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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE

ELABORATO DI LAUREA

MMeettooddoollooggiiee ddiissttrruuttttiivvee ee nnoonn ddiissttrruuttttiivvee ppeerr llaa vvaalluuttaazziioonnee ddeellllee

ccaarraatttteerriissttiicchhee mmeeccccaanniicchhee ddeell ccaallcceessttrruuzzzzoo

RELATORE

CH.MO PROF.

ING. CIRO FAELLA

CANDIDATO

GERARDO CARPENTIERI

MATR. 0610100232

CORRELATORE

DOTT. NICOLA SALERNO

Anno Accademico 2007/2008

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

Corso di Laurea in Ingegneria Civile

Elaborato di Laurea

MMeettooddoollooggiiee ddiissttrruuttttiivvee ee nnoonn ddiissttrruuttttiivvee ppeerr llaa vvaalluuttaazziioonnee ddeellllee

ccaarraatttteerriissttiicchhee mmeeccccaanniicchhee ddeell ccaallcceessttrruuzzzzoo

Relatore

Ch.mo Prof.

Ing. Ciro Faella

Candidato

Gerardo Carpentieri

Matr. 0610100232

Correlatore

Dott. Nicola Salerno

Anno Accademico 2007/2008

I

IINNDDIICCEE DDEEGGLLII AARRGGOOMMEENNTTII

PPrreeffaazziioonnee .................................................................................................................................................................................................................................................. pag. 001

CCaappiittoolloo 11 IInnttrroodduuzziioonnee,, ddeessccrriizziioonnee ddeellll’’aattttiivviittàà ffoorrmmaattiivvaa

11..11 DDeessccrriizziioonnee ddeellll’’aattttiivviittàà ddii ttiirroocciinniioo ffoorrmmaattiivvoo ............................................................................................................................ pag. 004

11..22 DDeessccrriizziioonnee ddeellllaa ssttrruuttttuurraa oossppiittaannttee ............................................................................................................................................................ pag. 006

CCaappiittoolloo 22 SSiisstteemmii ddii mmoonniittoorraaggggiioo ddeellllee pprroovvee ssppeerriimmeennttaallii

22..11 DDeessccrriizziioonnee ddeellllee aattttrreezzzzaattuurree ................................................................................................................................................................................ pag. 009

22..11..11 AAttttrreezzzzaattuurree ddii pprroovvaa .............................................................................................................................................................................................. pag. 010

22..11..22 AAttttrreezzzzaattuurree ddii mmiissuurraa .......................................................................................................................................................................................... pag. 015

22..11..22..11 EEsstteennssiimmeettrrii .............................................................................................................................................................................................................. pag. 015

22..11..22..22 MMeessssaa iinn ooppeerraa ddeeggllii eesstteennssiimmeettrrii .............................................................................................................................................. pag. 021

22..11..22..33 LLVVDDTT ................................................................................................................................................................................................................................ pag. 024

22..11..22..44 SSeennssoorrii aa ffiilloo............................................................................................................................................................................................................ pag. 026

22..11..22..55 AAllttrrii sseennssoorrii .............................................................................................................................................................................................................. pag. 027

22..11..22..66 CCeennnnii ssuullllaa ffoottooeellaassttiicciittàà ........................................................................................................................................................................ pag. 030

CCaappiittoolloo 33 SSiisstteemmii ssooffttwwaarree ppeerr iill mmoonniittoorraaggggiioo ddeellllee pprroovvee

33..11 SSiisstteemmii ssooffttwwaarree pprrooffeessssiioonnaallii ee ddii ccaallccoolloo sscciieennttiiffiiccoo ...................................................................................................... pag. 033

33..11..11SSttaattiioonn BBuuiillddeerr .................................................................................................................................................................................................................. pag. 034

33..11..22 SSttaattiioonn MMaannaaggeerr ............................................................................................................................................................................................................ pag. 039

33..22 AApppplliiccaazziioonnii ppeerr iill pprrooggeettttoo ddeellllee pprroovvee .................................................................................................................................................. pag. 050

33..22..11 BBaassiicc TTeessttWWaarree .............................................................................................................................................................................................................. pag. 051

33..22..22 MMuullttiiPPuurrppoossee TTeessttWWaarree ((MMPPTT))................................................................................................................................................................ pag. 055

II

33..33 AAllttrree AApppplliiccaazziioonnii .................................................................................................................................................................................................................. pag. 060

33..33..11 SSttaattiioonn DDeesskkttoopp OOrrggaanniizzeerr .............................................................................................................................................................................. pag. 061

33..33..22 RReemmoottee SSttaattiioonn CCoonnttrroolllleerr ((RRSSCC)) ........................................................................................................................................................ pag. 063

CCaappiittoolloo 44 EEsseeccuuzziioonnee ddii pprroovvee ssppeerriimmeennttaallii

44..11 PPrroovvaa aa pprreessssoofflleessssiioonnee ssuu ppiillaassttrrii iinn cc..aa.. .............................................................................................................................................. pag. 067

44..11..11 CCoonnssiiddeerraazziioonnii ssuuii mmaatteerriiaallii ssttrruuttttuurraallii:: ccaallcceessttrruuzzzzoo ee aacccciiaaiioo ............................................................ pag. 070

44..11..22 PPiillaassttrrii iinn cc..aa.. rriinnffoorrzzaattii ccoonn ffiibbrree ddii ccaarrbboonniioo .............................................................................................................. pag. 072

44..11..33 CCeennnnii ssuull ccoonnffiinnaammeennttoo ................................................................................................................................................................................ pag. 074

44..11..44 CCaarraatttteerriissttiicchhee ddeelllloo ssttaattoo tteennssiioonnaallee:: llaa pprreessssoofflleessssiioonnee ................................................................................ pag. 078

44..22 PPrroovvaa ddii rreessiisstteennzzaa aa ccoommpprreessssiioonnee ssuull ccaallcceessttrruuzzzzoo ............................................................................................................ pag. 080

44..22..11 CCoonnffeezziioonnaattuurraa ddeeii pprroovviinnii........................................................................................................................................................................ pag. 088

44..22..22 SSttaaggiioonnaattuurraa ddeeii pprroovviinnii ................................................................................................................................................................................ pag. 090

44..22..33 MMooddaalliittàà ddii eesseeccuuzziioonnee ddeellllaa pprroovvaa .............................................................................................................................................. pag. 091

44..33 CCaarroottaaggggii ............................................................................................................................................................................................................................................ pag. 095

44..33..11 PPoossiizziioonnee eedd eesseeccuuzziioonnee ddeell ccaarroottaaggggiioo .................................................................................................................................. pag. 104

44..33..22 CCaarraatttteerriissttiicchhee ddeellllee ccaarroottee ........................................................................................................................................................................ pag. 105

44..44 PPrroovvee uullttrraassoonniicchhee .................................................................................................................................................................................................................. pag. 106

44..44..11 SSttrruummeennttaazziioonnee ppeerr llaa pprroovvaa uullttrraassoonniiccaa eedd eesseeccuuzziioonnee ddeellllaa pprroovvaa .............................................. pag. 109

44..55 PPrroovvee sscclleerroommeettrriicchhee .......................................................................................................................................................................................................... pag. 114

44..55..11 CCllaassssiiffiiccaazziioonnee ddeeii mmeettooddii sscclleerroommeettrriiccii .............................................................................................................................. pag. 117

44..55..22 AAttttrreezzzzaattuurree ddii pprroovvaa ........................................................................................................................................................................................ pag. 120

44..55..33 MMooddaalliittàà ddii eesseeccuuzziioonnee ddeellllaa pprroovvaa .............................................................................................................................................. pag. 122

III

44..66 MMeettooddoo SSoonnrreebb:: ccoommbbiinnaazziioonnee ddii sscclleerroommeettrroo eedd uullttrraassuuoonnii .................................................................................... pag. 123

CCaappiittoolloo 55 CCoonnffrroonnttii tteeoorriiccoo –– ssppeerriimmeennttaallii

55..11 EEsseeccuuzziioonnee ddii ccaarroottaaggggii .................................................................................................................................................................................................. pag. 129

55..22 EEsseeccuuzziioonnee ddii pprroovvee uullttrraassoonniicchhee ...................................................................................................................................................................... pag. 141

55..33 PPrroovvee sscclleerroommeettrriicchhee .......................................................................................................................................................................................................... pag. 154

55..44 MMeettooddoo SSoonnrreebb ............................................................................................................................................................................................................................ pag. 159

55..55 DDiissccuussssiioonnee ddeeii rriissuullttaattii ootttteennuuttii ........................................................................................................................................................................ pag. 165

CCoonncclluussiioonnii .............................................................................................................................................................................................................................................. pag. 167

RRiiffeerriimmeennttii bbiibblliiooggrraaffiiccii .................................................................................................................................................................................................... pag. 169

IV

IINNDDIICCEE DDEELLLLEE FFIIGGUURREE

FFiigguurraa 11..11 UUnnaa ddeellllee pprreessssee nneell LLaabboorraattoorriioo.............................................................................................................................................. pag. 07

FFiigguurraa 22..11 PPrreessssaa IIttaallssiiggmmaa -- FFiigguurraa 22..22 PPrreessssaa SScchheenncckk.. ...................................................................................................... pag. 010

FFiigguurraa 22..33 CCeellllaa ddii ccaarriiccoo.. .................................................................................................................................................................................................. pag. 011

FFiigguurraa 22..44 GGrraaffiiccoo FFoorrzzaa –– AAlllluunnggaammeennttoo..[[88]] ........................................................................................................................................ pag. 012

FFiigguurraa 22..55 AAttttuuaattoorrii oorriizzzzoonnttaallii ee vveerrttiiccaallii.. ................................................................................................................................................ pag. 013

FFiigguurraa 22..66 SScchheemmaa ggeenneerraallee ddii uunn eesstteennssiimmeettrroo..[[55]] ........................................................................................................................ pag. 015

FFiigguurraa 22..77 CCaatteennaa eesstteennssiimmeettrriiccaa..[[55]] .................................................................................................................................................................... pag. 017

FFiigguurraa 22..88 EEsstteennssiimmeettrroo ppeerr mmaatteerriiaallii ppllaassttiiccii..[[55]] .............................................................................................................................. pag. 018

FFiigguurraa 22..99 RRoosseettttaa eesstteennssiimmeettrriiccaa ppeerr tteennssiioonnii rreessiidduuee..[[55]] .................................................................................................... pag. 018

FFiigguurraa 22..1100 EEsstteennssiimmeettrroo ppeerr ccaammppii mmaaggnneettiiccii..[[55]] .............................................................................................................................. pag. 018

FFiigguurraa 22..1111 SSeennssoorree ddii tteemmppeerraattuurraa..[[55]] ................................................................................................................................................................ pag. 018

FFiigguurraa 22..1122 SSeennssoorree ppeerr ccrriicccchhee..[[55]] .......................................................................................................................................................................... pag. 019

FFiigguurraa 22..1133 EEsstteennssiimmeettrroo ssaallddaabbiillee..[[55]].................................................................................................................................................................. pag. 019

FFiigguurraa 22..1144 EEsstteennssiimmeettrroo aannnneeggaabbiillee..[[55]]............................................................................................................................................................ pag. 019

FFiigguurraa 22..1155 FFaassii ddii iinnssttaallllaazziioonnee ddii uunn eesstteennssiimmeettrroo..[[66]] .............................................................................................................. pag. 022

FFiigguurraa 22..1166 LLVVDDTT..[[1100]] .............................................................................................................................................................................................................. pag. 024

FFiigguurraa 22..1177 SSeennssoorrii aa ffiilloo..[[1100]] .......................................................................................................................................................................................... pag. 026

FFiigguurraa 22..1188 SSeennssoorrii iinndduuttttiivvoo--ppiieezzoommeettrriiccii..[[1100]] .................................................................................................................................... pag. 027

FFiigguurraa 22..1199 SSeennssoorrii ddii ppoossiizziioonnee aa ccoorrssaa lluunnggaa..[[1100]] .......................................................................................................................... pag. 028

FFiigguurraa 22..2200 SSeennssoorrii llaasseerr aa ttrriiaannggoollaazziioonnee..[[1100]] ........................................................................................................................................ pag. 028

FFiigguurraa 22..2211 AApppplliiccaazziioonnii ddeellllaa ffoottooeellaassttiicciittàà..[[55]] .................................................................................................................................... pag. 030

V

FFiigguurraa 33..11 FFiinneessttrraa pprriinncciippaallee ddii SSttaattiioonn BBuuiillddeerr..[[1166]] ................................................................................................................ pag. 034

FFiigguurraa 33..22 FFiinneessttrraa pprriinncciippaallee ddii SSttaattiioonn MMaannaaggeerr..[[1166]] ............................................................................................................ pag. 040

FFiigguurraa 33..33 FFiinneessttrraa pprriinncciippaallee ddii BBaassiicc TTeessttWWaarree..[[1166]] .............................................................................................................. pag. 051

FFiigguurraa 33..44 FFiinneessttrraa pprriinncciippaallee ddii MMPPTT PPrroocceedduurree EEddiittoorr..[[1177]] .......................................................................................... pag. 055

FFiigguurraa 33..55 PPrroocceessssii ddii pprroovvaa..[[1177]] .............................................................................................................................................................................. pag. 056

FFiigguurraa 33..66 BBaarrrraa ddii SSttaattiioonn DDeesskkttoopp OOrrggaanniizzeerr..[[1166]] ...................................................................................................................... pag. 061

FFiigguurraa 33..77 RReemmoottee SSttaattiioonn CCoonnttrroolllleerr..[[1166]] .................................................................................................................................................. pag. 063

FFiigguurraa 44..11 PPiillaassttrroo iinn cc..aa.. iinn pprreeppaarraazziioonnee ppeerr llaa pprroovvaa.. ............................................................................................................ pag. 069

FFiigguurraa 44..22 PPaarrttiiccoollaarree ddeellll’’iinnccaassttrroo.. ...................................................................................................................................................................... pag. 069

FFiigguurraa 44..33 IInnfflluueennzzaa ddeelllloo ssttaattoo tteennssiioonnaallee bbiiaassssiiaallee ssuullllaa rreessiisstteennzzaa ddeell pprroovviinnoo..[[11]] .................... pag. 074

FFiigguurraa 44..44 IInnfflluueennzzaa ddeelllloo ssttaattoo tteennssiioonnaallee ttrriiaassssiiaallee ssuullllaa rreessiisstteennzzaa ddeell pprroovviinnoo..[[11]] .................... pag. 075

FFiigguurraa 44..55 SScchheemmaa ddii uunn ppiillaassttrroo cceerrcchhiiaattoo..[[11]] ...................................................................................................................................... pag. 076

FFiigguurraa 44..66 PPrreessssoofflleessssiioonnee:: ppiiccccoollaa eecccceennttrriicciittàà..[[11]] ........................................................................................................................ pag. 078

FFiigguurraa 44..77 PPrreessssoofflleessssiioonnee:: ggrraannddee eecccceennttrriicciittàà..[[11]] ........................................................................................................................ pag. 079

FFiigguurraa 44..88 SSttaattoo tteennssiioonnaallee ddeell pprroovviinnoo..[[11]] ................................................................................................................................................ pag. 081

FFiigguurraa 44..99 IInnfflluueennzzaa ddeell rraappppoorrttoo ll//dd ssuullllaa rreessiisstteennzzaa ddeell pprroovviinnoo..[[11]] .................................................................. pag. 082

FFiigguurraa 44..1100 FFoorrmmaa ee ddiimmeennssiioonnee ddeeii pprroovviinnii..[[1144]] ................................................................................................................................ pag. 083

FFiigguurraa 44..1111 DDeeffiinniizziioonnee ddeellllaa rreessiisstteennzzaa ccaarraatttteerriissttiiccaa aa ccoommpprreessssiioonnee ddeell ccaallcceessttrruuzzzzoo..[[11]].... pag. 084

FFiigguurraa 44..1122 LLeeggaammee ppaarraabboollaa –– rreettttaannggoolloo..[[22]] .......................................................................................................................................... pag. 085

FFiigguurraa 44..1133 DDiiaaggrraammmmaa ddii SSaaeennzz..[[22]] ...................................................................................................................................................................... pag. 087

FFiigguurraa 44..1144 TToolllleerraannzzee ddeeii pprroovviinnii ddii ccaallcceessttrruuzzzzoo..[[33]] .................................................................................................................. pag. 090

FFiigguurraa 44..1155 RRoottttuurree ssooddddiissffaacceennttii..[[1155]].................................................................................................................................................................. pag. 092

VI

FFiigguurraa 44..1166 RRoottttuurree nnoonn ssooddddiissffaacceennttii..[[1155]] .................................................................................................................................................... pag. 093

FFiigguurraa 44..1177 RReellaazziioonnee ttrraa rreessiisstteennzzaa ddeellllaa ccaarroottaa ee rreessiisstteennzzaa ccuubbiiccaa sseeccoonnddoo llaa ((44..2288aa)) ppeerr ccaarroottaaggggii

oorriizzzzoonnttaallii.. .................................................................................................................................................................................................................................................... pag. 097

FFiigguurraa 44..1188 RReellaazziioonnee ttrraa rreessiisstteennzzaa ddeellllaa ccaarroottaa ee rreessiisstteennzzaa ccuubbiiccaa sseeccoonnddoo llaa ((44..2288aa)) ppeerr ccaarroottaaggggii

vveerrttiiccaallii.. ............................................................................................................................................................................................................................................................ pag. 098

FFiigguurraa 44..1199 CCaarroottaa ddii ccaallcceessttrruuzzzzoo pprreelleevvaattaa ddaa ssttrruuttttuurraa ggiiàà iinn ooppeerraa ee iinndduurriittaa..[[33]] .......................... pag. 103

FFiigguurraa 44..2200 MMeettooddoo ddeeii ffoorrii aalllliinneeaattii,, ppeerr iill pprreelliieevvoo ddii ccaallcceessttrruuzzzzoo ddaa ooppeerree ggiiàà iinndduurriittee ddaa

tteemmppoo..[[33]] ........................................................................................................................................................................................................................................................ pag. 103

FFiigguurraa 44..2211 CCuurrvvee ddii ccoorrrreellaazziioonnee vveelloocciittàà ddeeggllii uullttrraassuuoonnii –– rreessiisstteennzzaa aa ccoommpprreessssiioonnee ssuu ccuubbii ee

pprriissmmii..[[44]] ........................................................................................................................................................................................................................................................ pag. 107

FFiigguurraa 44..2222 SSttrruummeennttaazziioonnee ppeerr llaa pprroovvaa uullttrraassoonniiccaa.. .................................................................................................................... pag. 109

FFiigguurraa 44..2233 TTrraassmmiissssiioonnee ddiirreettttaa ddeellll’’iimmppuullssoo..[[1111]] ............................................................................................................................ pag. 110

FFiigguurraa 44..2244 TTrraassmmiissssiioonnee sseemmii –– ddiirreettttaa ddeellll’’iimmppuullssoo..[[1111]]...................................................................................................... pag. 110

FFiigguurraa 44..2255 TTrraassmmiissssiioonnee iinnddiirreettttaa ddeellll’’iimmppuullssoo..[[1111]] ...................................................................................................................... pag. 110

FFiigguurraa 44..2266 GGrraaffiiccoo ppeerr ll’’uuttiilliizzzzaazziioonnee ddeelllloo sscclleerroommeettrroo..[[44]] .............................................................................................. pag. 115

FFiigguurraa 44..2277 CCuurrvvaa uunniiccaa ddii ttrraassffoorrmmaazziioonnee ddeelllloo ssttrruummeennttoo ppeerr iill ccaallccoolloo ddeellllaa rreessiisstteennzzaa aa

ccoommpprreessssiioonnee iinn ffuunnzziioonnee ddeellllaa dduurreezzzzaa ddeellll’’uurrttoo..[[1111]] .................................................................................................................. pag. 118

FFiigguurraa 44..2288 SSttiimmaa ddeellllaa rreessiisstteennzzaa ccuubbiiccaa ccoonn llaa ((44..3399)).. .............................................................................................................. pag. 119

FFiigguurraa 44..2299 SScclleerroommeettrroo ppeerr iill ccoonnttrroolllloo nnoonn ddiissttrruuttttiivvoo ddeellllaa qquuaalliittàà ddeell ccaallcceessttrruuzzzzoo.. ................ pag. 121

FFiigguurraa 44..3300 AAnnggoollii ddii iinncclliinnaazziioonnee ddeelllloo sscclleerroommeettrroo..[[1111]] ...................................................................................................... pag. 122

FFiigguurraa 44..3311 CCoorrrreellaazziioonnee aannaalliittiiccaa RR –– II sseeccoonnddoo llaa ((44..4400)).. .................................................................................................... pag. 125



VII

FFiigguurraa 55..11 CCoommppoorrttaammeennttii dduuttttiillii,, ffrraaggiillii eedd iinnccrruuddeennttii.. .......................................................................................................... pag. 130

FFiigguurraa 55..22 VVaalluuttaazziioonnee ddeellllee ssoolllleecciittaazziioonnii nneell ccaallcceessttrruuzzzzoo..[[22]] .................................................................................. pag. 131

FFiigguurraa 55..33 AAllccuunnii ddeeii ppiillaassttrrii ssoottttooppoossttii aaii ccaarroottaaggggii.. .................................................................................................................. pag. 132

FFiigguurraa 55..44 CCoonnffrroonnttii rreessiisstteennzzee ccaarroottee ccaappppaattee ppeerr ppoossiizziioonnee.. ........................................................................................ pag. 138

FFiigguurraa 55..55 CCoonnffrroonnttii rreessiisstteennzzee ccaarroottee nnoonn ccaappppaattee ppeerr ppoossiizziioonnee.. .......................................................................... pag. 138

FFiigguurraa 55..66 CCoonnffrroonnttoo ttrraa llee rreessiisstteennzzee ddeellllee ccaarroottee ccaappppaattee.................................................................................................. pag. 139

FFiigguurraa 55..77 CCoonnffrroonnttoo ttrraa llee rreessiisstteennzzee ddeellllee ccaarroottee nnoonn ccaappppaattee.. .................................................................................. pag. 139

FFiigguurraa 55..88 RReellaazziioonnee rreessiisstteennzzaa ccaarroottee –– ppeessoo ssppeecciiffiiccoo.. ........................................................................................................ pag. 140

FFiigguurraa 55..99 RReessiisstteennzzee mmeeddiiee nneellllee ccaarroottee ccaappppaattee iinn ffuunnzziioonnee ddeellllaa ppoossiizziioonnee.. ...................................... pag. 140

FFiigguurraa 55..1100 DDiiaaggrraammmmaa vveelloocciittàà –– ppoossiizziioonnee.. ............................................................................................................................................ pag. 145

FFiigguurraa 55..1111 VVeelloocciittàà mmeeddiiee ppeerr ppoossiizziioonnee.. ...................................................................................................................................................... pag. 145

FFiigguurraa 55..1122 GGrraaffiiccoo vveelloocciittàà –– rreessiisstteennzzaa.. ........................................................................................................................................................ pag. 146

FFiigguurraa 55..1133 GGrraaffiiccoo vveelloocciittàà –– rreessiisstteennzzaa ccuubbiiccaa.. .................................................................................................................................. pag. 147

FFiigguurraa 55..1144 SSeerriiee ddii ppiieeddee.. ...................................................................................................................................................................................................... pag. 148

FFiigguurraa 55..1155 SSeerriiee ddii cceennttrroo.. .................................................................................................................................................................................................. pag. 149

FFiigguurraa 55..1166 SSeerriiee ddii tteessttaa.. ........................................................................................................................................................................................................ pag. 150

FFiigguurraa 55..1177 SSeerriiee ddii ppiieeddee,, VV –– RR11.............................................................................................................................................................................. pag. 151

FFiigguurraa 55..1188 SSeerriiee ddii cceennttrroo,, VV –– RR11.. ........................................................................................................................................................................ pag. 152

FFiigguurraa 55..1199 SSeerriiee ddii tteessttaa,, VV –– RR11.. .............................................................................................................................................................................. pag. 153

FFiigguurraa 55..2200 RReellaazziioonnee rreessiisstteennzzaa –– iinnddiiccee sscclleerroommeettrriiccoo.. .......................................................................................................... pag. 157

FFiigguurraa 55..2211 RReellaazziioonnee ttrraa rreessiisstteennzzaa ddeellllee ccaarroottee ee rreessiisstteennzzaa ddeellllee iinnddaaggiinnii sscclleerroommeettrriicchhee.. pag. 158

FFiigguurraa 55..2222 CCoonnffrroonnttoo ttrraa rreessiisstteennzzaa SSoonnrreebb ccoonn llaa ((44..4400)) ee rreessiisstteennzzaa ddeeii ccaarroottaaggggii.. ...................... pag. 161

VIII



FFiigguurraa 55..2255 RReessiisstteennzzee mmeeddiiee ccoonn iill mmeettooddoo SSoonnrreebb,, ddiissttiinnttee ppeerr ppoossiizziioonnee.. ................................................ pag. 164

IX

IINNDDIICCEE DDEELLLLEE TTAABBEELLLLEE

TTaabbeellllaa 44..11 VVaalloorrii ddeellllaa ((44..2288aa)) ppeerr ffoorrii oorriizzzzoonnttaallii.. .................................................................................................................... pag. 097

TTaabbeellllaa 44..22 VVaalloorrii ddeellllaa ((44..2288aa)) ppeerr ffoorrii vveerrttiiccaallii.. ............................................................................................................................ pag. 098

TTaabbeellllaa 44..33 VVaalloorrii ddeellllaa ((44..2288bb)) ppeerr ffoorrii oorriizzzzoonnttaallii.. .................................................................................................................... pag. 099

TTaabbeellllaa 44..44 VVaalloorrii ddeellllaa ((44..2288bb)) ppeerr ffoorrii vveerrttiiccaallii.. ............................................................................................................................ pag. 100

TTaabbeellllaa 44..55 VVaalloorrii ddeellllaa ((44..2288dd)) ppeerr ffoorrii oorriizzzzoonnttaallii.. .................................................................................................................... pag. 101

TTaabbeellllaa 44..66 VVaalloorrii ddeellllaa ((44..2288dd)) ppeerr ffoorrii vveerrttiiccaallii.. ............................................................................................................................ pag. 102

TTaabbeellllaa 44..77 RReellaazziioonnee ttrraa vveelloocciittàà ddeeggllii uullttrraassuuoonnii ee qquuaalliittàà ddeell ccaallcceessttrruuzzzzoo..[[44]]................................ pag. 108

TTaabbeellllaa 44..88 CCooeeffffiicciieennttii ccoorrrreettttiivvii ppeerr eeffffeettttoo ddeellllaa tteemmppeerraattuurraa..[[1111]] .................................................................... pag. 111

TTaabbeellllaa 44..99 CCrriitteerriioo qquuaalliittaattiivvoo ddii KKoolleekk ((11997788))..[[44]] ...................................................................................................................... pag. 115

TTaabbeellllaa 44..1100 SSttiimmaa ddeellllaa rreessiisstteennzzaa ccuubbiiccaa ccoonn llaa ((44..3399)).. .......................................................................................................... pag. 119

TTaabbeellllaa 44..1111 CCaallccoolloo ddeellllaa rreessiisstteennzzaa ccoonn llaa ((44..4400)).. .......................................................................................................................... pag. 124



TTaabbeellllaa 55..11 CCaarroottaaggggii nnoonn ccaappppaattii.. ........................................................................................................................................................................ pag. 134

TTaabbeellllaa 55..22 CCaallccoolloo ddeellllaa rreessiisstteennzzaa ccuubbiiccaa ddeeii pprroovviinnii sseennzzaa ccaappppaattuurraa.......................................................... pag. 135

TTaabbeellllaa 55..33 CCaarroottaaggggii ccaappppaattii.. ...................................................................................................................................................................................... pag. 136

TTaabbeellllaa 55..44 CCaallccoolloo ddeellllaa rreessiisstteennzzaa ccuubbiiccaa ddeeii pprroovviinnii ccoonn ccaappppaattuurraa................................................................ pag. 137

TTaabbeellllaa 55..55 PPrroovvee uullttrraassoonniicchhee...................................................................................................................................................................................... pag. 143

TTaabbeellllaa 55..66 VVeelloocciittàà ddeeggllii uullttrraassuuoonnii nneellllee ccaarroottee ccaappppaattee.. .................................................................................................. pag. 144

TTaabbeellllaa 55..77 CCaallccoolloo ddeellll’’iinnddiiccee ddii rriimmbbaallzzoo ee ssttiimmaa ddeellllaa rreessiisstteennzzaa.. .................................................................... pag. 155

TTaabbeellllaa 55..88 CCaallccoolloo ddeellllaa rreessiisstteennzzaa ccoonn ll’’iinnddiiccee ddii rriimmbbaallzzoo.. ........................................................................................ pag. 156

X

TTaabbeellllaa 55..99 RRiissuullttaattii ddeell mmeettooddoo SSoonnrreebb.. ...................................................................................................................................................... pag. 160

TTaabbeellllaa 55..1100 CCaallccoolloo ddeellllee ccoossttaannttii ddeell mmeettooddoo SSoonnrreebb.. .............................................................................................................. pag. 163

TTaabbeellllaa 55..1111 CCaarraatttteerriissttiicchhee ddeellllee pprroovvee ssttrruuttttuurraallii.. ............................................................................................................................ pag. 166

1

PPrreeffaazziioonnee

L’attività di tirocinio svolta presso il Laboratorio di Strutture del Dipartimento di Ingegneria Civile

dell’Università degli Studi di Salerno nel periodo da Novembre a Marzo per una durata complessiva

di 150 ore ha riguardato lo studio, l’analisi ed il monitoraggio delle prove sperimentali su elementi

strutturali realizzati con materiali tradizionali ed innovativi.

Il presente elaborato finale riporta, perciò, tutte le informazioni, i dati sperimentali, le osservazioni e

gli spunti teorici formulati ed appresi durante il suddetto periodo. Essenzialmente il presente lavoro

comprende una prima introduzione che descrive l’attività e le modalità di svolgimento del tirocinio

formativo, una descrizione della struttura ospitante.

Nel secondo capitolo vengono studiate le attrezzature utilizzate, sia esse di misura che di prova,

presenti nel Laboratorio. Vengono descritti e analizzati, nei componenti e nel funzionamento, le

presse, gli attuatori orizzontali, verticali, statici, dinamici ed iperdinamici.

Il capitolo si conclude con la descrizione degli strumenti utilizzati per il monitoraggio e

l’acquisizione dei dati sperimentali durante le prove; sono descritti, ad esempio gli estensimetri, gli

LVDT, i sensori a filo e le celle di carico.

Nel terzo capitolo sono descritti i sistemi di monitoraggio utilizzati per le prove sperimentali,

ovvero i sistemi software professionali di calcolo scientifico e di monitoraggio dei segnali e dei dati

sperimentali, quali ad esempio Station Builder e Station Manager nonché MPT Procedure Editor.

Vengono in particolare trattate le procedure utilizzate per la programmazione delle prove, dalla

preparazione e l’allocazione delle risorse hardware disponibili, alla formulazione della storia di

carico o di spostamenti cui sottoporre il provino da testare.

Nel successivo capitolo viene illustrata, in una prima parte, la prova a pressoflessione su pilastri in

cemento armato tradizionali e rinforzati con fibre di carbonio; e sono illustrate le differenze di

comportamento con particolare riferimento a considerazioni sulla duttilità e sul miglioramento della

resistenza del calcestruzzo grazie al confinamento.

2

Il quarto capitolo entra nel cuore della sperimentazione e dell’uso dei mezzi descritti in precedenza

ed illustra delle prove distruttive e non distruttive utilizzate per il calcolo della resistenza a

compressione di provini in conglomerato cementizio prelevati da elementi strutturali che sono stati

sottoposti a pressoflessione. In questa sezione sono descritte le procedure utilizzate per il calcolo

della resistenza, sia tradizionali, come la prova a compressione su provini cubici a mezzo di

semplici presse verticali, sia moderne ed innovative come le prove ultrasoniche e sclerometriche.

Vengono anche illustrati alcuni riferimenti alle normative nazionali, europee ed internazionali di

riferimento per le attività di prova e le applicazioni pratiche e procedurali che esse comportano,

essendo le metodiche di analisi dei problemi strutturali concreti non separabili dalle prescrizioni

normative.

Nel rigore dell’impostazione teorica si è cercato sempre di tenere ben presente sia il significato

fisico dei fenomeni sia il fine applicativo, con l’utilizzo di figure illustrative.

Il quinto ed ultimo capitolo contiene alcune considerazioni e confronti teorico – sperimentali e delle

conclusioni sui risultati ottenuti durante la sperimentazione e l’attività di tirocinio. La presente

trattazione si sofferma sui suddetti aspetti e, anche attraverso degli esempi, mira a dare maggiore

chiarezza e carattere agli argomenti esposti.

Un particolare ringraziamento va al Prof. Ing. Ciro Faella, al Dott. Nicola Salerno e al Dott. Ing.

Enzo Martinelli, per aver creduto nelle mie capacità, per la loro cortesia e disponibilità manifestati

durante tutto il periodo di svolgimento del presente elaborato.

Ringrazio infine l’Ing. Antonio D’Imperio e Sergio Paciello per avermi guidato in un campo, quello

dell’attività di laboratorio sperimentale, per me assolutamente nuovo e ricco di spunti di interesse.

L’attività svolta in questo periodo, e che ha portato a produrre la presente tesi, ha significato una

notevole maturazione professionale grazie alle numerose esperienze pratiche.

MMeettooddoollooggiiee ddiissttrruuttttiivvee ee nnoonn ddiissttrruuttttiivvee ppeerr llaa vvaalluuttaazziioonnee ddeellllee ccaarraatttteerriissttiicchhee mmeeccccaanniicchhee ddeell

ccaallcceessttrruuzzzzoo..

Capitolo 1 “Introduzione, descrizione dell’attività formativa”

Carpentieri Gerardo

11/01/2008

11..11 DDeessccrriizziioonnee ddeellll’’aattttiivviittàà ddii ttiirroocciinniioo ffoorrmmaattiivvoo

11..22 DDeessccrriizziioonnee ddeellllaa ssttrruuttttuurraa oossppiittaannttee

AAnnnnoo AAccccaaddeemmiiccoo 22000077 -- 22000088

Capitolo 1 Introduzione, descrizione dell’attività formativa.

4

11..11 DDeessccrriizziioonnee ddeellll’’aattttiivviittàà ddii ttiirroocciinniioo ffoorrmmaattiivvoo

Il tirocinio formativo è un’attività didattica integrativa della durata di 150 ore che viene svolta al

terzo anno della laurea triennale in Ingegneria Civile e da diritto a 3 crediti formativi che si

sommano ai 180 minimi necessari a conseguire il titolo.

Questa tipologia di attività formativa è ormai contemplata da tutte le Università italiane, nell’ambito

della laurea triennale e/o della laurea specialistica, ai sensi della riforma degli studi universitari di

cui al Decreto Ministeriale 3 novembre 1999 n. 509 e delle disposizioni dell’Unione Europea in

merito all’organizzazione didattica dei corsi di studio beneficiari di contributi di cofinanziamento

europeo. Agli studenti universitari è richiesto di svolgere attività di tirocinio almeno una volta nel

corso degli studi, e cioè durante il quinquennio necessario a conseguire i due titoli di laurea

triennale e laurea specialistica.

Tale attività, in particolare, è obbligatoria nell’ambito della laurea triennale, nel caso in cui lo

studente non prosegua gli studi verso il titolo di livello superiore. L’Area Didattica di Ingegneria

Civile ed Ambientale (ADICA) dell’Università degli Studi di Salerno ha previsto il tirocinio

all’ultimo anno della laurea triennale. Lo scopo primario della Legge 24 Giugno 1997 n. 196, che ha introdotto il tirocinio formativo, è

quello di consentire al tirocinante di venire a contatto con l’attività professionale futura e di

aumentare non soltanto la conoscenza pratica della materia lavorativa ma anche di fornire nuove

conoscenze. In genere l’attività di tirocinio formativo può essere svolta, a scelta dello studente,

presso Enti privati o pubblici convenzionati con l’Università e viene seguita e controllata da due

Tutor, uno aziendale ed uno universitario.

Il tirocinio formativo, infine, ha lo scopo di favorire le scelte professionali del futuro ingegnere

spingendolo alla specializzazione nei campi di maggiore interesse.

L’attività formativa di tirocinio svolta presso il Laboratorio di Strutture dell’Università degli Studi

di Salerno è stata coadiuvata dal Tutor Universitario Enzo Martinelli e dal Tutor Aziendale

Gianvittorio Rizzano.


5

Il Laboratorio di Strutture è stato autorizzato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti ai

sensi della legge 1086/71 per poter eseguire prove, controlli ed analisi sui materiali da costruzione,

sia essi tradizionali che innovativi, e ad emettere la relativa certificazione.

Gli obiettivi dell’attività di tirocinio, stabiliti in accordo con i tutor, sono stati lo studio delle

attrezzature di prova utilizzate nel Laboratorio per l’esecuzione delle prove, nonché

l’apprendimento dei sistemi software idonei al funzionamento delle macchine di prova. L’attività si

è infine conclusa con il calcolo della resistenza del calcestruzzo, con metodi distruttivi e non

distruttivi.

Le prove sono state effettuate su elementi in c.a. utilizzati in una precedente campagna

sperimentale. Sono state eseguite due tipi di prove:

- distruttive: consistono nell’esecuzione di carotaggi e successive prove a compressione;

- non distruttive: esecuzione di prove ultrasoniche, sclerometriche e altre.

In particolare, l’ultima tipologia di prova, essendo non distruttiva e non invasiva, si presta

particolarmente ad essere utilizzata su membrature di fabbricati preesistenti che possono aver subito

delle precedenti sollecitazioni e che non possono essere ulteriormente danneggiati.

Sono, quindi, facilmente intuibili le grandi applicazioni pratiche che la prova ultrasonica può avere

in numerosi casi tecnici, occorre però interpretare correttamente i dati sperimentali della prova per

ricavare nella maniera più esatta possibile la reale resistenza del conglomerato.

Infine, vengono formulati alcuni confronti teorico – sperimentali sulla variazione della resistenza

del calcestruzzo in seguito a sollecitazioni che abbiano interessato le membrature da cui è estratto.


6

11..22 DDeessccrriizziioonnee ddeellllaa ssttrruuttttuurraa oossppiittaannttee

L’attività di tirocinio è stata svolta, come già detto, presso il Laboratorio di Strutture del

Dipartimento di Ingegneria che ha sede nel Campus dell’Università degli Studi di Salerno.

Il Laboratorio è un’unità operativa che promuove, organizza e sviluppa attività di ricerca e di

didattica nelle discipline di propria pertinenza, nonché funzioni di servizio nell'interesse della

collettività. Concorre all'espletamento delle attività didattiche volte al conseguimento delle Lauree e

dei Diplomi previsti dallo Statuto, conferendo a tal fine i necessari insegnamenti delle discipline di

interesse. Fornisce il supporto scientifico per l'espletamento dei corsi di Dottorato di Ricerca.

Nei locali del Laboratorio trova posto un ampio numero di attrezzature di prova; fra le più

significative ricordiamo le 4 macchine di prova servoassistite per prove statiche e dinamiche a

trazione e compressione con forze massime variabili fra 100 e 2500 kN.

La sperimentazione su strutture, modelli e componenti strutturali gode del privilegio di potersi

avvalere di un ambiente appositamente realizzato allo scopo, opportunamente attrezzato con

attuatori di vario tipo, con sistemi di contrasto e con strumenti di misura e di acquisizione.

La sala prove, concepita per l'esecuzione di prove di tipo non solo statico ma anche dinamico, è

realizzata su una soletta in calcestruzzo armato di grande massa e rigidezza (lo spessore è di 1,5 m),

priva di collegamenti strutturali con gli ambienti circostanti ed è dotata di proprie fondazioni, in

modo che lo scambio di vibrazioni con l'ambiente esterno risulti fortemente ridotto.

I sistemi di contrasto disponibili constano di due grandi telai in acciaio e di elementi di dimensioni

più ridotte, variamente assemblabili e collegabili alla soletta della sala prove. A detti sistemi

possono essere applicati martinetti idraulici di varia portata (fino a 1000 kN per prove statiche ed a

500 kN per prove dinamiche), comandati da dinamometri o da un pulsatore oleodinamico, adatto

per l'esecuzione di prove di fatica con frequenza fino a diversi Hz.

Per l'esecuzione di prove statiche o dinamiche di trazione e compressione sono disponibili presse

idrauliche MTS a controllo numerico con portata di 2500 kN, alimentate da pompa con portata di

centinaia di litri di olio al minuto.


7

Nel complesso, l'ambiente e le attrezzature

disponibili offrono elevate potenzialità nel

settore della sperimentazione su

componenti strutturali. Il Laboratorio

svolge inoltre attività di controllo della

qualità per acciai da cemento armato

normale e precompresso. I risultati delle

prove e le relative rielaborazioni vengono

riportati su certificati ufficiali del

Laboratorio Prove Materiali che

costituiscono la documentazione ufficiale

da allegare a tutte le forniture di materiale

e da inviare, da parte del produttore, al

Ministero dei Lavori Pubblici per

l'ottenimento o il mantenimento della

qualificazione dello stabilimento.

Per l’attività sperimentale del settore di

Calcestruzzi e Cemento Armato ci si

avvale, oltre che delle attrezzature presenti

nella "Sala-Prove" su strutture al vero, di presse in controllo di spostamento e in controllo di forza

che permettono di abbinare ricerca sperimentale a prove certificate di tipo standard. La quasi totalità

delle attrezzature disponibili è connessa a sistemi elettronici di acquisizione dati. L'insieme di

queste attrezzature ha permesso negli ultimi anni una proficua collaborazione fra Docenti, Allievi e

Tecnici, con la preparazione (all'anno) di molte tesi di laurea, e tesi di dottorato, aventi come tema

molti aspetti della meccanica dei materiali cementizi e delle strutture in c.a./c.a.p. (comportamento

in trazione, compressione, flessione, meccanica della frattura, fatica, sviluppo di metodi

sperimentali, misure termiche e meccaniche).

Figura 1.1 Una delle presse del Laboratorio.

MMeettooddoollooggiiee ddiissttrruuttttiivvee ee nnoonn ddiissttrruuttttiivvee ppeerr llaa vvaalluuttaazziioonnee ddeellllee ccaarraatttteerriissttiicchhee mmeeccccaanniicchhee ddeell

ccaallcceessttrruuzzzzoo..

Capitolo 2 “Sistemi di monitoraggio delle prove sperimentali”

Carpentieri Gerardo

19/01/2008

22..11 DDeessccrriizziioonnee ddeellllee aattttrreezzzzaattuurree

22..11..11 AAttttrreezzzzaattuurree ddii pprroovvaa

22..11..22 AAttttrreezzzzaattuurree ddii mmiissuurraa

AAnnnnoo AAccccaaddeemmiiccoo 22000077 -- 22000088

Capitolo 2 Sistemi di monitoraggio delle prove sperimentali.

9

22..11 DDeessccrriizziioonnee ddeellllee aattttrreezzzzaattuurree

Il Laboratorio di Strutture presso il quale è stato svolto il tirocinio formativo è dotato di una elevata

quantità di strumentazioni idonee ed all’avanguardia per l’esecuzione, la gestione ed il

monitoraggio delle prove. Gli strumenti utilizzati sono essenzialmente classificabili in due

tipologie principali:

- attrezzature di prova;

- attrezzature di misura.

La prima tipologia comprende tutti quegli strumenti utilizzati per l’esecuzione delle prove, cioè per

conferire al provino da studiare le sollecitazioni desiderate. Gli strumenti di prova comprendono

quindi:

- banchi di prova;

- macchine universali di prova a trazione o compressione e flessione;

- attuatori o martinetti ad alimentazione idraulica.

Le attrezzature di misura sono invece impiegate per il monitoraggio delle prove, sia in termini di

spostamenti o deformazioni che di forze o tensioni. Tali strumenti di misura si dividono quindi in

due grandi categorie:

- strumenti di misura delle forze;

- strumenti di misura degli spostamenti.

Tra le attrezzature di misura in dotazione del laboratorio è possibile annoverare:

- celle di carico (tipo Moog);

- estensimetri;

- LVDT;

- sensori a filo;

- distanziometri laser.


10

22..11..11 AAttttrreezzzzaattuurree ddii pprroovvaa

Le attrezzature utilizzate nelle più comuni prove di laboratorio comprendono anzitutto le macchine

universali (presse) e gli attuatori.

Le macchine universali possono essere utilizzate per prove di compressione, trazione e flessione e

sono prodotte da ditte specializzate. In relazione ai modelli, nel Laboratorio di Strutture sono

disponibili presse della ditta “Schenck” ed “Italsigma” ad alimentazione idraulica indipendente,

nonché di una pressa monocolonna di capacità di migliaia di kN (Figure 2.1 e 2.2).

Figura 2.1 Pressa Italsigma. Figura 2.2 Pressa Schenck.

Il funzionamento di queste macchine è di tipo elettromeccanico, in maniera tale da assicurare alta

rigidità al castello di prova ed alta precisione.


11

In genere, tali macchine sono dotate di software forniti dal costruttore stesso che consentono di

gestire le prove e di trattare le letture e i corrispondenti risultati. Tali software sono dotati di menu

guidati a mezzo di icone dedicate per risultare di immediato e facile utilizzo anche da chi non ha

dimestichezza con questo tipo di macchine.

Le macchine universali del laboratorio sono utilizzate soprattutto per testare provini in calcestruzzo,

sia essi cubici che cilindrici. Le macchine sono completamente controllabili tramite personal

computer, sono dotate di strutture ad alta rigidità e di dispositivi di sicurezza alla corsa massima. Le

velocità di prova sono regolabili sia in termini di spostamenti che di carichi. Le presse utilizzate

sono dotate di celle di carico intercambiabili per la misura delle pressioni e di dispositivi di

sicurezza innescabili al raggiungimento di vincoli definibili dall’operatore.

Le macchine di prova descritte sono ideali per essere impiegate in centri di ricerca, università e

laboratori di aziende medio grandi. Sono disponibili, nel Laboratorio di Strutture, macchine per

prove statiche e dinamiche sia elettromeccaniche che servo idrauliche e martinetti attuatori.

La macchina universale è costituita da un robusto telaio a due colonne con traslazione della testa

motrice realizzata a mezzo di due viti a circolazione di sfere con chiocciole precaricate di altissima

precisione. Il rilievo del carico di prova viene effettuato a mezzo di una cella di carico ad alta

precisione, mentre per il rilievo degli allungamenti (corsa della testa di carico mobile) è possibile

utilizzare degli estensimetri incorporati.

Figura 2.3 Cella di carico.


12

Il software di gestione connesso alla macchina universale consente il pilotaggio della prova

direttamente da PC ed è in genere sviluppato in ambiente Windows e rispecchia quanto prescritto

dalle più recenti normative internazionali. Il software è capace di calcolare automaticamente i valori

di carico massimo, carico ultimo, allungamento percentuale, snervamento, modulo di elasticità.

Grazie all’utilizzo di un semplice mouse ed alla creazione di icone dedicate, il programma è di

facilissimo utilizzo e consultazione.

Figura 2.4 Grafico Forza – Allungamento. [8]

Il software è in genere impostabile in diverse lingue e consente l’archiviazione ed il successivo

richiamo (sia per descrizione che per risultato) di tutte le prove effettuate (compreso il grafico

carico - deformazione). È possibile inoltre effettuare calcoli statistici sulle prove effettuate.

Consente inoltre la stampa di certificati di collaudo con la ragione sociale del cliente. Le prove

possono essere eseguite, a scelta, in controllo di carico, velocità e/o deformazione. La curva carico

– deformazione può essere amplificata nei settori desiderati grazie a funzioni di zoom.

I valori di carico, deformazione, allungamento ed incremento di carico possono essere letti in tempo

reale grazie a dei contatori a video. Nel Laboratorio sono inoltre presenti diversi attuatori,

orizzontali e verticali, che vengono utilizzati soprattutto per effettuare prove su elementi strutturali

prefabbricati di notevoli dimensioni come pilastri in c.a. normale e/o confinato con tecniche

innovative (ad esempio le fibre in carbonio).


13

Figura 2.5 Attuatori orizzontali e verticali.

L’attuatore deve essere collegato a due cavi, presso la sua base, che lo connettono con il circuito di

alimentazione idraulico al quale sono connesse due pompe in parallelo. L’attuatore è collegato ad

un’unità di elaborazione che può essere comandata direttamente con un comando manuale o anche

tramite un computer. Il software utilizzato è unico e adatto solo per quell’unità e viene fornito dal

costruttore. Tale software consente di applicare una storia di carico o di spostamenti all’attuatore ed

è anche possibile impostarlo in modo che l’attuatore si fermi quando supera un certo carico durante

uno spostamento prefissato.

Gli attuatori possono essere:

- statici: caratterizzati da basse frequenze di lavoro;

- dinamici: che consentono alte frequenze ma minori carichi applicabili;

- iperdinamici: i quali hanno un compensatore di pressione incorporato.


14

I componenti principali degli attuatori sono:

- servovalvola: prodotta in genere dall’azienda Moog, serve a regolare la differenza di

pressione tra i due terminali del circuito di pressione esterno e verrà utilizzata per alimentare

l’attuatore stesso;

- misuratore di pressione: comprende la cella di carico per la misura del carico che viene

applicato dall’attuatore oppure è possibile utilizzare il “delta p”. Questo utilizza un sensore

di pressione differenziale per misurare la differenza di pressione a ciascuna estremità

dell’attuatore. Il delta p migliora il comando di spostamento dei sistemi caricati con masse

pesanti e viene usato anche con elevate velocità di flusso di fluido idraulico. Il delta p è però

meno preciso della cella di carico;

- misuratore di spostamenti: realizzato con sistemi (LVDT, sensori a filo) incorporati ad

elevata sensibilità ed affidabilità.

Gli attuatori utilizzati in laboratorio hanno capacità in termini di pressioni comprese da 400 a 4000

kN. Ogni attuatore è collegato a dei compensatori di pressione detti manifold che consentono di

eseguire le prove nel modo in cui sono state programmate. I manifold comprendono due indicatori

di pressione, uno per il circuito e uno per la pressione fornita all’attuatore e sono in grado di fornire

o togliere pressione per compensare le variazioni originate nel circuito idraulico a causa delle

perdite di carico o di difetti.


15

22..11..22 AAttttrreezzzzaattuurree ddii mmiissuurraa

Le attrezzature di misura comprendono tutti quegli strumenti che consentono di ottenere dei dati

sperimentali in termini di spostamenti o deformazioni. Tali strumenti, essenziali per le prove di

laboratorio, comprendono:

- estensimetri;

- LVDT;

- sensori a filo.

22..11..22..11 EEsstteennssiimmeettrrii

L’estensimetria e la fotoelasticità sono i metodi sperimentali in grado di fornire le informazioni

necessarie agli ingegneri per progettare strutture e prodotti affidabili e sicuri. Le tecniche di analisi

sperimentale delle sollecitazioni sono usate a diversi stadi della vita di un’opera; dalla progettazione

alla validazione dell’opera prima della realizzazione, dalle prove di sicurezza e sovraccarico.

L’estensimetro consiste in una griglia di metallo laminato incollata su un supporto di materiale

plastico. Gli estensimetri sono disponibili in migliaia di configurazioni per adattarsi ad una vasta

gamma di applicazioni.

Figura 2.6 Schema generale di un estensimetro. [5]


16

Un estensimetro è più sottile di un francobollo e certi modelli hanno griglie non più larghe della

capocchia di uno spillo. In pratica, l’estensimetro è incollato sulla superficie di una struttura;

quando viene sollecitata, le deformazioni sono trasmesse alla griglia causando una variazione di

resistenza elettrica.

Questa variazione è proporzionale alla deformazione e può essere misurata con grande precisione.

Tipicamente si possono misurare delle deformazioni con una risoluzione di un micrometro/metro,

cioè di una parte su un milione. Per determinare le sollecitazioni principali e le relative direzioni

principali si usano estensimetri, denominati rosette, con due o tre griglie su uno stesso supporto ma

orientati in direzioni diverse.

La risposta dell’estensimetro è istantanea, ciò permette di individuare sia le deformazioni statiche

che le deformazioni dinamiche con frequenze che possono arrivare a diverse migliaia di Hertz.

Gli estensimetri possono essere usati per misurare delle grandezze fisiche a partire dalla

deformazione di un elemento meccanico, in maniera diretta o indiretta. La grande precisione

ottenibile dagli estensimetri consente, quando sono incollati su degli elementi meccanici sensibili,

di fornire un segnale elettrico proporzionale ad una grandezza fisica quale il peso, la forza, la

pressione, la coppia, l’accelerazione e di costituire così un trasduttore.

Tra gli estensimetri disponibili in commercio vi è una grande scelta in grado di soddisfare le più

svariate esigenze di misura. I parametri principali da selezionare per scegliere un estensimetro sono:

- lunghezza: è la lunghezza attiva o sensibile della griglia. Esistono lunghezze tra 0,2 e 100

mm. La lunghezza dell’estensimetro è un fattore importante per la determinazione della

prestazione dell’estensimetro;

- geometria della griglia e dei terminali: si riferisce alla forma della griglia, al numero e

direzione delle griglie, alla configurazione dei terminali e altre caratteristiche costruttive.

Sono diffuse geometrie a singola griglia mono – direzionali a rosette a 2 o 3 elementi. Le

rosette possono essere a T (due elementi a 90°), a Chevron (due elementi a 45° rispetto

all’asse centrale), a Delta (tre elementi a 45°), rettangolari (tre elementi a 45°);


17

- la serie (combinazione supporto - lega): in relazione alle varie combinazioni esistono diverse

prestazioni quali: temperature di funzionamento, campo di deformazione, vita a fatica in

funzione del livello di deformazione;

- la resistenza in Ohm: gli estensimetri sono normalmente utilizzati con resistenze da 120 a

350 Ohm. Per la maggioranza delle applicazioni si usa 120 Ohm; gli estensimetri a 350 Ohm

sono preferibili per ridurre la generazione di calore, diminuire l’effetto dei cavi o migliorare

il rapporto segnale – rumore, ma sono più costosi;

- numero STC: è il coefficiente di espansione termica in ppm/°F del materiale su cui viene

incollato l’estensimetro. I numeri STC più comuni sono 06 (per l’acciaio) e 13 per

l’alluminio.

Per facilitare la scelta di un estensimetro esistono diverse sigle che ne definiscono i parametri e le

configurazioni possibili.

Sono inoltre disponibili sul mercato diverse tipologie di estensimetri speciali che offrono funzioni

particolari:

- catene estensimetriche: sono costituite da un numero di griglie (in genere

10) su un singolo supporto. La catena estensimetrica ha molti vantaggi

per lo studio della distribuzione delle deformazioni locali e del gradiente

di deformazione. È molto più facile, veloce e preciso installare la catena

in una sola operazione, che allineare e incollare 10 singoli estensimetri.

Inoltre gli estensimetri sono perfettamente allineati e molto vicini e quindi

offrono una migliore risoluzione nel caso di campi di deformazione non

uniformi. Le catene sono disponibili in diverse dimensioni e

configurazioni: con griglie parallele e perpendicolari all’asse più lungo

della catena (Fig. 2.7);

Figura 2.7 Catena estensimetrica. [5]


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- estensimetri per materiali plastici: il coefficiente di espansione termica dei materiali plastici

varia in maniera considerevole in funzione al

tipo e al campo di temperatura. Si usano in

questi casi estensimetri con maggiori resistenze

(le plastiche dissipano meno calore) e con cavi

presaldati (Fig. 2.8);

- rosette estensimetriche per tensioni residue: viene effettuato un foro al centro della rosetta e

si misura la tensione residua (Fig. 2.9);

Figura 2.9 Rosetta estensimetrica per tensioni residue. [5]

- estensimetri per campi magnetici: i campi elettromagnetici, intensi e variabili, possono

causare rumore nei circuiti elettromagnetici. In questi casi si usano estensimetri speciali in

grado di elidere questo rumore utilizzando due griglie collegate in serie e isolate (Fig. 2.10);

Figura 2.10 Estensimetro per campi magnetici. [5]

- sensori di temperatura: sono possibili misure da – 195 °C a + 260 °C (Fig. 2.11);

Figura 2.8 Estensimetro per materiali plastici. [5]

Figura 2.11 Sensore di temperatura. [5]


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- estensimetri saldabili: sono sensori incollati su una striscia metallica che viene saldata a

punti sulla struttura di prova (Fig. 2.13);

- sensori per cricche: rilevano in modo economico la presenza

di cricche oppure indicano quando la cricca ha raggiunto un

determinato punto della struttura (Fig. 2.12);

- estensimetri annegabili: misurano le deformazioni meccaniche nelle strutture in

calcestruzzo. La griglia è annegata in un materiale polimerico che protegge dal

danneggiamento meccanico durante la messa in opera del calcestruzzo (Fig. 2.14).

Figura 2.14 Estensimetro annegabile. [5]

Gli estensimetri sono prodotti in condizioni controllate per garantirne la massima qualità e

precisione. Tuttavia qualità e precisione nelle misure possono essere raggiunte solo alla condizione

che l’estensimetro sia correttamente installato.

I fattori che influenzano ogni installazione di estensimetri sono:

- l’estensimetro;

Figura 2.13 Estensimetro saldabile. [5]

Figura 2.12 Sensore per cricche. [5]


20

- gli utensili, materiali e accessori;

- le tecniche d’installazione.

Occorre tenere conto di tutti i tre fattori precedenti per ottenere le migliori prestazioni e precisioni

nelle misure. Per effettuare delle installazioni estensimetriche affidabili occorre:

- scegliere estensimetri di elevata qualità;

- scegliere accessori che sono stati provati in laboratorio e nel campo per garantirne la

compatibilità con gli estensimetri;

- seguire le procedure d’installazione consigliate dal produttore di estensimetri e gli accessori

opportuni.

Per ogni fase importante dell’installazione estensimetrica devono essere scelti gli appropriati

accessori, utensili e materiali, a partire dalla preparazione della superficie fino all’applicazione del

protettivo sull’estensimetro cablato. Tutti gli accessori utilizzati devono essere della massima

qualità e devono essere corredati dalle opportune certificazioni di qualità. Tutti gli strumenti

destinati alle misure con estensimetri utilizzano il “ponte di Wheatstone” munito di bilanciamento e

calibrazione indipendenti. Sono disponibili in laboratorio diversi indicatori di deformazione e

sistemi multicanale affidabili e precisi per l’analisi delle sollecitazioni, la prova dei materiali e delle

strutture. I sistemi multicanale di acquisizione dati basati su PC sono gestiti da software ed offrono

una impressionante serie di funzionalità dedicate all’analisi sperimentale delle sollecitazioni:

- elaborazioni dati;

- correzione dati;

- visualizzazione in linea dei risultati;

- bilanciamento e calibrazione automatica di tutti i canali;

- gestione dei canali;

- gestione di estensimetri, LVDT, e altri strumenti di misura.


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22..11..22..22 MMeessssaa iinn ooppeerraa ddeeggllii eesstteennssiimmeettrrii

Una corretta misurazione dei dati sperimentali degli estensimetri è possibile solo e soltanto se questi

sono utilizzati da personale esperto e qualificato. Le fasi principali della messa in opera degli

estensimetri sono:

- preparazione della superficie;

- incollaggio dell’estensimetro con adesivo.

Gli estensimetri possono essere incollati su qualunque materiale da testare ma a condizione che la

superficie sia adeguatamente pulita. L’incollaggio dell’estensimetro, per ottenere i migliori risultati,

deve essere resistente ed affidabile. Per la preparazione ed il lavaggio della superficie sulla quale

applicare l’estensimetro vengono utilizzati particolari prodotti solventi che non costituiscono

particolare pericolo per la salute dell’operatore e quindi non sono necessarie molte precauzioni.

I prodotti utilizzati per il trattamento delle superfici contaminate (cioè non adatte a ricevere un

estensimetro perché non pulite) devono essere recenti e ben conservati.

Una buona superficie deve essere chimicamente pulita, di rugosità adeguata all’installazione

estensimetrica ed avere un’alcalinità con PH di circa 7.

La preparazione della superficie richiede le seguenti fasi:

- sgrassaggio: viene effettuato per rimuovere oli, grassi e altri residui. Lo sgrassaggio può

essere effettuato con vapori, bagni ad ultrasuoni o con bombolette spray sgrassanti;

- carteggio: viene usato per asportare degli strati superficiali non graditi come ruggine,

vernice e ossidi. Per superfici molto rugose è possibile utilizzare una mola abrasiva od una

lima o carta vetrata;

- tracciatura: vengono tracciate delle linee ben visibili per posizionare ed orientare un

estensimetro sulla superficie da analizzare;

- condizionamento: vengono applicati sulla superficie diversi stecchetti di cotone finché uno

di questi resti perfettamente pulito;

- neutralizzazione: si riporta il PH a 7 applicando dei materiali neutralizzatori liquidi.


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In seguito alla preparazione della superficie l’estensimetro può, quindi, essere applicato utilizzando

degli adesivi plastici disponibili in mercato. Gli adesivi possono essere impiegati, in genere, per

temperature comprese tra 0 e 95 °C.

In primo luogo, dopo aver preparato la superficie, occorre togliere l’estensimetro dalla bustina che

lo contiene con una pinzetta e depositarlo sulla superficie da incollare rivolto verso il basso su un

piano di vetro pulito. Si procede quindi tagliando una idonea quantità di nastro adesivo da

posizionare sull’estensimetro partendo dall’estremità posteriore.

Figura 2.15 Fasi di installazione di un estensimetro. [6]


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L’insieme adesivo – estensimetro va quindi posizionato sulla superficie; tenendo il nastro da

un’estremità e sollevandolo; rimane quindi l’estensimetro sul provino.

Il provino stesso ed il retro dell’estensimetro devono essere preventivamente ricoperti da un adesivo

preparato. All’uopo è possibile utilizzare un semplice bastoncino, pulito, per la miscelazione e

l’applicazione di un sottile strato sopra le superfici. Occorre porre attenzione a non contaminare con

della colla non miscelata l’estensimetro pulendo al meglio il bastoncino.

Una volta applicato il nastro e l’estensimetro sul provino bisogna applicare una buona pressione con

le dita per consentire un buon incollaggio. Per applicare una pressione uniforme sull’estensimetro

può essere utilizzata una tavoletta di silicone e sopra una piastrina di alluminio.

Un serraggio non omogeneo può infatti dar luogo ad un incollaggio irregolare. Quando

l’estensimetro e la basetta sono ben incollati si può procedere a rimuovere il nastro adesivo,

tirandolo indietro su se stesso lentamente. Questo accorgimento eviterà il possibile sollevamento

della griglia dagli estensimetri non incapsulati. Non è necessario rimuovere subito il nastro dopo

l’installazione dell’estensimetro. Infatti il nastro protegge meccanicamente la griglia e può essere

lasciato fino alla rimozione per il cablaggio.

Infine si procede sciogliendo lo stagno appropriato sulla parte terminale della griglia

dell’estensimetro e saldando i fili elettrici che consentiranno la lettura dei dati sperimentali.

Il corretto funzionamento dell’estensimetro, prima dell’inizio della prova può essere verificato

misurando la resistenza elettrica del circuito stampato con gli opportuni strumenti.


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22..11..22..33 LLVVDDTT

I sensori di spostamento lineare sono realizzati utilizzando tutte le conoscenze nella tecnologia

estensimetrica. Il circuito a ponte intero, normalmente presente in questi strumenti, garantisce

eccellente stabilità, compensazione in temperatura e risoluzione virtualmente indefinita. Il segnale

ha una eccezionale linearità sull’intero campo di misura.

In genere questi sensori sono compatibili con tutti gli indicatori estensimetrici reperibili in

commercio. Sono disponibili in commercio, in qualità di accessori, dispositivi meccanici di

fissaggio.

Figura 2.16 LVDT. [10]

I sensori di spostamento sono oggi in grado di risolvere un incredibile varietà di problemi di misura

e controllo. Gli LVDT possono essere utilizzati per misurare spostamenti, distanze, posizione,

vibrazioni, dimensioni e spessore con tecnologia a contatto e principio di misura induttivo.

Lo spostamento comprende vari significati: vibrazione, flessione, giogo, posizione, inclinazione,

curvatura, deformazione, slittamento, forma, eccentricità, tolleranza, larghezza, oscillazione,

spessore. La quasi totalità di questi parametri può essere ricondotta ad una variazione di

spostamento e può essere misurata con estrema precisione dagli LVDT.


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I sensori di spostamento LVDT (Trasformatore Lineare Variabile Differenziale) sono composti da

una parte mobile consistente in un nucleo, collegato ad un’astina, che si muove senza contatto e

senza usura, all’interno delle bobine. L’astina è in contatto diretto con l’oggetto misurato. Il nucleo

magnetico si muove entro le bobine senza contatto meccanico e senza usura.

Fattori positivi di questo sistema di misura comprendono:

- misure puntuali e senza usura;

- alta precisione e risoluzione;

- stabilità nel tempo;

- immunità alle interferenze, alla polvere e all’umidità;

- buon rapporto qualità / prezzo;

- semplicità d’uso.

I sensori di spostamento induttivi (LVDT) più comuni hanno campi di misura variabili tra 1 e 25

mm, risoluzione quasi infinita, frequenze di eccitazione da 1 a 5 Hz, temperature sensore da – 20 a

+ 120 °C.

I sensori di spostamento induttivi (LVDT) sono integrati, in qualità di componenti, nelle valvole

idrauliche (MOOG), utilizzate in macchine operatrici, nell’industria aerospaziale ed in quella

dell’auto.


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22..11..22..44 SSeennssoorrii aa ffiilloo

I sensori di spostamento a filo misurano il movimento lineare per mezzo di un cavo intrecciato

flessibile in acciaio ad alta resistenza che si avvolge su un tamburo calettato ad un potenziometro

rotativo o ad un encoder incrementale o assoluto. Il sensore a filo offre il vantaggio di grandi campi

di misura con sensori di piccole dimensioni.

Figura 2.17 Sensori a filo. [10]

Il sensore a filo trasforma il movimento lineare in un movimento rotativo che viene convertito in

una variazione di resistenza elettrica o in un conteggio di impulsi. Caratteristiche e pregi di questo

sistema di misura sono:

- ottima precisione nelle misure di spostamenti in idonee condizioni ambientali e di corretto

utilizzo;

- campi di misura elevati: in relazione alla lunghezza del cavo, è possibile utilizzare tali

sensori per spostamenti elevati compresi da 100 a 1500 mm;

- robustezza: il cavo intrecciato nonché il sistema a tamburo hanno una buona resistenza;

- facilità d’uso e di montaggio;

- struttura compatta;

- basso costo.

I sensori a filo possono in genere essere utilizzati con temperature fino a 80 °C.


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22..11..22..55 AAllttrrii sseennssoorrii

In ogni applicazione sperimentale, ovvero in tutte le attività di laboratorio, occorre scegliere gli

strumenti più adatti. In commercio sono disponibili anche altri strumenti di misura, come:

- sensori induttivo – piezometrici: hanno un principio di funzionamento simile a quello dei

potenziometri convenzionali con la differenza che non vi è contatto, e quindi nessuna usura,

tra le parti in movimento. La bobina, eccitata in corrente alternata, è incapsulata in un’asta

metallica su cui scorre un anello di alluminio solidale con il target (Fig. 2.18).

Figura 2.18 Sensori induttivo – piezometrici. [10]

Questo anello di alluminio influenza, con le correnti parassite in esse indotte, diversi settori

della bobina stessa in funzione della sua posizione, generando così il segnale di misura.

Questi sensori sono estremamente robusti, ermetici, esenti da qualsiasi usura e dispongono

di elettronica integrata. Grazie alla loro compattezza e lunghezza molto contenute, sono

ideali per applicazioni in cui l’ingombro di installazione è limitato;

- sensori di posizione a corsa lunga: questi sensori a correnti parassite sono adatti per

applicazioni nei cilindri idraulici e pneumatici per la misura dello spostamento o posizione

della valvola o del pistone (Fig. 2.19).

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