Prove Soniche e Ultrasoniche

Normativa di riferimento:

Rilem M.S.D1: Measurement of mechanical pulse velocity for masonry

UNI 12504-4.2005: Prove sul calcestruzzo nelle strutture - Parte 4: Determinazione della velocità di propagazione degli impulsi ultrasonici”

 

Scopo delle prova:

Determinazione presenza e distribuzione delle discontinuità interne ad una struttura in muratura.

Tra le tecniche non distruttive, le prove soniche e ultrasoniche, sono quelle più comunemente impiegate. I metodi di controllo sonici sono in grado di caratterizzare e descrivere qualitativamente la muratura in mattoni o pietra.

La tecnica di prova si basa sulle stesse relazioni che regolano la propagazione delle onde sonore in un solido. Si fa riferimento al legame esistente tra velocità di propagazione delle onde elastiche attraverso un mezzo e proprietà meccaniche del mezzo stesso.

La velocità di propagazione dell’impulso sonico nella muratura diminuisce in presenza di lesioni o fratture: le fratture creano dei vuoti, dove l’onda è più lenta, e producono rifrazioni cosicché il percorso più veloce si allunga e facilmente non è più quello diretto tra sorgente e ricevitore.  

 

Prove soniche: come funzionano

Dallo studio dei valori di propagazione dell’onda elastica nella muratura è possibile individuare la presenza di discontinuità interne. La velocità sonica è infatti maggiore nei mezzi omogenei (es. rocce argillose 3500m/s), mentre risulta minima nell’aria (342 m/s).

 

 

Confronto tra differenti traiettorie soniche per la verifica dell’omogeneità della struttura e della presenza di eventuali discontinuità

La prova consiste nel sollecitare una porzione di muratura precedentemente individuata utilizzando un martello strumentato. Le onde elastiche, generate nel campo di frequenze da 20 a 20.000 Hz, vengono rilevate da un accelerometro. I segnali risultanti, opportunamente amplificati, vengono registrati nel computer collegato ad esso 

 

 

 

Martello strumentato e ricezione impulso con accelerometro

 

 

Le principali modalità di applicazione delle prove soniche e ultrasoniche sono: per trasparenza, di superficie, radiali.

 

 

 

 

Prova per trasparenza (a sinistra), prova radiale (in centro) e prova superficiale (a destra)

 

L’elaborazione dei dati consiste nel calcolo del tempo di attraversamento dell’onda nel mezzo, inteso come differenza di tempo tra il momento in cui il segnale viene emesso dal martello e quello in cui viene ricevuto dall’accelerometro. Conoscendo poi la lunghezza della traiettoria percorsa dall’onda sonica è possibile risalire alla velocità d’attraversamento del segnale, la quale qualifica lo stato di conservazione del mezzo attraversato.

 

Ad ogni velocità registrata, viene associato un colore in modo da ottenere una mappatura della sezione muraria dove i valori più elevati della velocità definiscono le zone prive di difetti, mentre i valori più bassi caratterizzano le zone maggiormente danneggiate

 

 

 

Figura a destra: mappa delle velocità soniche su campione murario di 1m x 1m. Nella mezzeria di sinistra emergono carenze strutturali della sezione. Nella mezzeria di destra si rivela la presenza di connessioni trasversali (diatoni) nella sezione.

 

 

Per la misurazione degli spessori degli strati, sono da preferire le indagini tramite onde soniche per la loro maggiore capacità di penetrazione all’interno di murature molto deteriorate o di forte spessore che spesso si trovano in situ ed in edifici storici.

 

Prove ultrasoniche: come funzionano

Le prove ultrasoniche differiscono dalle indagini soniche per la frequenza degli impulsi generati, superiori ai 20KHz. La velocità di propagazione delle onde elastiche è direttamente correlabile alle caratteristiche meccaniche e fisiche del materiale se il materiale è elastico, omogeneo ed isotropo.

Un utile impiego delle indagini ultrasoniche consiste nel valutare la profondità delle fessure negli elementi lapidei, come le colonne in pietra.

La modalità di prova in questo caso è quella che prevede l’impiego delle due sonde trasmittente e ricevente a cavallo della fessura secondo lo schema qui riportato:

 

Configurazione della disposizione delle sonde per la misurazione della profondità delle fessure

 

Attraverso delle relazioni matematiche che tengono in conto le velocità di attraversamento del segnale ultrasonico nel mezzo sano e fessurato è possibile risalire ad una stima della profondità della lesione in un punto. Ripetendo l’indagine lungo la lesione si ricava l’andamento delle profondità ai vari livelli di prova.

 

Di seguito un esempio dei risultati che si possono ottenere.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Modalità di prova per  la stima della profondità di un fessurazione lungo il fusto di una colonna in pietra naturale

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