Tra 500 e 700 MPa la risposta magnetica di un trefolo da post-tensione sottoposto a trazione inverte la propria tendenza. Il dato, che arriva dalla seconda fase di una campagna sperimentale su cavi post-tesi, disegna il limite principale della tecnica: la relazione tra rumore magnetico di Barkhausen e tensione meccanica non è lineare su tutto l’intervallo di sollecitazione d’interesse, e lo stesso valore di rumore può descrivere sollecitazioni distinte.
Lo studio è stato presentato da Isabella Mazzatura a FABRE 2026 e sviluppato con l’Università di Padova, S&T&T e Boviar. L’obiettivo è verificare su base sperimentale se le proprietà magnetiche dell’acciaio consentano di stimare le tensioni agenti nei trefoli dei cavi post-tesi senza dover necessariamente ricorrere a prove distruttive. Per le opere esistenti in calcestruzzo precompresso non è un dettaglio: il livello di sollecitazione effettivo dei trefoli entra direttamente nell’analisi del comportamento strutturale e nella valutazione delle condizioni di sicurezza. La relazione porta le firme di Flora Faleschini, Francesca Mattei, Isabella Mazzatura, Anna Pierobon, Carlo Pellegrino, Stefano Tirelli e Filippo Bovio.
Due fasi di prova tra estensimetri e rumore magnetico
La prima serie di sperimentazioni, svolta a Padova, ha caricato un trefolo a differenti livelli di tensione, acquisendo il segnale nelle condizioni iniziali e ai successivi incrementi di carico. Ogni misura è stata raccolta su 30 secondi, con il valore medio calcolato su quell’intervallo assunto come grandezza rappresentativa; i parametri di magnetizzazione sono stati scelti tra le configurazioni ricorrenti nella letteratura per acciai di questo tipo. In parallelo, gli estensimetri hanno fornito il termine di confronto per deformazioni e tensioni applicate.
La correlazione tra rumore e tensione applicata risulta buona, primo indizio positivo sulla sensibilità del metodo. La ricercatrice ha peraltro precisato che il numero di misure resta limitato e non consente conclusioni definitive sull’affidabilità. In questa fase l’inversione di tendenza documentata in altri studi non è comparsa: i livelli di tensione non avevano superato gli 800 MPa circa.
Un’altra variabile indagata è stata la posizione del punto di misura lungo il trefolo, per capire se la distanza dalla macchina di prova pesi sui risultati. Le differenze tra le zone analizzate non sono risultate particolarmente significative, sebbene le acquisizioni in prossimità della macchina presentino una possibile maggiore variabilità, da verificare con prove dedicate.
Acquisizioni da 100 secondi e inversione tra 500 e 700 MPa
La seconda fase nasce per estendere l’intervallo di sollecitazione indagato e cercare sul campo l’inversione segnalata dalla letteratura. Le nuove prove di trazione a carichi più elevati, sempre accompagnate da misure estensimetriche, l’hanno individuata per tensioni comprese indicativamente tra 500 e 700 MPa, in accordo qualitativo con i precedenti sperimentali.
È cambiata anche la procedura di misura. Posizionare il sistema di acquisizione e l’operatore richiedeva tempi più lunghi per ottenere un segnale sufficientemente stabile: l’intervallo per la determinazione del valore medio è passato da 30 a 100 secondi. La modifica ha aumentato le deviazioni standard delle misure, indizio del fatto che anche le condizioni operative possono incidere sulla dispersione dei risultati. Il cambio di tendenza è emerso dal confronto tra il rumore e le tensioni nominali, stimate anche con gli estensimetri; la variabilità delle acquisizioni è stata rappresentata attraverso le corrispondenti deviazioni standard.
Il meccanismo fisico dietro il segnale
Il rumore di Barkhausen si manifesta nei materiali ferromagnetici sottoposti a un campo magnetico variabile. Quando la magnetizzazione macroscopica è quasi nulla, i domini magnetici hanno orientazioni tra loro diverse e i rispettivi contributi si compensano; applicando un campo esterno, i domini tendono a allinearsi progressivamente con esso. Il processo non è però continuo: le pareti dei domini si muovono a scatti, per l’interazione con le discontinuità e i difetti della microstruttura. Ogni scatto produce una variazione improvvisa, rilevabile con un opportuno sistema di misura.
Contano, ai fini della diagnostica strutturale, la sensibilità del fenomeno allo stato tensionale. Le sollecitazioni meccaniche modificano il comportamento magnetico dell’acciaio e con esso le modalità della magnetizzazione. Negli acciai a magnetostrizione positiva oggetto dello studio, la trazione favorisce l’orientamento della magnetizzazione lungo la direzione della tensione applicata; in certe condizioni ciò facilita la risposta magnetica del materiale e modifica l’intensità misurata. Le compressioni determinano invece effetti differenti sull’orientamento dei domini. Correlare queste variazioni alla tensione è il presupposto dell’intera metodologia.
Quando lo stesso segnale racconta due tensioni diverse
La tecnica ha già un passato sperimentale su trefoli provenienti da infrastrutture in esercizio. Studi su elementi estratti da viadotti mostrano che, superata una certa soglia di sollecitazione, l’andamento del rumore al crescere della tensione può invertirsi, con una risposta non monotona: a parità di livello di rumore magnetico possono così corrispondere stati tensionali differenti. L’ipotesi di una relazione lineare e univoca tra segnale e tensione non può quindi reggere da sola.
A complicare il quadro intervengono i fattori estranei alla sollecitazione. La risposta magnetica dipende dai processi di produzione dell’acciaio, dalle caratteristiche microstrutturali, dallo stato del reticolo cristallino superficiale e dalle condizioni della superficie analizzata. Anche impurità, ossidazione, corrosione e vaiolatura (pitting) influiscono sul segnale, introducendo variabilità da tenere in conto nella definizione e nella calibrazione dei protocolli sperimentali.
Dal laboratorio alle opere: calibrazione e prossime verifiche
Sul piano applicativo la soglia tra 500 e 700 MPa pesa più del valore numerico in sé: impone procedure di calibrazione capaci di interpretare le misure lungo tutto l’intervallo di tensioni d’interesse. La sola intensità del rumore di Barkhausen, senza informazioni aggiuntive sulle caratteristiche del materiale e sulle condizioni di sollecitazione, potrebbe non bastare a risalire in modo univoco allo stato tensionale del trefolo. Un protocollo affidabile richiederà approfondimenti sia sperimentali sia interpretativi.
Le campagne di prova in programma valuteranno l’influenza di ossidazione e corrosione sulla qualità del segnale, un aspetto decisivo per le infrastrutture esistenti, dove il degrado altera le caratteristiche superficiali e potenzialmente la risposta magnetica. Seguono due fronti: la geometria del trefolo, costituito da fili avvolti elicoidalmente, una configurazione che può condizionare le condizioni di magnetizzazione e la rappresentatività delle acquisizioni; e i processi di produzione dell’acciaio, responsabili di differenze microstrutturali e di proprietà magnetiche. L’obiettivo è stabilire quanto ciascun parametro contribuisce alla variabilità del segnale e quali condizioni servono per misure affidabili e riproducibili.
Il passaggio dal laboratorio alle infrastrutture resta, per ora, da compiere. Alla validazione compiuta per la determinazione quantitativa delle tensioni nei trefoli post-tesi dovrà accompagnarsi la caratterizzazione di degrado, geometria e filiera produttiva: da lì dipenderà l’ingresso di questa tecnica tra gli strumenti diagnostici per i sistemi di precompressione e, più in generale, per la conoscenza delle condizioni di conservazione delle opere esistenti.