Cavità e vuoti
Volumi privi di materiale o con riempimento differente rispetto al calcestruzzo circostante.
Guida tecnica · Metodologia
Tomografia ultrasonica del calcestruzzo
Vedere l'interno della struttura attraverso la risposta delle onde ultrasoniche.
La tomografia ultrasonica consente di analizzare la struttura interna del calcestruzzo attraverso la riflessione di impulsi di onde elastiche, producendo sezioni B-scan e, attraverso acquisizioni su griglia, rappresentazioni tridimensionali.
Che cos'è la tomografia ultrasonica?
La tomografia ultrasonica è una metodologia di indagine non distruttiva basata sul principio pulse-echo: l'elemento strutturale viene sollecitato con brevi impulsi di onde elastiche e viene analizzata la risposta riflessa dal materiale.
La riflessione si genera dove il percorso dell'onda incontra una variazione delle proprietà del mezzo. L'intensità della risposta dipende dal contrasto di impedenza acustica: maggiore è la differenza tra il calcestruzzo e l'elemento incontrato, più marcata risulta la riflessione registrata.
Emissione dell'impulso
Vengono generati brevi impulsi di onde elastiche che si propagano all'interno dell'elemento in calcestruzzo.
Riflessione
L'impulso viene riflesso in corrispondenza di superfici che interrompono la continuità del materiale.
Contrasto di impedenza acustica
L'entità della riflessione dipende dal contrasto di impedenza acustica tra il calcestruzzo e l'elemento o la discontinuità incontrata.
Acquisizione del segnale
Il segnale riflesso viene acquisito e registrato con i relativi tempi di percorso e ampiezze.
Elaborazione della risposta
I dati acquisiti vengono elaborati per restituire una rappresentazione della risposta del volume indagato.
Come funziona l'acquisizione
Il percorso dell'informazione, dall'impulso emesso alla rappresentazione tridimensionale, segue una sequenza definita in fase di progettazione dell'indagine.
01
Impulso ultrasonico
Emissione di onde elastiche nel materiale.
02
Riflessione
Risposta in corrispondenza dei contrasti acustici.
03
Acquisizione
Registrazione del segnale riflesso.
04
B-scan
Sezione del volume indagato.
05
Acquisizione su griglia
Ripetizione secondo un reticolo definito.
06
Ricostruzione 3D
Composizione tridimensionale dei dati.
Nel sistema documentato nelle campagne Novatest una serie di 12 sensori opera alternativamente come emettitore e ricevitore, generando un numero elevato di combinazioni di percorso per ciascun posizionamento. Questa caratteristica riguarda lo specifico sistema utilizzato e non deve essere intesa come proprietà comune a ogni sistema tomografico.
Cosa può evidenziare
Le informazioni ottenibili dipendono dal contrasto acustico tra gli elementi presenti e il calcestruzzo, oltre che dalle condizioni di acquisizione. La rilevabilità di una anomalia non può quindi essere assunta a priori.
Fessure
Superfici di separazione che possono generare una riflessione rilevabile.
Discontinuità
Variazioni interne della configurazione o della compattezza del materiale.
Distacchi interni
Separazioni tra strati o tra materiali con caratteristiche differenti.
Elementi metallici
Armature, inserti e altri elementi inglobati con elevato contrasto acustico.
Anomalie della configurazione interna
Difformità rispetto alla geometria attesa o documentata dell'elemento.
Dal B-scan alla rappresentazione 3D
Una singola acquisizione restituisce una sezione del volume indagato, denominata B-scan. Ripetendo le acquisizioni secondo una griglia definita è possibile comporre i dati e ottenere una rappresentazione tridimensionale della porzione di elemento analizzata.
Singola acquisizione
Sezione B-scan: le riflessioni registrate vengono rappresentate in funzione della posizione e della profondità, evidenziando la risposta del volume indagato.
Acquisizione su griglia
Ricostruzione tridimensionale ottenuta componendo acquisizioni successive su reticolo, con visualizzazione della configurazione interna della porzione analizzata.
Quando il GPR precede la tomografia
In specifiche campagne documentate, il georadar è stato impiegato preliminarmente per ricostruire la geometria interna dell'elemento, individuare la posizione di armature ed elementi inglobati e orientare la successiva acquisizione tomografica sulle aree realmente significative.
Le due metodologie restituiscono informazioni di natura differente: la loro combinazione rappresenta un esempio documentato di strategia di indagine, non una procedura obbligatoria né una sequenza applicabile in ogni contesto.
GPR
Localizzazione e geometria
Tomografia ultrasonica
Approfondimento delle caratteristiche interne
Correlazione dei dati
Lettura integrata delle informazioni acquisite
Applicazioni su strutture precompresse
Negli elementi contenenti cavi o trefoli di precompressione la tomografia ultrasonica può contribuire all'analisi della configurazione interna, a condizione che l'indagine sia progettata tenendo conto delle caratteristiche dell'elemento.
La valutazione preliminare della geometria e dello spessore dell'elemento, la verifica del copriferro disponibile e la scelta della direzione di osservazione influenzano in modo determinante la qualità dell'informazione ottenibile.
- Valutazione preliminare di geometria e spessore dell'elemento
- Verifica di un copriferro adeguato rispetto all'obiettivo dell'indagine
- Possibile effetto ombra generato da elementi superficiali fortemente riflettenti
- Scelta ragionata della direzione di osservazione
- Validazione preliminare su porzioni note della struttura, quando possibile
Limiti e condizioni di applicabilità
Box tecnico
- Geometria dell'elemento indagato
- Spessore della porzione da analizzare
- Qualità e omogeneità del calcestruzzo
- Condizioni della superficie di appoggio
- Presenza di rivestimenti o finiture
- Elementi fortemente riflettenti
- Attenuazione del segnale in profondità
- Effetto ombra prodotto da elementi superficiali
- Necessità di prove preliminari, quando richiesto
La tomografia ultrasonica è uno strumento diagnostico: la qualità del risultato dipende dalla corretta progettazione dell'indagine e dall'interpretazione dei dati.
Caso applicativo: Viadotto Via Mario de Bernardi
Nel 2019 Novatest ha condotto una campagna diagnostica sul viadotto di Via Mario de Bernardi, presso l'aeroporto di Fiumicino, con l'obiettivo di acquisire informazioni sulla configurazione interna degli elementi strutturali esistenti.
La campagna ha previsto l'impiego di tomografia ultrasonica, GPR e radiografia digitale. In questa pagina l'attenzione è rivolta al contributo della tomografia e al suo rapporto metodologico con le indagini georadar.
Il GPR ha fornito informazioni preliminari sulla configurazione interna, mentre la tomografia ha permesso di approfondire la risposta dell'elemento mediante acquisizioni ultrasoniche.
Scopri il caso completo sulle indagini di ponti e viadotti:
La strumentazione
Le campagne descritte sono state eseguite con sistema tomografico A1040 MIRA. La strumentazione resta comunque un elemento subordinato: la qualità del risultato dipende dalla progettazione dell'indagine e dall'interpretazione tecnica dei dati acquisiti.
Quando scegliere la tomografia ultrasonica?
La tomografia ultrasonica può essere considerata quando è necessario:
- Approfondire anomalie interne già segnalate
- Analizzare elementi in calcestruzzo
- Investigare discontinuità di natura non nota
- Ottenere informazioni sezionali o tridimensionali
- Approfondire aree già individuate con altre metodologie
La scelta della metodologia deve essere definita in funzione dell'obiettivo diagnostico, della struttura e delle condizioni operative.
Domande frequenti
- Che cos'è la tomografia ultrasonica del calcestruzzo?
- È una metodologia di indagine non distruttiva che analizza la struttura interna del calcestruzzo attraverso la riflessione di impulsi di onde elastiche. Le riflessioni acquisite vengono elaborate per restituire sezioni B-scan e, mediante acquisizioni su griglia, rappresentazioni tridimensionali dell'elemento indagato.
- Che cosa significa metodo pulse-echo?
- Il metodo pulse-echo prevede l'emissione di brevi impulsi di onde elastiche e l'acquisizione della loro riflessione. La riflessione si genera in corrispondenza di superfici che presentano un contrasto di impedenza acustica rispetto al materiale circostante, come discontinuità, vuoti o elementi con caratteristiche differenti.
- Che cosa può evidenziare la tomografia ultrasonica?
- In funzione del contrasto acustico e delle condizioni di acquisizione, la tomografia ultrasonica può evidenziare cavità e vuoti, fessure, discontinuità, distacchi interni, elementi metallici e anomalie della configurazione interna. La risposta non è mai garantita a priori: dipende dalla geometria, dal materiale e dalla corretta progettazione dell'indagine.
- Qual è la differenza tra B-scan e ricostruzione 3D?
- Una singola acquisizione restituisce una sezione verticale del volume indagato, denominata B-scan. Ripetendo le acquisizioni secondo una griglia predefinita è possibile comporre i dati e ottenere una rappresentazione tridimensionale della porzione di elemento analizzata.
- La tomografia ultrasonica è applicabile a elementi precompressi?
- Può essere impiegata nell'analisi di elementi contenenti cavi o trefoli di precompressione, valutando preliminarmente geometria e spessore dell'elemento, il copriferro disponibile, la direzione di osservazione più adeguata e il possibile effetto ombra prodotto da elementi fortemente riflettenti. In molti casi è opportuna una validazione preliminare su una porzione nota della struttura.
Devi verificare cosa si trova all'interno di un elemento strutturale?
La scelta della metodologia dipende dall'obiettivo dell'indagine, dalla geometria dell'elemento e dalle condizioni operative.