Termografia, analisi termografica, termocamere

........ uno sbaglio forse da evitare: scrivere un'intervento sul forum affinchè serva "per pontificare" : certamente non è la mia intenzione ma, come per tutti i rilievi tecnici, ci vorrebbero anche inizialmente 50.000 caratteri.
Allora un articolo, e magari prodotto a + teste. Quindi solamente una prima puntata.

Nato negli anni '40, (specie per l'analisi del tumore al seno delle donne), divenuto ormai molto conosciuto (anche per le particolarità di metodologia sia di generazione che di registrazione degli US) e impiegato (es. controlli di saldatura, industria areonautica......................), certamente permette la correlazione, soprattutto nell'ambito della diagnostica e quindi della difettologia in EDILIZIA, tra termografia e us.
Tralasciando tutte le applicazioni particolari e specialistiche, posso essere in grado di discutere solo per tale applicazione ma tale correlazione è importante per conferme, limitazione di indeterminazione, accordi che possono esistere tra i 2 metodi.

In estrema sintesi: MISURIAMO il tempo di percorso ("time of flight") dell'impulso ultrasonico (prodotto ad es. da un generatore portatile a batteria che portiamo in cantiere o presso l'edificio da indagare) emesso da un sensore che trasmette (TX) e uno che riceve (RX). Cosa viene trasmesso??? ......... un impulso, o meglio treni di impulsi d'onda alla frequenza caratteristica del TX: il generatore (uso il PUNDIT IV della CNS Electronics Ltd UK) è in pratica un rocchetto di Ruhmkorff, i sensori sono dei cristalli piezoelletrici, (racchiusi in supporti metallici del diametro di base di 5 cm), e le frequenze che vanno per la maggiore in edilizia sono nell'ambito dei 20 kHz - 60 kHz: per la precisione esistono sensori da 24 kHz più grossi come contenitore, che garantiscono la profondità di indagine, mentre sensori ad es. a 54 kHz producono maggior risoluzione
(dato l'aumento di frequenza) e di conseguenza minor profondità di indagine.

E in tal senso nei manuali di istruzione della strumentazione ci sono ovviamente le formule che in base alle frequenze caratteristiche del sensore danno la profondità che si è in grado di raggiungere. Il concetto di base è V=lambdaXf , dove v è la velocità del materiale, lambda è la lunghezza d'onda e f la frequenza.
Anche ragionando mi sembra logico: se devo rilevare una lamina di spessore qualche millimetro o decimo/mm, dovrò usare sensori ad alta o altissima frequenza (us fino a GigaHertz); se invece vado a controllare un muro di un edificio, una parete di un appartamento, un pilastro, una trave ......... considerando quindi spessori ad es. di 40, 60, 80, 100 cm, impiegherò i sensori suddetti nell'ambito fino a 54 kHz. A tale riguardo consideriamo infatti, durante le misure, si "sentono" distintamente i colpi più forti del sensore a 24 kHz (+ energetico) rispetto a quelli del sensore a 54 kHz (come detto più fine come energia, cioè meno potente).

Nota la distanza tra TX e RX, misurato il tempo siamo in grado di valutare la velocità del materiale di quella struttura e/o di quell'elemento strutturale dell'edificio. Dal riscontro dei dati di velocità ultrasonica del mezzo anche con quelli sperimentali di bibliografia (vastissima al riguardo) siamo in grado di dare risposte che riguardano la qualità del materiale o forse meglio la sua integrità. Cioè mettiamo in risalto le anomalie di velocità che è uno dei parametri fisici del materiale: come in termografia evidenziamo la radianza dello stesso.

Operando con varie modalità di acquisizione: diretta, quando è possibile posizionare TX ed RX, sulle facce opposte di una struttura (es. muro, pilastro, colonna.........), stando accorti all'allineamento dei due sensori; in modalità semidiretta quando sono invece agibili solo due facce adiacenti; con profili tipo "sismica a rifrazione", cioè con spostamenti di passo regolare dell' RX, quindi a distanze note dal TX; griglie di tomografia ad us, (peraltro forse invendibili al Committente per il tempo delle misure e per la pesante elaborazione con inversione della matrice di acquisizione per successivo calcolo ai minimi quadrati in modo da minimizzare gli scarti nel calcolo dei tempi di propagazione tra TX ed RX) che danno risultati in 3D con veri ed unici risultati secondo lo spessore della struttura.

Cosa possiamo mettere in evidenza: cavità interne, fessure interne, zone di umidità e loro estensioni, quindi ammaloramento e indebolimento del materiale; e un tale controllo può essere molto utile per un progettista anche in relazione a sopraelevamento, quindi per aumento o differenziazione dei carichi; quindi a modificazioni delle strutture in modo da dimensionare i relativi calcoli: pensiamo specialmente ai moduli elastici di cls e c.a. e in particolare al modulo di compressibilità del calcestruzzo (cls) o del cemento armato.

Esempi pratici: operando misure a varie altezze (passo fisso) su un pilastro, in modalità diretta, siamo in grado di dare la velocità di ogni zona e quindi di differenziare queste e dunque di evidenziare eventuali zone anomale. La restituzione dei dati permette quindi la ricostruzione di mappe di velocità (es. con software SURFER) con andamento dei countur di velocità (vedi analogia con isoterme) dalle quali emergono subito le difettologie: fessura (es. con allineamento di valori bassi di velocità); o di cavità: ricordo che in tali casi bisogna considerare che l'anomalia viene riscontrata perchè nel caso di cavità l'ultrasuono circonda internamente la concavità della zona anomala, quindi con maggior tempo di percorso rispetto ad assenza di tale difetto (materiale pieno).
Profili acquisiti lungo una parete equidistanziati (progetto di acquisizione), permetteranno allo stesso modo la ricostruzione delle zone e quindi evidenziaremo le estensioni di eventuali anomalie. Calcoli tipo rifrazione permettono la valutazione delle profondità alle quali esiste il difetto.

Parlando di umidità: è la prima correlazione possibile che mi viene in mente con la termografia. Infatti spesso tali zone sono caratterizzate da indebolimento strutturale dovuto alla alterazione del materiale (quindi bassi valori di velocità). La zona messa certamente subito in evidenza dal termogramma può quindi essere vieppiù valutata dal rilievo us.
Stessa cosa, penso, per i benedetti "ponti termici" anche se può risultare non possibile posizionare i sensori all'incrocio delle strutture (ponte termico geometrico e strutturale).
Invece molto bene, quando la termografia riscontra contatto di materiali differenti (tessitura): la differenza del parametro meccanico (velocità) tra gli stessi è perfettamente catturata dagli us: esempio contatto pietra-mattoni o cls-mattoni.

Per certi versi la tecnica termografica supera gli ultrasuoni: questi infatti specie in cantieri sono da associare, meglio, con sondaggi delle murature, cioè con asporto dell'intonaco, della malta in modo da venire a contatto del reale materiale e quindi permettere una taratura. Questi sondaggi possono essere anche di minima estensione: esempio un quadrato di 40X40 cm che quindi solitamente viene permesso senza alcun problema proprio solo nei cantieri. Mentre la termografia non è mai invasiva.

Controlli in corso d'opera: per la qualità dei getti in relazione al tempo di maturazione del cls, sempre con il riscontro di velocità. Controlli per i moduli elastici dei travi in legno: i dati ad us su tale materiale risultano solitamente molto buoni.
E a tale riguardo ho trovato un sito che ha presentato termografia su pannelli di legno per pavimentazione o muri: ma non ho trovato nello stesso sito nessun termogramma, forse è in atto sperimentazione in proposito. Controlli delle pavimentazioni marmo, cemento ...... con esecuzione di profili. Più macchinosa logicamente l'ispezione diretta di un solaio per ovvie ragioni. Materiali: cls, c.a., mattoni, pietre, legno, vetro, ferro, acciaio.

Necessità per gli us: 2 operatori perchè nessuno è come la dea KALI' per tenere (e premere forte contro il materiale) TX ed RX allo stesso tempo. Molto importante infatti, l'accoppiamento dei sensori con la struttura e molte volte è bene cospargere la base dei sensori di grasso o plastilina (ottimo risultato) proprio per aumentare la propagazione-ricezione degli segnali. Ovviamente in certi casi non è possibile usare questi accorgimenti (superfici delicate o altro).

Molto ancora da dire, ma forse come introduzione, basta.
I prezzi dei rilievi ?? : in base ai punti di acquisizione se vengono richiesti controlli "spot" nella struttura. In base al passo di misura e quindi in base alla risoluzione voluta da Committente. Ovviamente maggiore è la dimensione del lavoro, minore è il costo per ogni misura. Stessa cosa da determinare per numero di profili e passo della maglia.
Tomografia: 3X il prezzo di un rilievo "normale"


ultrasuoni, ultrasuoni e termografia, ricevitore, trasmettitore, generatore ad us, sensori piezoelettrici, modalita diretta, modalità semidiretta, profili, sismica a rifrazione, tomografia ad ultrasuoni, zone di umidità, ponti termici, mappe di isovelocità, isoterme, cavità, fessure, acqua interna, diagnostica, difettologia, correlazione termografia-ultrasuoni


cordiali saluti, Roberto