Applicazione della termografia a infrarossi per la stima delle tensioni residue negli ancoraggi a terra per manutenzione

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 36 (2023) Citare questo articolo

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Caratterizzare l'integrità degli ancoraggi al terreno è essenziale per esaminarne l'utilizzabilità nel mantenimento della struttura del terreno. Tuttavia, la prova di sollevamento, generalmente utilizzata per questo scopo, presenta limitazioni se applicata alla copertura di tutti gli ancoraggi a terra installati. L'obiettivo di questo studio è valutare la possibilità di utilizzare la termografia a infrarossi per misurare lo stress residuo negli ancoraggi al suolo come tecnica senza contatto che aggira gli svantaggi associati alle tecniche esistenti. Viene eseguito un esperimento preliminare per determinare l'esatta emissività dei materiali testati. Vengono applicati sia metodi passivi che attivi, come tecniche rappresentative nella termografia a infrarossi. Nell'esperimento su larga scala, nel metodo di misurazione passivo vengono utilizzate immagini a infrarossi di quattro fili installati con sollecitazione crescente nell'intervallo 0–400 kPa a intervalli di 100 kPa. Per il metodo attivo, questi stessi intervalli di sollecitazione vengono applicati a una testa di ancoraggio riscaldata utilizzando una macchina UTM. I risultati del metodo passivo mostrano che la temperatura aumenta e diminuisce in base alle fasi di carico e scarico. I valori per l'indice della velocità di raffreddamento vengono dedotti attraverso i risultati del metodo attivo e si osserva un comportamento affidabile a 10 e 15 minuti. Anche il numero di pixel con enormi variazioni di temperatura è cambiato con la fase di caricamento sia nel metodo passivo che in quello attivo. Questo studio dimostra che la termografia a infrarossi è un metodo alternativo adatto per valutare lo stress residuo negli ancoraggi al suolo come tipo di tecnica senza contatto.

Gli ancoraggi al suolo forniscono un'elevata capacità di carico per stabilizzare la struttura del terreno nelle costruzioni sui pendii e sono necessarie ispezioni regolari per stimare le prestazioni in caso di deterioramento e invecchiamento degli ancoraggi1,2. La prova di distacco viene generalmente utilizzata per stimare la tensione residua degli ancoraggi3,4, in cui la testa dell'ancora viene estratta utilizzando un martinetto idraulico, tuttavia questo metodo presenta limitazioni nell'applicazione poiché è costoso e richiede tempo5. È impossibile indagare su tutti gli ancoraggi costruiti nello stesso sito e, pertanto, la tensione residua viene solitamente valutata solo in alcuni ancoraggi attraverso prove di campionamento. È stata proposta una tecnica non distruttiva per valutare le prestazioni di un numero sufficiente di ancoraggi. Zima e Rucka6 hanno tentato di ispezionare la caratterizzazione delle sollecitazioni in lunghezze fissate in modo diverso di ancoraggi di terra in base al trasferimento di energia generato da un'onda guidata, in cui il trasferimento di energia è causato da un parametro geometrico tra il tendine e il corpo di ancoraggio circostante. Tamrakar et al.7 hanno utilizzato onde ultrasoniche per dedurre lo stress residuo negli ancoraggi al suolo e sono state determinate sia la forma d'onda che l'ampiezza massima sulla superficie delle piastre portanti. La relazione generalizzata tra sollecitazione di trazione e valore misurato è stata suggerita attraverso esperimenti di laboratorio e sul campo. La riflettometria nel dominio della frequenza è stata scelta anche per la caratterizzazione di un'asta di ancoraggio sepolta nel calcestruzzo sotto terra e questo metodo fornisce anche informazioni sulla posizione deteriorata per la manutenzione8. Il metodo proposto è anche complicato per quanto riguarda il raggiungimento del contatto del sensore sulla testa dell'ancoraggio. Pertanto, è necessario sviluppare forme di metodi di manutenzione senza contatto. Questo studio valuta l'applicazione della termografia a infrarossi come tecnica di manutenzione per stimare il livello di sollecitazione negli ancoraggi al suolo.

La termografia a infrarossi (IRT) è stata inizialmente utilizzata per scopi militari9,10 e recentemente è stata utilizzata in campo ingegneristico per determinare le caratteristiche e i difetti degli oggetti11,12,13,14,15,16,17,18. Il calore generato da un oggetto dipende da radiazione, convezione e conduzione e, tra queste, la radiazione ha l'effetto maggiore sulla diffusione dell'energia termica19,20,21. L'energia termica viene emessa da tutti gli oggetti con una temperatura superiore a −273 °C (0 K) a lunghezze d'onda comprese tra 0,7 e 1000 μm. L'IRT viene utilizzata per misurare l'energia termica emessa da un oggetto in determinate condizioni e la tecnica termografica si divide in metodi attivi, ibridi e passivi per esperimenti e analisi22. Il metodo attivo misura la temperatura di un oggetto nello stato di riscaldamento o raffreddamento attraverso una fonte di calore artificiale, mentre il metodo passivo determina la distribuzione della temperatura di un oggetto senza utilizzare una fonte di calore aggiuntiva. Pertanto il metodo attivo è un metodo di analisi quantitativa e le caratteristiche dell'oggetto possono essere comprese attraverso il confronto relativo dei valori misurati. Nel metodo passivo, l'analisi qualitativa viene eseguita dopo aver riconosciuto in anticipo lo stato anomalo corrispondente alla temperatura23,24,25. Questo articolo tenta di derivare un metodo utile per valutare le prestazioni degli ancoraggi al suolo e considera sia metodi attivi che passivi.