Il test di scivolamento su rampa è un metodo affidabile e ampiamente utilizzato per valutare la resistenza allo scivolamento di pavimentazioni in resina sintetica intervallate, comuni nelle aree industriali e di parcheggio. Seguendo la norma EN 16165 e utilizzando una rampa con inclinazioni variabili, è possibile determinare la classe R del pavimento. Questo test, tuttavia, può essere eseguito solo in laboratorio e non in loco. Qui proponiamo un metodo per determinare la classe R del pavimento dalla sua topografia superficiale , che può essere facilmente misurata in loco. In questo studio, sono stati preparati pavimenti con diverse resistenze allo scivolamento seguendo il metodo convenzionale di spargere sabbia di quarzo su una resina liquida . La superficie intervallata crea una topografia tridimensionale, caratteristica per le proprietà antiscivolo.
Dopo l’indurimento della resina, è stata misurata la classe R e, parallelamente, è stata sviluppata e allenata una rete neurale convoluzionale con le numerose fotografie scattate ( non visibili in questo articolo) dalle superfici dei campioni. La rete neurale convoluzionale utilizzata classifica il 95% delle superfici nella classe R corretta. Questo risultato consente, per la prima volta, di determinare in cantiere la resistenza allo scivolamento di classe R con un’elevata probabilità di correttezza.
1 . introduzione:
Inciampi, cadute e scivolamenti sui pavimenti sono stati la causa del 14,4% di tutti gli infortuni sul lavoro denunciati in Germania nel 2020. In molti paesi la legge prevede che il pavimento delle aree di lavoro debba essere progettato in modo tale da evitare ciò. In Austria e Germania, ad esempio, ciò è specificato nelle pertinenti norme sul lavoro. La resistenza allo scivolamento è la proprietà della superficie di un pavimento destinata a impedire al piede di scivolare quando la suola del piede o della scarpa è ricoperta da sostanze che migliorano lo scivolamento come acqua o olio. La resistenza allo scivolamento è influenzata da molti fattori, compresi i fattori umani, ma tre sono dominanti: la suola della scarpa, il materiale di rivestimento del pavimento e il mezzo intermedio che favorisce lo scivolamento, come olio o acqua versati. Se è presente un mezzo intermedio, l’influenza del rivestimento del pavimento e soprattutto della scarpa è ridotta. Va inoltre menzionato che i parametri di rugosità possono essere utilizzati per la valutazione della resistenza allo scivolamento .
Nelle aree di lavoro industriali, garage e parcheggi, sulla superficie del calcestruzzo viene spesso applicato un rivestimento di resine sintetiche. Ciò protegge la struttura portante, solitamente realizzata in cemento armato, e costituisce una superficie di pavimentazione idonea all’uso previsto. I vantaggi dei rivestimenti in resina sintetica sono: elevata resistenza all’abrasione, protezione contro il cloruro dei sali stradali, capacità di crack bridging, impermeabilità ai liquidi, resistenza chimica agli oli e ai carburanti, aumento dell’impermeabilità alla penetrazione della CO2 . Un altro vantaggio è la gamma di colori disponibile, poiché, a differenza dell’asfalto, con i rivestimenti in resina sintetica è possibile un aspetto brillante e gradevole. I sistemi di protezione superficiale OS 8, OS 11a, OS 11b e OS 13 vengono utilizzati secondo la direttiva DAfStb per la protezione e la riparazione di componenti in calcestruzzo, che si differenziano per la struttura degli strati e le proprietà. Per quanto riguarda il materiale, vengono utilizzati poliuretano, resina epossidica e metilmetacrilato (per applicazioni industriali). Lo spessore totale dello strato è fino a 5 mm.
Per ottenere la protezione personale quando si cammina sulle superfici del pavimento, il rivestimento deve soddisfare una specifica classe di resistenza allo scivolamento. Poiché le resine sintetiche sono relativamente scivolose, è necessario spargere sabbia di quarzo nella resina ancora liquida. Di conseguenza, quando il rivestimento si è indurito ed è stato applicato un sigillante di testa, sulla superficie del pavimento rimangono numerose punte di piccoli grani che, quando vengono calpestati, si artigliano con la suola della scarpa formando una resistenza allo scivolamento. La resistenza allo scivolamento aumenta con l’entità della rugosità del rivestimento, che dipende dalla dimensione e dalla forma dei punti di grano e dal loro importo per unità di superficie. La sabbia di quarzo aumenta anche la resistenza all’abrasione.
Ad esempio adesso andremo ad esaminare un’immagine al microscopio di una sezione trasversale di una struttura di rivestimento OS11b, in cui si possono distinguere le punte dei grani che sporgono dalla superficie. Questi sono responsabili della resistenza allo scivolamento dei rivestimenti in resina sintetica intervallati…
In molti paesi, la resistenza allo scivolamento viene classificata utilizzando il “test di scivolamento della rampa”, altrimenti noto come valutazione R o classificazione R. Il test è stato standardizzato in Germania nella norma DIN 51130 negli anni ’90, ed è uno dei termini industriali più comunemente utilizzati associati alla resistenza allo scivolamento dei pavimenti. Dall’ottobre 2021 esiste una nuova norma europea per la classificazione dei pavimenti per quanto riguarda la resistenza allo scivolamento, la EN 16165 e le corrispondenti versioni nazionali, come la DIN EN 16165 in Germania. In questo standard vengono descritti quattro metodi di prova comuni, vale a dire.
● Test su rampa calzata: l’olio motore viene utilizzato come mezzo intermedio e scarpe antinfortunistiche su cui camminare. L’angolo con il quale i partecipanti al test iniziano a scivolare viene misurato e classificato in classi R. Il test è stato standardizzato nella norma DIN 51130 ritirata e viene utilizzato in questo studio.
● Test su rampa a piedi nudi: viene utilizzata la stessa attrezzatura descritta sopra, ma l’acqua sostituisce l’olio motore come liquido di prova e non vengono utilizzate scarpe. Il test viene spesso utilizzato anche per determinare il grado di scivolamento delle piastrelle. L’angolo medio viene misurato e classificato in classi A. Il test è stato standardizzato nella norma DIN 51097 ritirata.
● Test di attrito del pendolo: il tester dell’attrito del pendolo misura la perdita di energia mentre il gruppo cursore rivestito in gomma standard scorre sulla superficie di prova. Il risultato del test è il valore PVT e può essere eseguito in condizioni asciutte e bagnate. Il test è stato standardizzato nel British Standard BS 7976 ritirato.
● Prova tribometrica: un apparecchio di prova dotato di cursore viene tirato a velocità costante lungo la superficie e viene misurato il coefficiente di attrito μ. Il test è stato standardizzato nella norma DIN 51131 ritirata.
La norma EN 16165 specifica che i metodi di prova non possono essere confrontati tra loro. Analisi di comparabilità sono comunque disponibili in letteratura. La scelta del metodo è lasciata all’utente. Il shod ramp test viene spesso utilizzato nel settore industriale quando è previsto un mezzo intermedio che provochi lo scivolamento. Il rivestimento del pavimento da testare viene applicato su una piastra rigida montata su una piattaforma. Vengono utilizzate scarpe da lavoro definite e olio come mezzo intermedio. Una persona cammina su e giù sul rivestimento mentre l’inclinazione della piastra aumenta continuamente. Quando la persona inizia a scivolare, si nota l’angolo di inclinazione. Utilizzando 6 risultati di test (due persone, che camminano tre volte ciascuna), viene determinato l’angolo di inclinazione medio α calzato e la superficie viene assegnata alla classe R secondo EN 16165.
Le classi R richieste per i laboratori nelle fabbriche sono elencate nella regola GUV 181 . Gli esempi includono: cucine commerciali a seconda della tipologia, preparazione di pesce e carne, negozi a seconda della tipologia, laboratorio, fabbriche di calcestruzzo, laboratori metallici per la movimentazione di oli .Nelle aree di parcheggio come garage e parcheggi interrati è necessaria la classificazione R 10 o R 11.
È importante ricordare che la resistenza allo scivolamento nei garage non è necessaria per le auto ma per la protezione delle persone. Nella maggior parte dei casi, la classe R richiesta dipende dai mezzi intermedi previsti che possono depositarsi sul pavimento, come ad esempio l’olio. Rispetto agli altri metodi, il test di scivolamento su rampa è più vicino alla realtà perché viene effettuato da persone con scarpe che si muovono avanti e indietro sulla superficie di prova, e non con un apparecchio di misurazione rigido. È il test più realistico per la resistenza allo scivolamento, soprattutto per i pavimenti in resina sintetica.
La prova di scivolamento su rampa deve essere eseguita in laboratorio dove è disponibile una rampa con inclinazione variabile. In linea di principio il test serve a classificare un rivestimento per pavimenti in classi di valutazione secondo un primo test. In pratica, però, è importante misurare la resistenza allo scivolamento anche nello stato installato, cioè in cantiere. È necessario verificare se il valore di scivolamento dichiarato durante la prima prova di laboratorio è valido in cantiere e se le prestazioni garantite contrattualmente sono state soddisfatte. Tuttavia, la disposizione del test non è adatta per una prova pratica, poiché di solito non è possibile rimuovere grandi parti della struttura del pavimento per il test. La classificazione dello scivolamento può anche cambiare nel tempo a causa di sporco, abrasione (ad esempio, quando si utilizzano carrelli elevatori) e possibile ristrutturazione. Nella maggior parte dei casi, anche il rivestimento del pavimento installato deve essere testato in più punti e in diverse direzioni.
Per superare questo svantaggio e poter valutare i rivestimenti di resina sintetica intervallati in loco, si è sviluppato un metodo ottico utilizzando una rete neurale convoluzionale (CNN). La base fisica è che all’aumentare della dimensione e della densità superficiale dei grani aumenta anche la resistenza allo scivolamento. La superficie intervallata crea una topografia tridimensionale, caratteristica per le proprietà antiscivolo. Tuttavia, poiché la valutazione a occhio nudo è soggettiva, in questo studio viene sviluppata e testata una CNN adatta per una classificazione oggettiva. Le reti neurali rappresentano un sottotipo di apprendimento automatico (supervisionato).
Nella prima fase è stato necessario creare una base sotto forma di correlazione tra le classi R e la topografia superficiale . A tale scopo sono state realizzate sulle lastre di prova numerose varianti di rivestimenti intercalati in resina sintetica e sono state effettuate le prove di scivolamento su rampa. Nella seconda fase è stata addestrata una CNN con le numerose foto scattate dalla superficie dei campioni di prova.
2 . Materiale e metodo:
Il dispositivo per test su vetrino utilizzato, è stato costruito secondo la norma EN 16165 ed è costituito da solidi profili in acciaio su cui è possibile montare rapidamente le piastre campione. Nella prima fase è stato applicato con un rullo un primer bicomponente a base di resina epossidica, su pannelli in fibra di legno stabili. La stesura della sabbia di quarzo nel primer liquido è stata effettuata da una persona di un’azienda specializzata per garantire un’esecuzione professionale e rappresentativa delle pratiche sul campo. Come avviene nei cantieri edili, la sabbia di quarzo veniva distribuita in eccesso e la sabbia sciolta veniva aspirata dopo che il primer si era indurito. È stata utilizzata sabbia di quarzo essiccata al fuoco con le seguenti granulometrie: 0,4–0,8 mm, 0,5–1,0 mm, 0,7–1,25 mm e 1,0–1,6 mm. Il gruppo di granulometria più grande 1,0–1,6 mm viene utilizzato raramente nella pratica, ma è stato studiato per determinare i limiti massimi di applicazione. I materiali utilizzati hanno distribuzioni granulometriche uniformi tipiche delle sabbie di quarzo essiccate al fuoco, cioè prive di parti fini, e chiaramente distinte tra loro.
Dopo l’indurimento del primer, la metà delle superfici così ottenute è stata levigata con un disco di carta vetrata con grana 80. Anche questo corrisponde ad un procedimento comune nella pratica per evitare punte taglienti, anche se è da prevedere una resistenza allo scivolamento leggermente inferiore. Nella fase successiva è stata applicata con un rullo una sigillatura della testa in poliuretano . Il sigillante è stato applicato una seconda e una terza volta su pannelli aggiuntivi. Di conseguenza i grani incastrati sporgono sempre meno frequentemente dalla superficie. Ciò corrisponde al metodo di produzione in cantiere, poiché i granuli possono affondare troppo nel rivestimento epossidico liquido o quando viene applicata nuovamente una sigillatura più spessa. Consente inoltre di coprire sperimentalmente una gamma più ampia di angoli.
Il test è stato eseguito secondo le norme EN 16165. Come mezzo intermedio, l’ olio motore prescritto con grado di viscosità SAE 10 W-30, secondo SAE J 300, è stato distribuito uniformemente sulla superficie del campione di prova, con un pennello, utilizzando una quantità di 200 ml/m 2 . Con l’olio si bagna anche la suola delle scarpe utilizzando la spazzola. Sono state utilizzate le scarpe da lavoro specificate con certificazione DIN con una durezza di 73 Shore A. Per motivi di sicurezza la persona sottoposta al test è stata assicurata, oltre al corrimano, anche con una cintura di sicurezza e un sistema anticaduta. È inoltre necessario consentire movimenti illimitati della persona durante il test per ottenere valori corretti. Ciascuna superficie campione è stata misurata da tre persone (invece delle due standard) camminando tre volte ciascuna per fornire un valore medio e la deviazione. L’incremento dell’angolo è stato eseguito con un motore lineare , la velocità angolare del piatto è stata di circa 0,4°/s. L’angolo è stato misurato con un inclinometro digitale .
Le designazioni dei campioni sono codificate come segue:
Sono stati preparati in totale 27 campioni di prova: 4 campioni con granulometria 0,4–0,8 (= campione 080), 0,5–1,0 (= campione 100), 0,7–1,25 (= campione 125) e 1,2–1,6 (= campione 160) e ciascuno macinato (= gr) e non macinato (= ng). Inoltre, è stato preparato un campione senza sabbia di quarzo. Ciascuno di questi 9 campioni ha ricevuto un suggellamento (= 1s), due suggellamenti (= 2s) e tre suggellamenti (= 3s). Ad esempio, il codice “100_ng_1s” significa grana 0,5–1,0, non è macinato e ha una sigillatura.
Poiché si prevedeva che il metodo proposto fornisse risultati più accurati rispetto alle cinque classi R secondo la norma EN 16165, le classi R10, R11 e R12 sono state divise in tre sezioni (ciascuna 3°, a, b, c), risultando in 11 sottogruppi ( R10-a: >10°–13°, R10-b: >13°–16°, R10-c: >16°–19°, R11-a: >19°–22°, R11-b: >22 °–25°, R11-c: >25°–27°, R12-a: >27°–30°, R12-b: >30°–33°, R12-c: >33°–35°).
Tutte le granulometrie, anche quelle più piccole, raggiungono valori di resistenza allo scivolamento relativamente elevati, ovvero ≥ R12-b. Se sigillato una volta, la dimensione del grano 100_gr_1s raggiunge R 13. Il motivo è che i grani più piccoli hanno meno punti alti ma sono presenti in numero maggiore su ogni superficie. Con la seconda e terza applicazione della sigillatura della testa si verificano riduzioni della resistenza allo scivolamento, con riduzione maggiore con sabbia di quarzo macinata. Inoltre, il calo è maggiore per le due granulometrie più piccole che per le due più grandi. In pratica, ciò significa che i gruppi di grani con diametro maggiore sono meno sensibili alle irregolarità legate alla produzione.
4 . Conclusione:
Il test di scivolamento su rampa è un metodo ampiamente utilizzato per determinare la resistenza allo scivolamento dei pavimenti. Seguendo la norma EN 16165 e utilizzando una rampa con inclinazioni variabili, è possibile determinare la classe R del pavimento. Questo test, tuttavia, può essere eseguito solo in laboratorio e non in loco. Nella realizzazione di pavimentazioni industriali e aree di parcheggio vengono utilizzati rivestimenti in resina sintetica per proteggere la struttura portante. Per ottenere una certa resistenza allo scivolamento viene aggiunta sabbia di quarzo. La superficie intervallata crea una topografia tridimensionale, caratteristica per le proprietà antiscivolo. In questo lavoro è stata studiata la possibilità di utilizzare una rete neurale convoluzionale per classificare la resistenza allo scivolamento di pavimentazioni in resina sintetica intervallate. Per raggiungere questo obiettivo è stato costruito un dispositivo per test su vetrino conforme alla norma EN 16165.
In totale sono state realizzate 27 diverse superfici su tavole stabili che differivano per granulometria e numero di sigillature ed è stato eseguito il test di scivolamento. I risultati sotto forma di angoli α calzati sono stati classificati nei sottogruppi R e R. Sono state scattate circa 300 foto aggiuntive di ciascuna superficie campione, utilizzando una fotocamera SLR, e sono state ritagliate un totale di circa 1000-3000 immagini per campione per l’addestramento della CNN. La rete neurale convoluzionale che è stata sviluppata è costituita da diversi strati convoluzionali e di pooling. Come metrica di punteggio, vengono utilizzate l’accuratezza e la perdita di addestramento e convalida. Inoltre, è stata creata una matrice di confusione utilizzando il set di dati di convalida.
La rete neurale convoluzionale utilizzata identifica correttamente le specie di quasi il 95% delle classi R utilizzando le foto della superficie. Ciò significa che la CNN riconosce correttamente la classe R di quasi tutte le immagini nel nostro set di dati. Una precisione del 95% rappresenta un valore relativamente buono per una CNN, che consente l’utilizzo del metodo descritto nella pratica costruttiva. Ciò rende possibile, per la prima volta, determinare la resistenza allo scivolamento secondo le classi R in loco. Il campo di applicazione è quello dei rivestimenti in resina sintetica intervallata da sabbia di quarzo, spesso utilizzati per pavimentazioni industriali e parcheggi. Se si applica l’analisi con i sottogruppi, è possibile effettuare anche una classificazione più precisa in sottoclassi R. Ciò può essere necessario se la resistenza allo scivolamento si trova nel caso limite tra due classi R. Successivamente è possibile effettuare una classificazione nella classe R corretta anche con ulteriori immagini.
I risultati mostrano da un lato che è possibile una classificazione visiva della rugosità responsabile della resistenza allo scivolamento e dall’altro che l’uso di una CNN è un modo oggettivo e adeguato per farlo. La rugosità della superficie è determinata dalla densità e dalla dimensione dei picchi di grano intervallati.
Inoltre, si potrebbero acquisire conoscenze sull’influenza delle diverse dimensioni dei grani e del trattamento superficiale sulla resistenza allo scivolamento, che finora non è stata trattata in letteratura. Si è scoperto che è possibile ottenere una resistenza allo scivolamento molto buona e simile con diverse granulometrie con uno strato di sigillante. Tuttavia, quando vengono applicati più strati di sigillante, le grane più grandi offrono un vantaggio, poiché la resistenza allo scivolamento non diminuisce di molto.
Sono ancora possibili miglioramenti della classificazione. Ad esempio, al training set possono essere aggiunte foto scattate sul posto, in garage con luce artificiale. Possono essere aggiunte anche immagini dei cambiamenti della topografia superficiale nel tempo. Infatti, la guida di automobili in garage o di carrelli elevatori in aree industriali può causare l’abrasione della superficie, con conseguente diminuzione dell’affilatura delle punte di sabbia di quarzo nel tempo. Ciò comporta anche una minore resistenza allo scivolamento. Tali effetti possono essere presi in considerazione inserendo foto appropriate nel set di dati di addestramento. Per un’implementazione pratica, si potrebbe creare un’applicazione web che consenta agli utenti di caricare immagini di rivestimenti in resina sintetica intervallati e ottenere una classificazione in classi R. In sintesi, il lavoro mostra che la classificazione delle immagini con le reti neurali convoluzionali è possibile e utile come strumento universale nel campo dell’ingegneria civile .
