Sicurezza ponti: la radiografia digitale per l'individuazione del danno dei cavi post-tesi

La valutazione dell'efficienza residua dei cavi post-tesi nei ponti esistenti in calcestruzzo armato precompresso è un compito molto impegnativo e importante per la valutazione della sicurezza strutturale. Infatti, alcuni crolli di questo tipo di ponti avvenuti recentemente in Italia sono stati attribuiti alla rottura dei cavi. Tuttavia, ad oggi, le prove non distruttive per l’identificazione del danneggiamento dei cavi non sono ancora efficaci e consolidate in letteratura.

Il presente lavoro presenta una nuova tecnica di prova, basata sulla Radiografia Digitale (RD), per verificare l'integrità dei cavi post-tesi nelle anime delle travi mediante immagini radiografiche in grado di rilevare sia la corrosione dei fili o dei trefoli sia la consistenza della malta nelle guaine. La tecnica RD è stata recentemente applicata in due viadotti autostradali e convalidata attraverso sondaggi distruttivi locali, rilevando il reale stato dei cavi. I risultati di questa campagna di indagini sono ampiamente discussi.

La seguente memoria è stata presentata ad EUROSTRUCT 2021. 


La radiografia digitale nella valutazione del degrado dei cavi-post tesi 

Il degrado dei cavi post-tesi è uno dei fenomeni più pericolosi che interessano i ponti esistenti in cemento armato precompresso, in quanto può portare a crolli improvvisi della struttura, anche in assenza di traffico stradale. Per questo motivo, sono sempre più richieste ispezioni speciali volte a rilevare lo stato dei cavi mediante specifiche prove non distruttive (PND) ed endoscopie. Le PND tradizionali, tuttavia, forniscono spesso risultati imprecisi, difficili da interpretare e non sempre efficaci nel fornire informazioni sulla capacità residua della precompressione.

Una nuova tecnica di prova basata sulla Radiografia Digitale (RD), già utilizzata con successo nell'ingegneria civile per la scansione di condotte in acciaio [1-2] e per indagare sui problemi di corrosione [3-5], è stata recentemente svi-luppata e applicata per rilevare lo stato reale dei cavi con risultati promettenti.

Questa tecnica consente di ottenere rapidamente immagini bidimensionali a buona risoluzione dell'interno della struttura indagata e di fornire risultati incoraggianti per le ispezioni non distruttive di ponti in calcestruzzo armato precompresso.

 

La Radiografia Digitale

La RD si basa sull'interazione di radiazioni ionizzate con un corpo posto tra una sorgente emittente e un ricevitore e sulla successiva elaborazione dei dati attra-verso un tablet con un software in grado di acquisire, elaborare e memorizzare le immagini in tempo reale (Fig. 1).

Per radiazione si intende il trasporto di energia sotto forma di fotoni associati alla propagazione di un'onda elettromagnetica, come i raggi X e i raggi γ, e di energia cinetica associata all'altissima velocità di particelle cariche con massa non nulla, come i raggi α, i raggi β (elettroni e positroni), i protoni, i neutroni e gli ioni.

Nella loro traiettoria, le radiazioni possono essere assorbite dal corpo interposto, diffuse o trasmesse al ricevitore. Quando le radiazioni attraversano l'oggetto da esaminare vengono assorbite con una legge esponenziale, che dipende dallo spessore e dalla densità del materiale penetrato. Le radiazioni attenuate raggiungono il ricevitore posizionato dietro l'oggetto da esaminare e parte dell'energia che passa viene acquisita dal ricevitore, dando luogo a un'immagine radiografica, che è un'immagine fedele dell'oggetto ma "in negativo".

Eventuali difetti nell'oggetto, come cavità o fessure, saranno meno assorbenti del materiale circostante: pertanto, sul ricevitore si formeranno macchie più scure in proporzione all'intensità del difetto, mentre si formeranno macchie più chiare per la presenza di elementi più assorbenti, come ferri di armatura o cavi post-tesi (Fig. 2).

I parametri più importanti per l'acquisizione radiografica sono la potenza di penetrazione della radiazione, lo spettro d’intensità dell'energia emessa dalla sorgente, lo spessore dell'oggetto da scansionare e il materiale che compone il corpo.

Inoltre, per una corretta esecuzione di una RD in termini di qualità dell'immagine, sono molto importanti il tempo di esposizione, che varia in relazione allo spessore e alla potenza della sorgente utilizzata, e le distanze relative del corpo rispetto alla sorgente e al ricevitore. 

La radiografia digitale nella valutazione del degrado dei cavi-post tesi

Fig. 1. Strumentazione usata nella radiografia digitale.

 La radiografia digitale nella valutazione del degrado dei cavi-post tesi

Fig. 2. Esempio di un’acquisizione radiografica.

 

Descrizione della metodologia di prova

L'applicazione della tecnica RD è stata organizzata in 3 diverse fasi:

  1. Fattibilità e pianificazione;
  2. Esecuzione;
  3. Post-processamento dei dati.

 

Fase 1

Nella prima fase si approfondisce la conoscenza della struttura in esame in termini di schema statico, geometria dei cavi e dettagli, si pianifica la campagna di prove e si studia la fattibilità della tecnica RD. La RD offre i migliori risultati nel caso di ponti a travi con cavi post-tesi; inoltre, lo spessore ridotto delle travi, minimizzando la distanza tra sorgente e ricevitore, migliora la qualità delle immagini radiografiche. D'altra parte, il tipico andamento parabolico dei cavi, che sono distanziati verticalmente a partire dalla mezzeria, permette di identificare facilmente un singolo cavo all'interno della stessa immagine. Dopo aver determinato dai disegni originali la disposizione dei cavi nelle travi, si stabilisce un piano di indagine specifico con il numero e la posizione delle acquisizioni radiografiche.

Fase 2

L'esecuzione di DR prevede solitamente l'utilizzo di piattaforme by-bridge per poter accedere alla parte inferiore del ponte. La sorgente di radiazioni, il pannello ricevitore e tutta la strumentazione necessaria sono installati direttamente sulla piattaforma e supportati da una speciale struttura motorizzata con controllo remoto. Durante l'attività, il livello di emissione di radiazioni deve essere costantemente monitorato per evitare che superi i limiti imposti. Dopo aver posizionato la sorgente e il ricevitore nella posizione richiesta, si effettua la ripresa radiografica verificando che tutti gli operatori siano all'interno del perimetro di sicurezza. Il pannello ricevitore trasmette in tempo reale l'immagine radiografica a un tablet (tramite un sistema cablato o wireless). In questo modo, l'immagine può essere analizzata da remoto nella stazione mobile posta a distanza di sicurezza (Fig. 3). Il tempo necessario per eseguire i test dipende fortemente dalla lunghezza della trave, dalle condizioni operative e dal numero di cavi; tuttavia, si può dire ap-prossimativamente che si può analizzare una trave al giorno.

radiografia-digitale-ponti-cavi-post-tesi-3.JPG

Fig. 3. Piattaforma by-bridge e stazione mobile.

Fase 3

Le immagini radiografiche vengono raccolte e analizzate una per una, al fine di individuare eventuali danni o difetti. Quelli principali che possono essere rilevati dalla RD sono l'assenza totale o parziale della malta d’iniezione, i vuoti di materiale, la disomogeneità del calcestruzzo, la deviazione della posizione delle barre e dei cavi rispetto al progetto originale, la rottura dei cavi, la corrosione dell'acciaio e la rottura totale o parziale della guaina. Si consiglia di abbinare la RD a saggi endoscopici nelle aree in cui si rilevano danni significativi: il feed-back visivo ottenuto attraverso le endoscopie permette di giudicare l'accuratezza dei risultati ottenuti dalla RD.

L'ARTICOLO CONTINUA...

SCARICA IL PDF PER LEGGERE L'ARTICOLO INTEGRALE.


Raoul Davide Innocenzi, PHD Student presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Architettura (DICEA) dell'Università Politecnica delle Marche, illustra la memoria presentata in occasione della prima conferenza di Eurostruct - European Association on Quality Control of Bridges and Structures, svoltasi a Padova dal 29 agosto al 1° settembre 2021.   

 

A QUESTO LINK LE ALTRE MEMORIE PRESENTATE A EUROSTRUCT