Le emissioni acustiche (EA) sono un metodo d'indagine, non distruttivo, adatto a percepire la comparsa e l'evoluzione di lesioni prodotte dalla concentrazione di stati tensionali, su materiali metallici o lapidei, come il calcestruzzo e la muratura.

Principio di funzionamento

La formazione delle lesioni è accompagnata dall'emissione d'onde elastiche, che si propagano nel materiale e possono essere ricevute da un trasduttore applicato sulla superficie dell'elemento strutturale. Il segnale emesso è percepito dal trasduttore d'emissione acustica di tipo piezoelettrico, analizzato da un misuratore di soglia, con la funzione di conteggiare le oscillazioni che superano una certa tensione, misurata in volt (V).

Si possono tracciare, quindi, delle curve cumulative che misurino i conteggi delle oscillazioni in modo continuo nel tempo di prova, ovvero che misurino i conteggi accumulatisi in sottoperiodi del tempo di prova. Questo metodo d'analisi, chiamato conteggio delle oscillazioni, è ampiamente usato nella tecnica delle emissioni acustiche, per la rilevazione dei difetti.

In prima approssimazione, infatti, si può confrontare il numero dei conteggi (NT) con la quantità di energia rilasciata durante il processo di carico e supporre che le relative somme crescano proporzionalmente all'estendersi della zona danneggiata. Naturalmente questa tecnica prevede anche altre modalità di analisi; ad esempio, tenuto conto delle caratteristiche del trasduttore ed in particolare del suo smorzamento, è possibile considerare tutte le oscillazioni prodotte da un singolo segnale EA come appartenenti ad un unico evento e sostituire od aggiungere al conteggio delle oscillazioni il Conteggio degli Eventi.

Campo d'applicazione

Con la tecnica EA è possibile monitorare l'evoluzione del danneggiamento sia nella scala del laboratorio, che sulle strutture in servizio. Il metodo è efficace anche se le fessure non sono visibili, o sono molto irradiate sulla superficie dell'elemento strutturale. I trasduttori, infatti, sono in grado di rilevare difetti o anomalie sino ad un raggio di 10 m dal loro punto d'applicazione. Le onde elastiche, generate durante il processo di frattura, si trasmettono, infatti, con bassa attenuazione nei materiali compatti come il calcestruzzo o la muratura, purché non siano smorzate da vuoti o vacuità. Queste onde possono essere ricevute dai trasduttori, ad una frequenza vicina ai 100 kHz, ossia quella più bassa percepibile dai sensori, fino a circa dieci metri dalla zona di generazione dei segnali.

Ulteriori informazioni sulla criticità del processo in atto e sull'evoluzione del danneggiamento possono essere ricavate dalla distribuzione cumulativa delle ampiezze dei segnali, registrati durante il monitoraggio. Quest'analisi prevede l'impiego delle stesse leggi di potenza, sulla distribuzione dell'intensità dei segnali, utilizzate in sismologia.

Apparecchiatura in dotazione al laboratorio

Il laboratorio ha attualmente in dotazione otto apparecchiature per il rilievo delle emissioni acustiche, protette da scatole completamente stagne tipo IP65.
Le apparecchiature portatili, per la sorveglianza del danneggiamento anche su strutture in servizio, sono dotate di trasduttori piezoelettrici (PZT), calibrati su frequenze comprese tra 100 e 400 kHz, e dotati di un selettore del livello di soglia del segnale emesso. Ogni centralina è corredata di una batteria al piombo da 12 volt, capace di fornire un'autonomia per la rilevazione dei segnali di circa 200 ore. Il livello di soglia del segnale, registrato dalle apparecchiature, é generalmente fissato in 100mV ed amplificato fino a 100mV. Il guadagno nell'amplificazione, rappresentato dal rapporto tra il voltaggio in uscita Eu e quello in ingresso Ei, secondo la relazione dB=20log10Eu/Ei, risulta, quindi, essere di 60 dB. Tale valore d'amplificazione del segnale è quello mediamente adottato per la rilevazione degli eventi EA nel calcestruzzo. La capacità di conteggio delle oscillazioni è stata fissata nel limite di 255 per ogni 120 secondi di registrazione dei segnali. In tal modo le centraline sono in grado di conteggiare un massimo di 2.125 oscillazioni che superino la soglia di 100 mV, per ogni secondo di registrazione. Dalla sperimentazione si è accertato che la durata di un segnale, emesso durante la fessurazione di un materiale non metallico come il calcestruzzo o la muratura, è di circa 2000 ms e l'ampiezza dei segnali rilevati, non amplificati, è dell'ordine di 100 mV. Trascurando, quindi, i fenomeni d'attenuazione, dovuti alla distanza di generazione del segnale, si può assumere che questo sistema di misurazione abbia la capacità di rilevare gli eventi EA più significativi della fessurazione degli elementi strutturali.