IT201600082462A1 - Sistema di monitoraggio del degrado dei materiali da costruzione - Google Patents

Description

“Sistema di monitoraggio del degrado dei materiali da costruzione “

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di monitoraggio del degrado dei materiali da costruzione, in particolare a conduzione ionica e si riferisce più in particolare ad un sistema di monitoraggio del degrado del calcestruzzo armato, ed al relativo metodo di monitoraggio.

Le strutture e infrastrutture in calcestruzzo armato di tutto il mondo hanno raggiunto un’età in cui la corrosione delle armature è già stata innescata. Per queste strutture è molto importante tenere sotto controllo la velocità di corrosione delle armature e prevederne la vita residua.

La corrosione delle armature all’interno del calcestruzzo causa una progressiva riduzione della resistenza meccanica del materiale con conseguenti rischi strutturali e della salvaguardia della vita umana.

La predisposizione di un sistema di monitoraggio del degrado del calcestruzzo armato può evitare precoci fallimenti strutturali e consentire di tenere sotto controllo le variazioni delle prestazioni del materiale e quindi pianificare tempestivamente gli opportuni interventi di ripristino riducendo così gli elevati costi di manutenzione delle opere in calcestruzzo armato.

Normalmente per conoscere lo stato di degrado del calcestruzzo armato è necessario monitorare il potenziale di corrosione deM’armatura, come ad esempio si può vedere nel documento US5792337.

In generale, le strutture in calcestruzzo armato sono caratterizzate da un’elevata variabilità degli spessori di copriferro di conseguenza, è necessario conoscere le misure del potenziale a diverse profondità di copriferro comportando un aumento del numero di sonde da installare nel copriferro del calcestruzzo armato.

Scopo della presente invenzione è quello di provvedere ad un sistema di monitoraggio del degrado dei materiali da costruzione che superi gli inconvenienti dell’arte nota.

Altro scopo della presente invenzione è quello di provvedere ad un sistema in grado effettuare una molteplicità delle misure.

In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un sistema di monitoraggio del degrado del calcestruzzo; dove detto calcestruzzo comprende armature metalliche; detto sistema comprende: una prima pluralità di canali di misura per la misura del potenziale di corrosione di dette armature metalliche; una seconda pluralità di canali di misura per la misura della conducibilità elettrica di detto calcestruzzo; uno strumento di misure elettrochimiche; caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore per la misura della conducibilità elettrica, comprende una pluralità di coppie di elettrodi poste a profondità diverse in detto calcestruzzo; un multiplatore che seleziona in successione un canale per volta di detta prima pluralità di canali di misura o di detta seconda pluralità di canali di misura, su comando di un processore, e connette detto un canale a detto strumento di misure elettrochimiche.

Tali scopi vengono inoltre raggiunti da un metodo per monitoraggio del degrado del calcestruzzo dove detto calcestruzzo comprende armature metalliche; e dove detto sistema comprende: una prima pluralità di canali di misura per la misura del potenziale di corrosione di dette armature metalliche; una seconda pluralità di canali di misura per la misura della conducibilità elettrica di detto calcestruzzo; uno strumento di misure elettrochimiche; detto metodo comprende le fasi di selezionare in successione un canale per volta di detta prima pluralità di canali di misura o di detta seconda pluralità di canali di misura, su comando di un processore, e connettere detto un canale a detto strumento di misure elettrochimiche.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

Per conoscere lo stato di degrado del calcestruzzo armato è conveniente monitorare due parametri elettrochimici: il potenziale di corrosione deM’armatura e la conducibilità elettrica del calcestruzzo. Inoltre, la conducibilità elettrica del materiale cambia al variare della temperatura pertanto è preferibile rilevare anche questa grandezza per separare le variazioni di temperatura da quelle legate alle variazioni di umidità relativa.

In generale, le strutture in calcestruzzo armato sono caratterizzate da un’elevata variabilità degli spessori di copriferro di conseguenza, è necessario conoscere i parametri elettrochimici a diverse profondità di copriferro comportando un aumento del numero di sonde da installare nel copriferro del calcestruzzo armato.

Avere a disposizione un sistema di monitoraggio in grado di tenere sotto controllo il potenziale di corrosione, la conducibilità elettrica del materiale e la sua temperatura a varie profondità di copriferro consente allo specialista di ricevere indicazioni chiare sulle condizioni reali del materiale e, di conseguenza, prevedere e stimare il degrado dei materiali da costruzione, in particolare il degrado del calcestruzzo armato, limitando i rischi di fratture fragili degli elementi strutturali e riducendo i costi diretti e indiretti associati agli interventi di ripristino.

I vantaggi di questa soluzione rispetto alle soluzioni dell’arte nota sono diversi.

II sistema di monitoraggio proposto, escluse le sonde da inserire nella struttura, ha dimensioni geometriche molto piccole.

Lo specialista potrà con un unico sistema di acquisizione dati svolgere una molteplicità di misure di potenziale di corrosione, di conducibilità elettrica e preferibilmente della temperatura del materiale a diverse profondità.

La possibilità di monitorare la temperatura alla stessa profondità di copriferro delle misure di conducibilità elettrica permette di separare gli effetti delle variazioni di temperatura da quelle delle variazioni di umidità relativa del materiale.

Le dimensioni geometriche molto ridotte e la possibilità di installare presso la struttura un singolo sistema di acquisizione dati in grado di acquisire le informazioni provenienti da tutte le sonde inserite nella struttura consente una grande semplificazione e agevolazione logistica.

Una delle dirette conseguenze dell’impiego di un singolo sistema di acquisizione dati per tutte le sonde inserite nella struttura è il risparmio economico diretto collegato all’eliminazione della necessità di dover associare un sistema di acquisizione dati per ciascuna sonda.

La tecnologia di comunicazione e trasmissione dati usata nel sistema di monitoraggio proposto rende questo sistema applicabile in qualunque tipologia strutturale. Inoltre, la struttura e infrastruttura di questo sistema di monitoraggio consente all’utente il controllo e la gestione dell’intero sistema da remoto.

L’archiviazione dei dati da parte del sistema di acquisizione dati è immediata in modo da escludere la perdita di dati sensibili come quelli di un monitoraggio.

Le procedure di comunicazione sono robuste in quanto ogni trasferimento d’informazioni ha internamente un sistema di controllo.

Infine, il costo di realizzazione del sistema di monitoraggio proposto è molto basso soprattutto in prospettiva alla sua utilità pratica e vita di servizio.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

la figura 1 mostra lo schema a blocchi di un sistema di monitoraggio del degrado dei materiali da costruzione, in accordo alla presente invenzione;

la figura 2 mostra i sensori di un sistema di monitoraggio del degrado dei materiali da costruzione, in accordo alla presente invenzione.

Riferendosi alle figure allegate, un sistema di monitoraggio del degrado dei materiali da costruzione, in accordo alla presente invenzione, comprende uno strumento di misure elettrochimiche 10, connesso elettricamente ad un multiplatore 1 1 e ad un processore 12 mediante appositi canali di comunicazione bidirezionali rispettivamente identificato con i numeri 13 e 14. Il processore 12 è a sua volta connesso elettricamente al multiplatore 1 1 mediante il canale di comunicazione 15 bidirezionale.

Il processore 12 può comunicare via radio, o via internet con un centro di raccolta dati 16.

Il multiplatore comprende una pluralità di canali di misura 20 per la misura del potenziale di corrosione.

Per ogni canale di misura è previsto un conduttore 21 connesso elettricamente aM’armatura 22 e un conduttore 23 connesso ad un elettrodo di riferimento 24.

Comprende inoltre una pluralità di canali di misura 30 per la misura della conducibilità elettrica.

Per ogni canale di misura è previsto un conduttore 31 connesso elettricamente un primo elettrodo 32 ed un secondo conduttore 33 connesso elettricamente ad un secondo elettrodo 34. Un sensore 35, per la misura della conducibilità elettrica, comprende una pluralità di coppie di elettrodi 32 e 34.

Comprende anche preferibilmente una pluralità di canali di misura 40 per la misura della temperatura di ogni coppia di elettrodi 32 e 34.

Ad ogni coppia di elettrodi 32 e 34 è preferibilmente associato un sensore di temperatura 42 connesso elettricamente al multiplatore 1 1 mediante un conduttore 41 .

Come strumento di misure elettrochimiche 10 è stato usato, ad esempio, il conduttimetro modello 160 della società Amel S.r.l., che permette di effettuare le misure richieste.

Il multiplatore 1 1 è stato realizzato con circuiti integrati dedicati come ad esempio il tipo ADG1607 della società Analog Device, i quali hanno una bassa resistività interna, per evitare di alterare le misure effettuate dallo strumento 10.

Il multiplatore 1 1 è comandato dal processore 12, il quale mediante il canale di comunicazione 15 seleziona in sequenza tutti i canali per effettuare una misura alla volta. Il ciclo di ripetizione delle misure è a scelta dell’operatore, programmando opportunatamente il processore 12, e per il monitoraggio del degrado del calcestruzzo armato, è possibile fare ad esempio una serie di misure al giorno. Il processore 12 è un normale computer o un computer industriale predisposto allo scopo. Il processore 12 viene programmato per gestire il multiplatore 1 1 e lo strumento di misure elettrochimiche 10. In particolare, quest’ultimo riceve le misure effettuate associate al relativo canale selezionato e le archivia al suo interno in formato digitale diffuso tipo file “<*>.csv”. Archivia la misura ed il riferimento al canale di misura al quale è associato un ben definito sensore o direttamente il riferimento del sensore che ha effettuato la misura.

I dati delle misure di conducibilità elettrica sono eventualmente compensati del valore di temperatura rilevato in corrispondenza di ciascuna coppia di elettrodi.

In generale l’aumento di temperatura porta ad un aumento della conducibilità a causa dell’influenza della temperatura stessa sulla mobilità degli ioni e sulle interazioni tra ione - ione e ione - fase solida, e segue l’equazione di Arrhenius.

La programmazione del processore 12 consente all’utente di selezionare i canali di misura, scegliere l’intervallo di acquisizione dati, scegliere il tempo di ripetizione della misura e se eseguire o non eseguire automaticamente la compensazione della temperatura oltre a verificare che lo strumento sia collegato, acceso e operi nelle condizioni corrette.

Il sensore 35 è un cilindro di materiale elettricamente isolante che comprende una pluralità di coppie di anelli conduttivi, che formano gli elettrodi 32 e 34, distanziati tra loro di circa 5 mm. Quando il sensore entra nel calcestruzzo 51 ogni coppia di elettrodi 32 e 34 si trovano a profondità diverse rispetto alla superficie esterna 50 del calcestruzzo.

Nell’esempio realizzato, il sensore 35 è un cilindro di lungo 45mm ed avente un diametro di 20 mm.

Esso comprende inoltre, per ogni coppia di elettrodi, un sensore di temperatura 42, ad esempio del tipo PT100.

Il sensore 35 viene inserito nel calcestruzzo 51 e viene fatto sporgere dalla superficie esterna 50 del calcestruzzo per poter far uscire i cavi dei sensori (non mostrati).

Per la misura del potenziale di corrosione si connettono i conduttori 21 e 23 rispettivamente aM’armatura 22 e ad un elettrodo di riferimento 24 inserito anch’esso all'interno del calcestruzzo 51.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di monitoraggio del degrado del calcestruzzo; dove detto calcestruzzo (51 ) comprende armature metalliche (22); detto sistema comprende: una prima pluralità di canali di misura (20) per la misura del potenziale di corrosione di dette armature metalliche (22); una seconda pluralità di canali di misura (30) per la misura della conducibilità elettrica di detto calcestruzzo (51 ); uno strumento di misure elettrochimiche (10); caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore (35) per la misura della conducibilità elettrica, comprende una pluralità di coppie di elettrodi (32, 34) poste a profondità diverse in detto calcestruzzo (51 ); un multiplatore (11 ) che seleziona in successione un canale per volta di detta prima pluralità di canali di misura (20) o di detta seconda pluralità di canali di misura (30), su comando di un processore (12), e connette detto un canale a detto strumento di misure elettrochimiche (10).
2. 2. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto comprendere una terza pluralità di canali di misura (40) per la misura della temperatura di ognuno di detta pluralità di coppie di elettrodi (32, 34).
3. 3. Sistema in accordo alla rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detto multiplatore (1 1 ) seleziona in successione un canale per volta di detta terza pluralità di canali di misura (40) su comando di un processore (12), e connette detto un canale a detto strumento di misure elettrochimiche (10).
4. 4. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto sensore (35) comprende un sensore di temperatura (42) per ogni coppia di elettrodi (32, 34).
5. 5. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto processore (12) connette detto un canale a detto strumento di misure elettrochimiche (10) periodicamente.
6. 6. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto processore (12) effettua una compensazione della misura di conducibilità elettrica in base al valore di temperatura rilevato in corrispondenza di ciascuna coppia di elettrodi (32, 34).
7. 7. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che per la misura del potenziale di corrosione di dette armature metalliche (22) è previsto un conduttore (21 ) connesso elettricamente ad una armatura (22) e un conduttore (23) connesso ad un elettrodo di riferimento (24).
8. 8. Sistema in accordo ad una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto sensore (35) comprende un cilindro di materiale elettricamente isolante avente una pluralità di coppie di anelli conduttivi, che formano gli elettrodi (32, 34), distanziati tra loro di una distanza prefissata.
9. 9. Metodo per monitoraggio del degrado del calcestruzzo dove detto calcestruzzo (51 ) comprende armature metalliche (22); e dove detto sistema comprende: una prima pluralità di canali di misura (20) per la misura del potenziale di corrosione di dette armature metalliche (22); una seconda pluralità di canali di misura (30) per la misura della conducibilità elettrica di detto calcestruzzo (51 ); uno strumento di misure elettrochimiche (10); detto metodo comprende le fasi di selezionare in successione un canale per volta di detta prima pluralità di canali di misura (20) o di detta seconda pluralità di canali di misura (30), su comando di un processore (12), e connettere detto un canale a detto strumento di misure elettrochimiche (10).