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    Costantino Carbone · Antonino Musolino · Marco Raugi · Florin Turcu
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    ABSTRACT: Sommario In questa memoria viene descritto lo studio di fattibilità di un metodo di diagnostica non distruttiva per pareti di calcestruzzo e murature basato sulla propagazione di onde ultrasonore. Come è noto le tecniche basate su onde ultrasonore sono state introdotte con successo nelle ispezioni non distruttive in differenti settori dell'ingegneria. In particolare, sui sistemi di condutture degli impianti industriali vengono utilizzate onde ultrasonore guidate dalle pareti stesse delle condutture. La presenza di un difetto nella conduttura produce un'onda riflessa che viene rilevata da sensori opportunamente posizionati; l'analisi delle forme d'onda rilevate dai sensori permette la localizzazione e la classificazione dell'eventuale difetto. Presso il Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione dell'Università di Pisa è disponibile il sistema diagnostico MsS 2020 ® basato su un trasduttore magnetostrittivo. Esso è stato utilizzato con successo per l'analisi di condutture metalliche. Attualmente si stanno investigando le sue potenzialità per l'analisi di strutture piane. In particolare si stanno effettuando una serie di simulazioni numeriche relative alla propagazione delle onde elastiche ultrasonore in strutture murarie e in manufatti di calcestruzzo, su questi ultimi sono state eseguite prove sperimentali con lo strumento in precedenza menzionato. Introduzione Per verificare lo stato di salute di alcuni tipi di strutture non sempre si può ricorrere ai metodi classici dell'ingegneria civile come può essere l'estrazione di carote dal manufatto da sottoporre a prove di laboratorio. Infatti, ciò non è possibile per quelle che risultano difficilmente accessibili o per quelle che rivestono un importanza di carattere storico o artistico per le quali non è possibile intervenire in modo invasivo. Vengono, pertanto, utilizzati dei metodi di indagine non distruttiva del manufatto; tra essi i metodi acustici rivestono notevole importanza [1]. I metodi acustici si basano sulla propagazione di onde elastiche all'interno del mezzo, generate con opportuni strumenti. Sono in genere usati metodi sonici, ultrasonici ed "impact echo" attraverso i quali è possibile ispezionare una porzione di struttura vicina alla posizione dello strumento utilizzato. Generalmente gli strumenti di indagine acustica sono costituiti da una parte emettitore e una rilevatore del suono, in base alla loro posizione relativa, le prove possono distinguersi in: -) prove per trasmissione diretta: trasduttore e rilevatore sono posti sulle facce opposte del muro; -) prove per trasmissione semi diretta: in questo caso il rilevatore e trasduttore sono su due facce contigue; -) prove per trasmissione indiretta: il trasduttore e il rilevatore sono sulla stessa faccia. Nell'ambito di una ricerca condotta presso il Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione è stata investigata la possibilità di effettuare indagini non distruttive utilizzando un metodo basato sulla trasmissione indiretta che utilizza la propagazione di onde elastiche trasversali [2] in strutture piane con frequenze in campo ultrasonoro. Il campo di frequenze utilizzate è legato alle dimensioni dei difetti che si vogliono rilevare. Come e' noto sono rilevabili difetti le cui dimensioni sono dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda della perturbazione utilizzata. L'utilizzo di frequenze troppo basse permette di rilevare difetti di una certa dimensione; aumentando la frequenza si possono individuare difetti più piccoli. Di contro, l'uso di frequenze troppo elevate soffre dgli echi provenienti dalle fisiologiche disomogeneità della struttura in prova. Ad esempio, prendiamo in considerazione l'uso di frequenze superiori ai 100kHz in un manufatto in calcestruzzo. La lunghezza d'onda corrispondente è di circa 2 centimetri (per perturbazioni trasversali), che è simile alle dimensioni tipiche degli inerti. Risulta pertanto molto difficile distinguere le riflessioni dovute agli inerti da quelle dovute ad eventuali difetti. La tecnica descritta in questa memoria è stata applicata a materiali da costruzioni quali lastre di calcestruzzo e murature di mattoni pieni a una e a due teste. Indagini su manufatti in calcestruzzo Lo studio della propagazione di onde elastiche ultrasonore in un mezzo costituito da lastre di calcestruzzo è iniziato con la simulazione del fenomeno attraverso l'uso di codici di calcolo FEM quale è ADINA 8.3. Si è analizzato il comportamento di una serie di lastre dello spessore di 15 cm. Lo studio è stato compiuto su modelli che differiscono tra loro per la presenza o meno di un difetto, per la posizione del difetto stesso e per la frequenza della perturbazione elastica utilizzata. In figura 1 è descritta la geometria di un modello in cui è presente un difetto costituito da un vuoto delle dimensioni 3x10 cm e che si sviluppa in tutto lo spessore della lastra. Solo metà della lastra è stata analizzata imponendo le opportune condizioni di simmetria sul piano y=0. In uno dei modelli il difetto è posizionato in prossimità del bordo superiore e ha le coordinate di x=0 cm e y=177 cm.
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