Indagini non distruttive su Strutture in CLS, Muratura e Materiali Lapidei

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1 CONTROLLI INNOVATIVI PER LA COSTRUZIONE E LA MANUTENZIONE DI COMPONENTI MECCANICI ED OPERE INFRASTRUTTURALI Indagini non distruttive su Strutture in CLS, Muratura e Materiali Lapidei Angelo Tatì Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti ENEA C.R. Casaccia UTT MAT-QUAL CICPND Vicenza 26 Giugno 2015 angelo.tati@enea.it

2 CND nel campo Civile e BC Rilievo Geometrico ( Forme Volume ) Esami visivi ( Quadro Fessurativo) Endoscopia ( Paramento Murario o basamenti di statue) Termografia ( Distacco di intonaco, Umidità, ponti termici) Esami Sonori ( Integrità di elementi strutturali e continuità materica, materiali lapidei) Esami Ultrasonori ( CLS, Statue in Bronzo, oggetti in metallo ) Correnti Parassite ( cricche su metalli e ricerca di zone saldate, Ferri di armatura )

3 CND nel Settore Civile Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni Preliminarmente è necessario effettuare un attento sopralluogo per meglio progettare le attività da svolgere. Lo studio iniziale servirà anche a programmare tutto il lavoro successivo, sia per quanto concerne il tipo e il numero delle indagini da eseguire, sia per quanto riguarda i tempi di attuazione delle stesse e le modalità di elaborazione dati da realizzare successivamente. Fase preliminare Fase di acquisizione dati Elaborazione dati

4 ANALISI DIAGNOSTICA Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni prove distruttive prevedono il prelievo di campioni in diverse aree del manufatto in analisi prove non distruttive effettuate senza prelievo di parti materiche significanti La diagnostica di tipo non distruttivo riunisce le seguenti potenzialità: conservazione integrità oggetto esaminato; globalità d informazioni; capacità di fornire dati sia qualitativi che quantitativi;

5 INDAGINI DIAGNOSTICHE NON DISTRUTTIVE Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati INDAGINE PACOMETRICA INDAGINE SCLEROMETRICA INDAGINE TERMOGRAFICA INDAGINE ULTRASONICA Conclusioni

6 INDAGINI DIAGNOSTICHE DISTRUTTIVE Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia CAROTAGGI MICROCAROTAGGI Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni PROVINI CUBICI

7 INDAGINE PACOMETRICA Premessa Diagnostica Pacometria Il pacometro permette di individuare e localizzare le barre di armatura all interno dei getti di calcestruzzo evitando il ricorso a sondaggi distruttivi. Il funzionamento si basa sulla generazione di un campo magnetico emesso da una sonda portatile Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

8 Esecuzione indagine pacometrica Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

9 INDAGINE SCLEROMETRICA Premessa Diagnostica Pacometria Lo scopo dello sclerometro è la valutazione della resistenza locale e della qualità superficiale del c. a. I valori ottenuti forniscono l indice di durezza superficiale. Il limite della tecnica è legato alla scarsa profondità d indagine. Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

10 Esecuzione indagine sclerometrica Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

11 Esecuzione indagine sclerometrica Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

12 INDAGINE TERMOGRAFICA Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ogni materiale emette con continuità energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche, il suo spettro è diviso convenzionalmente in un certo numero di campi di lunghezza d onda, detti bande e la più interessante per i fenomeni legati ai manufatti edilizi è quella dell infrarosso. Er Ea Ultrasuoni E Et Carotaggi Ripartizione qualitativa dell'energia che investe una parete di spessore finito Raccolta dati Conclusioni

13 Il sistema di rilievo termografico Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

14 VANTAGGI, POTENZIALITÀ E LIMITI Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Tempi brevi di indagine; Localizzazione dei punti di crisi; Possibilità di effettuare gli esami a distanza senza ausilio di ponteggi; Capacità di rilevare su pareti intonacate o coperture, anomalie strutturali presenti. Individuazione di zone interessate da umidità per infiltrazione Identificazione dei corpi metallici murati (cappe, bretelle, catene, rinforzi, reti, ecc) L interpretazione delle immagini richiede esperienza e preparazione specifica tenendo ben presenti le condizioni al contorno Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

15 Esecuzione indagine termografica Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

16 Esecuzione indagine termografica Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

17 INDAGINE ULTRASONICA Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni Il termine ultrasonico è usato per descrivere le vibrazioni a frequenza superiore a Hz. Il metodo si basa su impulsi che sono prodotti da trasduttori piezoelettrici e propagati nell elemento da provare attraverso un mezzo di accoppiamento. Le metodologie di prova possono essere eseguite in maniera diretta (sonde su due facce opposte), in maniera indiretta (sonde sulla stessa faccia) ed in maniera semidiretta (sonde su due facce adiacenti).

18 VANTAGGI, POTENZIALITÀ E LIMITI Possibilità di eseguire le prove su di un numero di punti abbastanza elevato Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria per meglio definire le caratteristiche complessive della struttura Possibilità di valutare la variazione della densità, del materiale analizzato, nell arco del tempo Parziale variabilità delle misure eseguite dovuta ad alterazioni causate dall umidità ed altri fattori congiunturali; Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

19 Esecuzione indagine ultrasonora Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

20 INDAGINI DIAGNOSTICHE DISTRUTTIVE CAROTAGGI E MICROCAROTAGGI EDIFICI ESISTENTI Premessa Diagnostica Pacometria Una delle prove meccaniche di tipo distruttivo è rappresentata dall estrazione, mediante apposite macchine carotatrici, di campioni cilindrici di diverso diametro e lunghezza. Tali provini vengono successivamente sottoposti a prove di schiacciamento e carbonatazione. Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

21 VANTAGGI, POTENZIALITÀ E LIMITI Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Possibilita di calcolare in maniera diretta il valore di rottura del materiale analizzato; Calcolo del livello di carbonatazione; Elevati costi delle tecniche di prelievo; Significativa invasività del metodo sulla struttura indagata; Tendenziale sottostima delle caratteristiche meccaniche ottenute su campioni alterati durante la fase di prelievo Raccolta dati Conclusioni

22 Estrazione campioni Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

23 Estrazione campioni Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

24 Identificazione dei campioni Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

25 Identificazione dei campioni Premessa Diagnostica Pacometria Sclerometria Termografia Ultrasuoni Carotaggi Raccolta dati Conclusioni

26 RACCOLTA DATI POSIZIONAMENTO ED ORIENTAMENTO PILASTRO DIMENSIONI PILASTRO POSIZIONAMENTO STAZIONI QUANTITA CAROTE E MICROCAROTE INDICI SCLEROMETRICI POSIZIONAMENTO FORI CAROTAGGI VELOCITA ULTRASUONI

27 RACCOLTA DATI

28 Confronto tra le PND e le prove meccaniche 60,00 50,00 40,00 30,00 N/ mmq a rottura Rilem Pascale 20,00 10,00 0, Confronto tra le RCK stimate dalle PND strutture e le prove di compressione sui cubetti Conclusioni

29 Edificio di nuova costruzione - Provini cubici

30 Edificio di nuova costruzione - Cubetti Acquisizione e elaborazione Dati Sclerometrici ed Ultrasonori Provini cubici

31 Edificio di nuova costruzione Prove a compressione Prove a compressione dei provini cubici

32 Edificio di nuova costruzione - Struttura Acquisizione e elaborazione Dati Sclerometrici ed Ultrasonori Elementi strutturali

33 Confronto tra le PND e le prove meccaniche Confronto tra le RCK stimate dalle PND e le prove di compressione sui cubetti Stima RCK dalle PND sugli Elementi strutturali

34 Confronto tra le PND e le prove meccaniche Confronto tra le RCK stimate dalle PND cubetti e le prove di compressione sui cubetti Confronto tra le RCK stimate dalle PND strutture e le prove di compressione sui cubetti

35 Prove Dinamiche ( sismica ) dell Edificio Le prove dinamiche sono effettuate per verificare la resistenza della struttura al terremoto simulato con diverse intensità fino a portalo ad un danneggiamento valutato in termini di: Picco di accelerazione in g raggiunto durante il sisma Il primo picco di frequenza raggiunto durante le prove dinamiche casuali Gli spostamenti massimi lungo gli assi X e Y al 1 e 2 livello dell edificio durante la prova Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

36 CND nel campo Civile e BC Rilievo Geometrico ( Forme Volume ) Esami visivi ( Quadro Fessurativo) Endoscopia ( Paramento Murario o basamenti di statue) Termografia ( Distacco di intonaco, Umidità, ponti termici) Esami Sonori ( Integrità di elementi strutturali e continuità materica, materiali lapidei) Esami Ultrasonori ( CLS, Statue in Bronzo, oggetti in metallo ) Correnti Parassite ( cricche su metalli e ricerca di zone saldate, Ferri di armatura )

37 Prove Soniche Per la salvaguardia dei beni culturali in particolare dove è richiesta la conoscenza della struttura interna e il suo stato di degrado, le prove soniche rivestono un ruolo fondamentale. Esempi di applicazione: Obelisco del Laterano Statua di Urbano VIII (Musei capitolini) Monumento a Filippo Corridoni (Parma) Colonna del Duomo di Orvieto Caratterizzazione della muratura a Vittorio Veneto Misura della velocità sonora e stima del modulo elastico dei modelli di edificio in scala ridotta per le prove sismiche Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

38 Strumento Delta T Distanza Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

39 Tecnica della trasmissione Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

40 Procedure Le misure soniche possono essere eseguite in due modalità Dirette 1 ora di misura Indirette o tomografiche 3 o 4 ore di misura Contorno regolare dell oggetto Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

41 Sistema Prove Soniche Strumentazione Software di acquisizione Software di elaborazione Software sviluppato da ENEA Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

42 Software di Acquisizione Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

43 Metodo di ricostruzione Percorso A Σvalue Media Massimo Percorso B Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

44 Metodo di ricostruzione Con il metodo Diretto non è possibile determinare l orientazione delle zone con diversa velocità Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

45 Metodo di ricostruzione Infatti la zona con più bassa velocità da il medesimo risultato della precedente Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

46 Metodo di ricostruzione Con il metodo Indiretto è possibile determinare l orientazione delle zone con diversa velocità Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

47 Caratteristiche dei Materiali Con il metodo Sonoro è possibile investigare i materiali utilizzati nelle strutture architettoniche Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

48 Obelisco del Laterano Problematiche: Conoscenza dello stato di degrado e stima del modulo elastico e della resistenza a compressione Ricostruzione tomografica dei giunti di collegamento dei 3 blocchi (circa più di 100 ton ciascuno) Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

49 Tomografia Sonica BASE 1 GIUNTO 2 GIUNTO Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

50 Tomografia Sonica Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

51 Tomografia Sonica Mechanical properties at the images sections and at the damaged zones of the obelisk normalized with respect the undamaged granite Structural Resources Damage state 1

52 Tomografia Sonica Mechanical properties at different zones of the base normalized with respect the undamaged granite

53 Tomografia Sonica South-East 3D Sequential Graph (Spreadsheet1 7v*7c) South-West

54 Tomografia Sonica

55 Ricostruzione Architettonica Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

56 Rilievo Architettonico tramite Scanner Laser Caso Studio Rilievo Fotogrammetrico ad alta Risoluzione di un tratto delle Mura Ciclopiche di Anagni FR Filmato Laboratorio di Qualificazione Materiali e Componenti UTT MAT-QUAL (C.R. ENEA Casaccia)

57 Rilievo Termografico e Laser della Navata Centrale del Duomo di Orvieto il rilievo del quadro fessurativo : Termografia muratura della navata centrale. Termogramma e immagine fotografica della parte superiore della navata-parete Nord e transetto(viola) angelo.tati@enea.it

58 Rilievo Termografico della Navata Centrale del Duomo di Orvieto il rilievo del quadro fessurativo : Termografia - Profili termici angelo.tati@enea.it

59 Tabella 3. Circonferenza delle colonne circolari - l'altezza della misura è espressa nel numero di bande e colore Prove Soniche sulle Colonne della Navata Centrale Tomografia sonica con contorno irregolare Segnali Strumentazione Sonica Tomografia Sonica Istogramma delle velocità angelo.tati@enea.it

60 Tabella 3. Circonferenza delle colonne circolari - l'altezza della misura è espressa nel numero di bande e colore Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità delle Colonne della Navata Centrale Installazione delle mire catarifrangenti: Colonne Navata centrale balconata angelo.tati@enea.it

61 Rilievo e monitoraggio del Quadro Fessurativo delle Colonne e della Navata Centrale Scansione Laser Verticale. angelo.tati@enea.it

62 Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità delle Colonne della Navata Centrale Scansione Laser Orizzontale.

63 Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità delle Colonne della Navata Centrale Collimazione delle scansioni laser.

64 Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità delle Colonne della Navata Centrale Scansioni Laser sovrapposte.

65 Monitoraggio tramite scanner laser della verticalità delle Colonne della Navata Centrale Posizione dello strumento Laser nelle due scansioni

66 Indagini non distruttive su Strutture in CLS, Muratura e Materiali Lapidei Grazie a tutti per la partecipazione!!! E grazie ai promotori dell iniziativa