengono poi rilevate da un secondo trasduttore ricevente. Le due sonde possono essere collocate sull'elemento da analizzare secondo tre modalità di prova: per trasparenza, per trasmissione radiale e di superficie. La configurazione "per trasparenza" è generalmente la più efficace.

La prova misura la velocità di propagazione delle onde elastiche nel calcestruzzo e nelle murature, calcolata come rapporto tra la distanza tra trasmettitore e ricevitore e il tempo impiegato per percorrerla: la velocità così ottenuta può differire dalla reale velocità di propagazione delle onde nel mezzo esaminato. Per questo motivo, questa velocità calcolata è talvolta definita come "velocità apparente".

Preparazione, misurazione e prove correlate alle indagini ultrasoniche

Prima di condurre l'indagine sul calcestruzzo a vista, è necessario individuare le armature, levigare la superficie con pietra abrasiva e calibrare i trasduttori usando una barra di calibrazione fornita dal produttore. I trasduttori devono essere accoppiati correttamente al calcestruzzo.

Nel caso delle misure per trasparenza, vengono effettuate almeno tre misurazioni su percorsi diversi in ogni area di interesse. Per le misurazioni a superficie, si raccomandano almeno dieci misurazioni.

Spesso, le prove non distruttive avvengono in correlazione tra loro: è importante sottolineare che la misurazione della velocità degli ultrasuoni dovrebbe essere eseguita nella stessa area precedentemente valutata tramite prove sclerometriche, per consentire un confronto con i dati ottenuti dalle prove di laboratorio sulle carote estratte.

Preparazione, misurazione e prove correlate alle indagini soniche

La prova sonica viene eseguita sulla muratura faccia a vista, per cui occorre asportare l’eventuale intonaco presente. Questa precauzione è necessaria per ridurre alterazioni nelle frequenze e ampiezze delle vibrazioni indotte sulla superficie. Viene poi segnata una griglia di punti ad interasse variabile, meglio non superiore a 15cm, su entrambe le facce della parete che si intende analizzare. I punti delle griglie devono corrispondere corrispondere tra loro, in modo che ogni coppia di punti sia alla stesse altezza dal piano di calpestio.

Ciascun punto di una griglia viene poi sollecitato con apposito martello strumentato. Le onde elastiche generate attraversano la parete e il loro tempo di percorrenza viene rilevato da un accelerometro.

Conoscendo lo spessore murario e il tempo di attraversamento di ogni punto della griglia è possibile calcolare la velocità apparente di propagazione dell’onda elastica che definisce lo stato di conservazione del materiale classificandolo come danneggiato, parzialmente danneggiato e non danneggiato.

L’insieme di tutte le velocità calcolate per una griglia di punti può essere ulteriormente rielaborato, per una immediata lettura dei risultati, sotto forma di mappa di distribuzione delle velocità a cui viene attribuita una scala cromatica calibrata per esaltare maggiormente le caratteristiche costruttive della sezione muraria.