Development of a vision-based procedure to fully control unsupervised bending tests on concrete sleepers

In this thesis is proposed a completely automatic program developed for the conduction of the static test on the rail seat section of concrete sleepers. The test is used in the homologation procedure and to ensure the safety of concrete sleepers. The program allows to automatically estimate the nucleation and propagation of the crack and substitutes the operator in the measuring action and in the communication with the controller of the oleodynamic piston. The program permits to obtain objective measurements that are no more influenced by the operator ability in the use of the optical microscope currently used and also keeps away the operator from the sleeper during the test, avoiding the risks related to the proximity to the sleeper under stress. The measurement method is based on the use of the digital image correlation technique, which is an optical technique able to evaluate the full field displacements and compute the strains of the specimen surface. In particular the program uses the horizontal strain and displacement field in order to evaluate the presence, appearance, and width of the crack. The measured width is then compared with the one stated by the standard for the test procedure and the outcome is communicated to the controller by means of digital signals. Using the best camera among those already available, the measures obtained with the proposed method are compared to the measures obtained with the portable microscope. The comparison shows promising results and a good correspondence of the proposed method with the one currently in use. This opens up the possibility to analyze the method further, performing more tests, buying a camera expressly dedicated to enhance the program performances.

In questa tesi viene proposto un programma completamente automatico sviluppato per la conduzione del test statico sulla sezione del sedile ferroviario delle traversine in calcestruzzo, utilizzato nella procedura di omologazione e per garantire la sicurezza delle traversine in cemento. Il programma consente di stimare automaticamente la nucleazione e la propagazione della cricca e sostituisce l'operatore nell'azione di misura e comunicazione con il controllore del pistone oleodinamico. Il programma consente di ottenere misurazioni oggettive, non più influenzate dalla capacità dell'operatore nell'uso del microscopio ottico attualmente utilizzato, e tiene lontano l'operatore dalla traversina durante il test, evitando i rischi legati alla vicinanza alla traversina sotto stress . Il metodo di misurazione si basa sull'uso della tecnica di digital image correlation, tecnica ottica in grado di valutare gli spostamenti dell'intero campo e calcolare la deformazione della superficie del campione. In particolare il programma usa il campo di deformazione orizzontale e spostamento per valutare la presenza, l'aspetto e la larghezza della fessura. La larghezza misurata viene quindi confrontata con quella indicata dallo standard per la procedura di test e il risultato viene comunicato al controller tramite segnali digitali. Utilizzando la migliore fotocamera tra quelle già disponibili; le misure ottenute con il metodo proposto vengono confrontate con le misure ottenute con il microscopio portatile. Il confronto mostra risultati promettenti e una buona corrispondenza del metodo proposto con quello attualmente in uso. Questo apre la possibilità di analizzare ulteriormente il metodo, eseguire più test e acquistare una fotocamera espressamente dedicata a migliorare le prestazioni del programma.