ultrasoniche per lo studio dei Beni Monumentali ultrasoniche per lo studio dei Beni Monumentali Ultrasuoni Infrasuoni Suoni Ultrasuoni

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1 Tomografie ultrasoniche per lo studio dei Beni Monumentali P. Capizzi Dipartimento CFTA, Università degli Studi di Palermo GG1 Frequenza Hz (Cicli al secondo) Ultrasuoni Infrasuoni Suoni Ultrasuoni M (mega) k (kilo) m (milli) Lunghezza d onda nell aria (m) m (milli) k (kilo) M (mega) λ = v/f 20 khz 20 MHz La lunghezza d onda d (λ)( va da 20 cm a 0.2 mm in rocce che hanno una velocità di circa 0 m/s Notebook Strumentazione utilizzata: TDAS 16 Boviar TDAS multicanale (16 canali) sonde riceventi e trasmittenti con una frequenza centrale di 55 khz 1/41 2/41 3/41 Le sonde: tipi di supporti Tecniche di misura con gli ultrasuoni Misure per riflessione Misure per trasparenza Tomografia ad ultrasuoni La GTT Per diminuire gli errori sulla stima della lunghezza dei tragitti 4/41 5/41 6/41

2 Diapositiva 2 GG1 Le onde ultrasoniche sono generate sfruttando le proprietà piezoelettriche di alcuni materiali; queste proprietà consistono nella capacità di questi materiali di contrarsi ed espandersi quando sono sottoposti all azione di un campo elettrico alternato. Gianluca; 18/10/7

3 Misure per riflessione Trasmettitore Misure per trasparenza Trasmettitore Ricevitori Trasmettitori Tomografia ad ultrasuoni (2D o 3D) Ricevitori GTT (Global Tomographic Traveltime) Misura non invasiva dello strato esterno degradato di un oggetto (statua in marmo, pietra, ecc.) Premodello: corpo omogeneo (velocità delle onde elastiche) con uno strato esterno degradato, a velocità più bassa. Si ipotizza che velocità e spessore dello strato siano omogenee (o quasi) su tutto l oggetto. Ricevitore Parametro indagato: Velocità delle onde elastiche, a frequenza sonica ( Hz) o ultrasonica (20 60 khz). Materiale interno non degradato marmo sano (ms) Strato esterno degradato marmo degradato (md( md) Servono corrette tarature Stima della velocità media correlata con il parametro della resistenza alla compressione 7/41 8/41 9/41 Tecnica delle misure Misura dei percorsi lontani che attraversano due volte lo strato degradato Misura dei percorsi vicini che viaggiano nello strato degradato Tempi di percorrenza (o di volo) Dromocrona Tomografica Globale, GTT [ms] /V md Punti ricavati da percorsi lontani Tempo intercetto T i 1/V ms [cm] Distanze del ricevitore dalla sorgente Punti ricavati da percorsi vicini Esempi applicativi di tomografia ultrasonica Colonne in marmo di Billiemi Balaustrino in marmo Statua del Togato di Petrara (I sec. d.c.) Esempio applicativo della GTT Kuros di Agrigento (480 a.c.) San Michele Archangelo (XVI sec.) Giovane di Mothia (V sec. a.c.) 10/41 11/41 12/41

4 Tomografie ultrasoniche a supporto del progetto di restauro di Palazzo Branciforte Tomografie ultrasoniche a supporto del progetto di restauro di Palazzo Branciforte rilievo progetto COLONNA 1 COLONNA 3 COLONNA2 13/41 14/41 15/41 COLONNA 1 COLONNA 2 COLONNA 3 capitello 16/41 17/41 18/41

5 Balaustrino in marmo Tomografia ultrasonica e GTT tempi corretti/distanza 7 sezioni per un totale di 114 punti di misura: Tomografia e GTT tempi (ms) V 2 m/s V = 1730 ± 50 m/s distanza (mm) Strato superficiale degradato: 0.8 cm circa 19/41 20/41 21/41 Tomografia ultrasonica per i Beni Monumentali Togato di Petrara (I sec. d.c.) Lesione sul fianco sinistro e sul retro Ritrovata nel 3, a Locri (RC), spezzata in tre parti alta circa m 2,16 Dal marzo al luglio 8 sono state eseguite le operazioni di restauro del manufatto per ricomporre la statua e porla nuovamente in posizione eretta. perno a sezione quadrata 49 cm 22/41 23/41 24/41

6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 96 punti: 12 punti per 8 sezioni Distanza tra le sezioni: 7 cm Posizionamento dei punti di misura - Distanze lungo il raggio - Triangolazione Deviazione massima: cm Tomografia ultrasonica Strumentazione: TDAS 16 (Boviar) multicanale (16 canali). Frequenza di campionamento: 1.25 MHz (0.8 µs). Sonde riceventi e trasmittenti con una frequenza centrale di 55 khz. Le sonde sono state dotate di appositi supporti di alluminio a forma di cono che consentono il posizionamento puntuale del sensore sul manufatto. La taratura delle sonde (dotate del supporto) è stata eseguita ogni 12 punti sorgente S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 25/41 26/41 27/41 velocità (m/s) segnali Velocità media: 2680 m/s (raggi rettilinei) dati dati filtrati S1 S2 S3 S5 L inversione dei dati è stata eseguita con il software GeotomCG (raggi curvi e rettilinei) S4 (raggi curvi e rettilinei) S6 Velocità (m/s) I risultati dell inversione 3D dei dati, sono stati utilizzati per creare il modello 3D (Voxler software) Velocità (m/s) 0 S8 S S6 S5 S4 S7 S S3 distanza (mm) S2 S1 28/41 29/41 30/41

7 La lesione nel retro della statua Sono stati eseguiti due fori: Intervento di restauro - il foro più grande (per il perno) è stato realizzato con una profondità di 720 mm per superare la lesione e raggiungere una zona solida del marmo; Risultati della carota eseguita per l inserimento del perno Velocità (m/s) - il foro del tenone antirotazione è stato limitato a 350 mm. Velocità (m/s) Isosuperficie a 2 m/s 31/41 32/41 33/41 Kuros di Agrigento (480 a.c.) Kuros di Agrigento (480 a.c.) San Michele Archangelo (XVI sec.) GTT (GLOBAL TOMOGRAPHIC TRAVELTIME) Tempi di volo (ms) MISURE IN TRASPARENZA Punti Sperimentali Retta di Best Fit Lineare V = 5250± 250 m / s Tempi di volo (ms) MISURE LUNGO I PROFILI SUPERICIALI Punti Sperimentali (Profilo 1) Punti Sperimentali (Profilo 2) Punti Sperimentali (Profilo 3) Retta di Best Fit Lineare V = 2880 ± 40 m / s TDAS 16 Boviar Sonde Rx e Tx: : frequenza centrale de 55 KHz Trasparenza Profilo superficiale Intercetta con l'asse dei Tempi Distanze (mm) Misure della GTT,, relative a percorsi lontani,, eseguite per trasparenza. Vel.. Int. = ca 5250 ± 250 m/s Distanze (mm) Misure della GTT,, relative a percorsi vicini,, eseguite con onde dirette. Vel.. Est. = ca 2880 ± 40 m/s Strato superficiale degradato (ca( 6 ± 2mm) 34/41 35/41 36/41

8 San Michele Archangelo (XVI sec.) Misure della GTT, relative a percorsi lontani, eseguite per trasparenza. Vel.. Int. = ca 5620 ± 140 m/s Misure della GTT, relative a percorsi vicini, eseguite con onde dirette. Vel.. Est. = ca 2 ± m/s tempi di volo (ms) differenze dei tempi di volo (ms) punti sperimentali retta di best fit lineare Strato superficiale degradato (ca( 6 ± 2mm) MISURE IN TRASPARENZA V = 5620 ± 140 m s intercetta con l'asse dei tempi 0.00 Strato superficiale distanze (mm) MISURE LUNGO IL PROFILO SUPERFICIALE V = 2 ± punti sperimentali retta di best fit lineare m s Giovane di Mothia (V sec. a.c.) GTT (GLOBAL TOMOGRAPHIC TRAVELTIME) tempi di arrivo (ms) misure lungo profili superficiali Velocità = (2900 ± ) m/s posizione (mm) Velocità = (2677 ± 14) m/s Velocità = ( ) m/s Velocità = (2760 ± 20) Velocità m/s = ( ) m/s Velocità Velocità = (3060 = (3060 ± 30) 30) m/s m/s Velocità Velocità = (3220 = (3220 ± 20) 20) m/s m/s petto ginocchio collo fondo schiena fit lineare petto fit lineare ginocchio fit lineare collo fit lineare fondo schiena distanze (mm) 37/ / / misure in trasparenza misure in trasparenza CONCLUSIONI tempi di arrivo (ms) fit lineare La tomografia ultrasonica risulta sicuramente il metodo più completo di indagine ultrasonica, mostrando una forte correlazione con i dati ricavati dalle carote o da altri tipi di indagine (prove alla compressione). Richiede tuttavia tempo per l acquisizione l e l elaborazione l dei dati Velocità interna = (5900 ± ) m/s Velocità esterna = (2900 ± ) m/s Strato superficiale alterato (ca 2 cm) posizione (cm) La metodologia GTT si è rivelata uno strumento utile ed adeguato per rilevare lo strato superficiale degradato con sufficiente precisione ed in modo assolutamente non invasivo, costituendo inoltre un alternativa veloce e precisa alla più lunga e onerosa tomografia ultrasonica completa /41 41/41