Indagini strutture in acciaio: le prove per analizzare le discontinuità del materiale

Indagini strutture in acciaio: le prove per analizzare le discontinuità del materiale

I difetti che è possibile riscontrare sui manufatti in acciaio, per le proprie­tà del materiale e per i procedimenti di assemblaggio cui sono usualmente sottoposti gli elementi, si differenziano notevolmente da quelli relativi al cal­cestruzzo e alla muratura.

Sulla base dei possibili meccanismi di degrado che è possibile riscontrare sulle strutture metalliche, che a valle di un idoneo montaggio e posa in opera sono principalmente rappresentati dalle cricche che nel tempo tendono a dilatarsi, è stata sviluppata una serie di metodi di indagine strutture in acciaio che consentono di trovare ed analizzare queste discontinuità al fine di valutarne l’accettabilità o meno in relazione alle condizioni d’uso.

Vediamo nel dettaglio alcuni dei metodi metodi utilizzati.

Indagini strutture in acciaio: prove con liquidi penetranti

L’obiettivo di questo tipo di indagine è quello di mostrare cricche e discontinuità altrimenti invisibili ad occhio nudo, in modo da metterne in luce l’esistenza e valutarne il possibile impatto che può avere sulla resistenza e stabilità dell’elemento nel tempo. La prova consiste nell’applicazione sull’ele­mento metallico di liquidi che, per capillarità, sono in grado di penetrare all’interno delle minuscole cricche al fine di renderle visibili.

A valle di una profonda pulizia dell’elemento, questi devono infatti innanzitutto essere posti sulla superficie dell’elemento per consentire la penetrazione in ogni discontinuità eventualmente presente. Quindi deve essere eseguita un’ulte­riore pulizia, con l’eventuale utilizzo di appositi agenti chimici, finalizzata all’asportazione del liquido dalla superficie e non penetrato all’interno delle cricche cercate.

Infine è necessaria l’applicazione di una sostanza con funzione di rivelatore che espanda il liquido penetrante nascosto all’interno della discontinuità rendendolo visibile ad occhio nudo.

Dal momento che l’obiettivo della prova è proprio quello di evidenziare i difetti, i liquidi penetranti sono spesso caratterizzati da colorazioni forti o fluorescenti, in modo che possano essere facilmente individuati in contrasto con la restante superficie del materiale metallico.

Seppur ampiamente utilizzato ed affidabile, questo tipo di prova è particolarmente indicato per l’applicazione su manufatti metallici di piccole dimensioni e che possano essere eventualmente trasportati per l’analisi in officina, dal momento che l’utilizzo di liquidi si presenta molto più agevole in una postazione fissa e specificatamente adibita allo scopo. L’applicazione sulle strutture in opera è comunque diffusa ma presenta alcune difficoltà in caso di luoghi poco accessibili per i procedimenti che comunque devono essere seguiti affinché il metodo possa dare i migliori risultati.

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Indagini strutture in acciaio: prove magnetoscopiche

Questa prova basa il suo funzionamento sulle proprietà ma­gnetiche dell’acciaio.

Il test consiste nell’induzione di un campo magnetico nell’elemento metallico, campo che può essere indotto tramite elettrificazione o annegando il pezzo in un campo magnetico derivante dall’esterno. Nella maggior parte dei casi di interesse per l’applicazione in edilizia, il campo magnetico viene indotto attraverso un giogo portatile, ovvero un magnete permanente a ferro di cavallo.

Cricche evidenziate da indagine magnetoscopica

A seguito della magnetizzazione viene applicata sulla superficie, tramite nebulizzazione, una sostanza contenente particelle magnetiche che, a causa della presenza del campo magnetico precedentemente indotto, si dispongono secondo le linee di flusso dello stesso. Proprio questo rappresenta il momento di indagine: eventuali discontinuità o difetti presenti sul materiale influenzano il campo magnetico e, quindi, la disposizione delle particelle, che in questo modo formano dei punti visibili grazie al loro ad­densamento in prossimità dei difetti.

Come prevedibile, una volta terminata l’analisi della superficie, essa dovrà essere pulita e l’elemento smagnetizzato. Nonostante esistano diverse varianti per l’esecuzione di questo tipo di prove, una delle configurazioni più diffuse per il controllo degli elementi in acciaio in opera consiste nell’utilizzo combinato del giogo portatile e di particelle magnetiche contenute in liquidi che possono essere nebulizzati facilmente sulla superficie tramite bombolet­te spray.

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Indagini strutture in acciaio: prove radiografiche e gammagrafiche

Uno dei difetti del metodo di indagine a liquidi penetranti e di quello magnetoscopico appena visti è sicuramente quello di riuscire ad indagare solamente sulla superficie dell’elemento e non nell’intero volume. Nel caso in cui, oltre alle cricche e alle discontinuità, fossero presenti delle inclusioni di materiale o altri difetti interni, questi non verrebbero evidenziati dalla prova e resterebbero quindi invisibili.

A questa problematica è immune la prova radiografica, che consiste nella realizzazione di una vera e propria radiogra­fia del pezzo analizzato.

La prova radiografica, o gammagrafica, consiste proprio nell’investire il materiale metallico con un fascio di radiazioni che vanno quindi ad impri­mere una pellicola. L’intensità delle radiazioni, alterata dal materiale attraversato, definisce il livello di colore che assume la pellicola, lasciando traccia di eventuali disuniformità tra le diverse porzioni di volume analizzato.

Per l’esecuzione della prova è necessaria una specifica attrezzatura in grado di produrre le radiazioni su cui si basa, che possono essere di tipo x o di tipo g. La scelta del metodo che meglio si adatta alle diverse situazioni dipende da una serie di fattori, tra cui, tra gli altri, la possibilità di indagare elementi di spessore fino a 4 volte maggiore con i raggi g piuttosto che con i raggi x, a causa della maggior potenza della radiazione ionizzante prodotta dal processo di decadimento radioattivo.

Proprio per la natura delle fonti di energia alla base della strumentazione necessaria, l’utilizzo di questo tipo di indagini impone una particolare atten­zione in relazione alla sicurezza dell’operatore che esegue la prova, vista la pericolosità delle stesse nei confronti dell’uomo. Questo rappresenta inevitabilmente uno dei principali limiti dell’indagine radiografica, insieme alla possibilità di essere realmente efficaci solamente con pezzi metallici dalla geometria semplice, dal momento che una geometria complessa renderebbe molto difficile la distinzione delle macchie di colore legate ad un difetto da quelle connesse semplicemente alle modalità con cui le radiazioni attraversano le varie parti del pezzo analizzato.

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Indagini strutture in acciaio: prove ultrasoniche

L’indagine si basa sull’immissione di onde sonore che da un generatore vengono trasmesse al materiale da analizzare, all’interno del quale si propa­gano e vengono quindi a loro volta campionate da un ricevitore.

Gli eventuali difetti vengono individuati attraverso l’osservazione della forma d’onda e del tempo di volo. Esso è essenzialmente determinato dalla misura della distanza, in un grafico ampiezza-tempo, tra i due picchi corrispondenti all’emissione dell’impulso iniziale e all’eco di fondo, ovvero la ricezione del segnale riflesso. I difetti, semplificando il problema, sono rappresentati da eventuali picchi anomali che si dovessero visualizzare tra i due segnali di partenza e di ritorno, dovuti alla riflessione dell’onda sonora su un difetto o una discontinuità interna.

Oltre alla mera individuazione dei difetti, attraverso questa prova è possibile stimarne la tipologia. Questa operazione avviene attraverso il confronto del grafico della prova con grafici derivanti da prove standard di riferimento su difetti noti.

Si sottolinea in tal senso come la descrizione qui sopra riportata abbia semplificato notevolmente quanto realmente avviene durante la prova; l’analisi del segnale è pratica tutt’altro che semplice e la buona riuscita dell’indagine è strettamente legata alla sensibilità e all’esperienza dell’operatore che la esegue.

Così come tutte le altre prove non distruttive, anche la metodologia ul­trasonica incontra alcune difficoltà nell’applicazione su particolari elementi. Essa risulta infatti difficoltosa in caso di geometrie complesse e di elementi di piccole dimensioni, a causa della necessità di muovere la sonda emittente/ricevente sulla superficie dell’elemento. Nel campo edile e civile, questo genere di prova è molto utilizzato soprattutto per l’analisi, sia al momento della realizzazione sia nel tempo, delle saldature, in particolare quelle che prevedono la fusione completa dei lembi (saldature a piena penetrazione).

Il testo è tratto dal volume “Controllo e monitoraggio strutturale degli edifici” di Fabio Manzone, edito da Maggioli Editore.

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