Verification of sonic tomography outcome through local testing of mechanical properties in historic timber beam

• Autorzy: Colla C.

Identyfikatory

DOI

10.17425/WK47TIMBERBEAM

Warianty tytułu

PL

Weryfikacja wyników badań przeprowadzonych tomografem dźwiękowym poprzez przeprowadzane punktowo testy właściwości mechanicznych zabytkowych belek drewnianych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Since many years a number of NDT techniques have been developed and subsequentially refined for the aims of non-invasive diagnose on site of existing and historic timber members in constructions. Such methods, including drilling penetration resistance, surface stiffness, sonic transmission and tomography, ultrasounds, acoustic emission, GPR radar, IR thermography, exploit different principles and types of waves: mechanical, acoustic, electromagnetic signals. Therefore, in single or combined use, they are able to indirectly provide information about material geometry, density, mechanical properties, decay extent, presence of heterogeneities and knots, moisture. One of their main common advantages is the capacity to produce distribution plots from the measured parameter values, thus easing data interpretation and supplying info about investigated areas rather than punctual information. Those are among the benefits of image diagnostics. Even though positive examples of NDT applications are reported for timber structural elements, often the question arises if these results are only of qualitative nature or if estimation of mechanical properties can be considered of quantitative or semi-quantitative value. Starting from the signal velocity map obtained from sonic tomography investigation across a decayed transversal section from a historic timber beam, this contribution presents the outcome of autopsy of the beam followed by mechanical characterization of local properties of the material. The cutting of a beam slice in correspondence of the tomography tested section enabled visual correspondence of the degraded areas. Further cutting of the slice permitted to undergo small specimens to compression test in grain direction and to establish a relation between the outcome of NDT and destructive tests, point by point, with interesting consequences for the utility of use of NDT and for the preservation of historic timber.

PL

Techniki pozwalające na prowadzenie badań metodami nieniszczącymi (NDT) są rozwijane i udoskonalane na przestrzeni ostatnich lat. Umożliwiają one prowadzenie in situ nieinwazyjnej diagnostyki istniejących zabytkowych elementów drewnianych w konstrukcjach. Metody te, a wśród nich metoda pomiaru oporu wiercenia, pomiary sztywności powierzchniowej, metoda transmisji i tomografii dźwiękowej, ultradźwięków, emisji akustycznej, radaru GPR, badań termograficznych IR, wykorzystują różne rodzaje fal: mechaniczne, akustyczne, sygnał elektromagnetyczny. Dlatego, przy zastosowaniu indywidualnym lub łącznie, mogą pośrednio dostarczyć informacji na temat materiału – tzn. jego geometrii, gęstości, właściwości mechanicznych, stopnia rozkładu i korozji drewna, niejednorodnej struktury i obecności sęków, zawilgocenia. Jedną ze wspólnych tym metodom zalet jest możliwość generowania wykresów obrazujących rozkład wartości parametrów otrzymanych w testach, co ułatwia interpretację danych i dostarcza informacji o badanym obszarze, a nie tylko informacje punktowe. Są to zalety diagnostyki obrazowej. Pomimo faktu, że raportowane są pozytywne przykłady zastosowania NDT do badań konstrukcyjnych elementów drewnianych, często pojawia się pytanie, czy te wyniki mają tylko charakter jakościowy, czy też szacunki dotyczące właściwości mechanicznych mogą być traktowane jako wartościowe z punktu widzenia analizy ilościowej lub półilościowej. Poczynając od mapy prędkości rozchodzenia się sygnału, obrazującej badanie tomografem dźwiękowym przekroju poprzecznego skorodowanego fragmentu zabytkowej belki drewnianej, artykuł prezentuje wyniki badań belki oraz charakterystykę punktowych mechanicznych właściwości materiału. Odcięcie segmentu belki odpowiadającego odcinkowi zbadanemu za pomocą tomografu umożliwiło wizualną weryfikację skorodowanych obszarów. Umożliwiło to również poddanie próbek z odciętego fragmentu próbie ściskania w kierunku równolegle do włókien i określenie zależności pomiędzy wynikami otrzymanymi metodą NDT oraz metodą niszczącą dla poszczególnych lokalizacji. Wnioski przekładają się na interesujące konsekwencje dla przydatności stosowania metod NDT oraz konserwacji zabytkowych elementów drewnianych.

Słowa kluczowe

EN

diagnosis; historic timber beam; sonic tomography; mechanical properties; compression test

PL

diagnoza; zabytkowe belki drewniane; tomografia dźwiękowa; właściwości mechaniczne; próba ściskania

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Konserwatorów Zabytków
• Czasopismo: Wiadomości Konserwatorskie
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 47
• Strony: 71--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Colla C.

• DICAM, Engineering & ArchitectureSchool, Bologna University

Bibliografia

• [1] Colla C., Wiggenhauser H. Radar and other NDT techniques for testing wooden structures: an overview. In: Anu Soikkeli (Ed.) Management of the European Wooden Building Heritage. Kaleva, 2000, 48-56.
• [2] Augelli F., Colla C., Mastropirro R. Inspection & NDT to verify structural reliability of historic wooden roofs in the ex-Meroni spinning-mill. In: Proc.4th Int. Seminar SAHC, Structural Analysis of Historical Constructions, Padova, Italy, 10–12 November 2004, Balkema, vol. 1, 377-386.
• [3] Pascale G., Bonfi glioli B., Colla C. Diagnostics of wooden beams: an application of the ultrasonic technique. In: Proc. 8th Int. Conf. ART’05 Non- -destructive Testing and Microanalysis for the Diagnostics and Conservation of the Cultural and Environmental Heritage, Lecce, Italy, 15–19 May 2005, AIPnD, book of abstracts and CD-Rom, contribution No. 169.
• [4] Colla C., Benedetti A., Pascale G. Diagnose of timber structural elements via sonic tomography for the evaluation of the preservation state. In: Proc. XXV Int. Congr. Scienza e Beni Culturali, Conservare e Restaurare il Legno, Conoscenze, esperienze, prospettive, Marghera-Venezia: Arcadia Ricerche Ed., Bressanone, Italy, 23–26 June 2009, 677-688 and Color table n. 26 (in Italian language).
• [5] Colla C. Diagnose of timber and masonry structural elements by means of sonic tomography: application examples for the evaluation of the preservation state of heritage goods. In: Proc. 13° AIPnD Conferenza nazionale sulle prove non distruttive monitoraggio diagnostica, Roma, Italy, 15–17 October 2009, IDN 85 (in Italian language).
• [6] Colla C. GPR of a timber structural element. In: Proc. GPR 2010, XIII Int. Conf. on GPR, Lecce, Italy, 21–25 June 2010, 418-422.
• [7] Strojecki M., Lukomski M., Bratasz L., Colla C., Gabrielli E. The Kaiser effect in wood – does historic wood have a stress memory? In: Proc. European Workshop on Cultural Heritage Preservation EWCHP-2011, Berlin, Germany, 26–28th September 2011, M. Krüger ed., Fraunhofer IRB Verlag, 171-176.
• [8] Rajcic V., Colla C. Correlations between destructive and four NDT techniques tests on historic timber elements. In: Proc. SHATIS’11, Int. Conf. on Structural Health Assessment of Timber Structures, José Saporiti Machado, Pedro Palma, Paulo B. Lourenço (ed), LNEC, Lisbon, Portugal, 16–17th June 2011.
• [9] Colla C., Benedetti A. Application of acoustic tomography and drilling penetration resistance tests for the evaluation of decay in ancient timber structural elements. In Piazza M. (ed) Consolidamento delle strutture di legno, Hevelius Edizioni, Benevento, 2009, 79-98 (in Italian language).
• [10] Kasal, B. Tannert, T. (Eds.) In Situ Assessment of Structural Timber. RILEM. Springer Netherlands, 2011, 7.
• [11] Jackson M.J., Tweeton D.R. Migratom, Geophysical tomography using wavefront migration and fuzzy constraints, US Bureau of Mines, 1993.
• [12] Bonamini G., Noferi M., Togni M., Uzielli L. Il Manuale del Legno Strutturale – Vol. I – Ispezione e diagnosi in opera, Mancosu Editore, Roma, 2006, 129 pp.
• [13] Holmberg S., Perrson K., Petersson H. Non linear mechanical behavior and analysis of wood and fibre materials. Computers and Structures 1999; 72:459-470.
• [14] Bodig J., Jayne B.A. Mechanics of wood and wood composites. Van Nostrand Reinhold, 1982, 712 pp.
• [15] UNI 11035–1 Structural timber – Visual strength grading for Italian structural timbers: terminology and measurement of features, 2010.
• [16] Thomsen L. Weak elastic anisotropy. Geophysics 1986;51(10):1954-1966.
• [17] Maurer H., Schubert S.I., Bächle F., Clauss S., Gsell D., Dual J., Niemz P. A simple anisotropy correction procedure for acoustic wood tomography. Holzforschung 2006;60(5):567-573.
• [18] UNI EN 1193 Strutture di legno – Legno massiccio e legno lamellare incollato Determinazione della forza di taglio e delle proprietà meccaniche perpendicolari alla fi bratura, 1999.
• [19] UNI EN 408 Timber structures – Structural timber and glued laminated timber. Determination of some physical and mechanical properties, 2010.