IL CONTROLLO DEL CALCESTRUZZO IN OPERA CON TECNICHE NON DISTRUTTIVE

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1 IL CONTROLLO DEL CALCESTRUZZO IN OPERA CON TECNICHE NON DISTRUTTIVE R. Pucinotti, M.R. Udardi Dipartimento Patrimonio, Architettura e Urbanistica Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria SOMMARIO Le tecniche di indagine non distruttive (PnD) si sono diffuse in Italia, nel campo dell ingegneria civile, soprattutto dopo i recenti sviluppi normativi che a partire dall OPCM 3274 del 2003 e fino all entrata in vigore delle Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008, hanno determinato un sostanziale cambiamento sia nell approccio progettuale di nuove costruzioni che nella valutazione delle strutture esistenti. Infatti, l approccio non più prescrittivo ma prestazionale, unitamente all obbligo della valutazione della vulnerabilità sismica dell esistente, hanno visto crescere la richiesta di indagini in situ e di conseguenza il diffondersi di tecniche di indagine non distruttive. L utilizzo delle PnD, ad integrazione delle prove distruttive (PD), consente sia il contenimento dei danni agli elementi strutturali sia quello del costo complessivo delle indagini. Vengono pertanto di seguito brevemente riportate alcune considerazioni sul loro impiego e sulla loro affidabilità. 1. TECNICHE DI INDAGINE NON DISTRUTTIVE Molte sono le tecniche di indagine non distruttive messe a punto negli ultimi anni ed utilizzate per la valutazione dello stato di salute e consistenza delle strutture, alcune delle quali già applicate da tempo nell ambito di altre discipline scientifiche - per esempio nel campo medico [1, 2]. Le tecniche più diffuse possono suddividersi secondo lo schema riportato in Tabella 1 (Figura 1). Tabella 1: Confronto esemplificativo tra metodi di indagine [3] Metodo di prova Costo Velocità di esecuzione Danno apportato alla struttura Rappresentatività dei dati ottenuti Qualità della Correlazione fra la grandezza misurata e la resistenza Carotaggio Elevato Lento Moderato Moderata Ottima Indice di rimbalzo Velocità di propagazione di ultrasuoni Estrazione di inserti Molto basso Veloce Nessuno Basso Veloce Nessuno Moderato Veloce Limitato Resistenza alla penetrazione Moderato Veloce Limitato Interessa solo la superficie (1) Buona Riguarda tutto lo spessore Interessa solo la superficie Interessa solo la superficie Debole Buona Moderata Moderata (2)

2 La Tabella 1 riporta in maniera sintetica ed a scopo esemplificativo, i vantaggi e gli svantaggi dei più comuni metodi d indagine [1,3]. La prova a compressione su carote, che rappresenta l unico metodo diretto per la valutazione della resistenza del calcestruzzo in situ, è comunque quello di riferimento per la costruzione delle curve di taratura di tutti i metodi non distruttivi o parzialmente distruttivi come verrà evidenziato meglio nel seguito. E importante sottolineare sin da subito che le PnD devono essere condotte da personale di comprovata esperienza, meglio se certificato, ai sensi della Normativa Vigente [4], da un organismo Accreditato. a) b) c) d) Figura 1: Strumenti per PD e PnD; a) Carotatrice; b)sclerometro e Strumento ultrasonico; c)estrazione di inserti (Pull-out); d) Resistenza alla penetrazione (sonda Windsor)

3 2. LE FASI DEL PROCESSO DIAGNOSTICO Le fasi da seguire nella valutazione di un edificio esistente possono essere riassunte nelle seguenti: (i) esame visivo, (ii) raccolta dei dati ed esame della documentazione esistente, (iii) ricerca delle cause perturbatrici, (iv) indagini in situ ed esami di laboratorio su campioni estratti. A tali fasi seguono: (i) la valutazione della vulnerabilità sismica (ii) il progetto degli interventi di rinforzo. L esame visivo e la raccolta dei dati storici, se ben eseguite, forniscono già un numero sufficiente di informazioni per condurre il tecnico verso la esecuzione di indagini non distruttive in situ e prove di laboratorio più mirate. Essi infatti consentono di scegliere adeguatamente sia le zone dell edificio su cui eseguire le indagini non distruttive, che quelle da cui estrarre i campioni da analizzare successivamente in laboratorio. Poiché le indagini sia distruttive che non distruttive hanno un costo, è evidente che ogni singola scelta deve essere opportunamente valutata e finalizzata ai risultati che si intendono ottenere. Risulta pertanto indispensabile procedere con un progetto per le indagini che predisponga quest ultime nell ambito di un quadro generale volto a mostrare le motivazioni e gli obiettivi delle indagini stesse. Inoltre i punti di indagine devono essere mediamente rappresentativi degli elementi strutturali indagati. Situazioni anomale e/o particolari andranno indagate a parte. Ciò consentirà inoltre, mediante l ottimizzazione del numero e del tipo di indagini da eseguire, la riduzione dei costi delle indagini stesse. Gli esami di laboratorio, effettuati su campioni cilindrici, estratti arrecando il minor danno possibile agli elementi strutturali e scegliendo opportunamente posizione e numero, hanno lo scopo di fornire indicazioni sulle caratteristiche fisiche, chimiche e meccaniche dei materiali. Essi consentono inoltre di correlare i risultati delle indagini non distruttive direttamente con le resistenze dei materiali in opera. Da ciò appare evidente il numero elevato di indagini distruttive che bisognerebbe eseguire per la costruzione di curve di taratura che abbiano un attendibile significato statistico; ciò resta giustificato solo per opere di dimensioni importanti. In alternativa si possono adottare curve di correlazione empiriche che utilizzano coefficienti correttivi determinati sperimentalmente sulla base di confronti effettuati con prove a compressione su campioni di carote di numerosità minima [1]. La Circolare [6] alle NTC 2008 [5] al punto C8A.1.B.3 esprime che: Sono ammessi metodi di indagine non distruttiva di documentata affidabilità, che non possono essere impiegati in completa sostituzione di quelli sopra descritti, ma sono consigliati a loro integrazione, purché i risultati siano tarati su quelli ottenuti con prove distruttive. Nel caso del calcestruzzo, è importante adottare metodi di prova che limitino l influenza della carbonatazione degli strati superficiali sui valori di resistenza.

4 Inoltre, ai fini delle prove sui materiali è consentito sostituire alcune prove distruttive, non più del 50%, con un più ampio numero, almeno il triplo, di prove non distruttive, singole o combinate, tarate su quelle distruttive. Da quanto esposto in precedenza emerge in modo chiaro la necessità di costruire curve di correlazione ad hoc. 3. LEGGI DI CORRELAZIONE Nel presente paragrafo, per brevità, sono riportati i criteri da adottare per la taratura del metodo sclerometrico al fine della caratterizzazione meccanica del calcestruzzo in situ. Con riferimento agli altri metodi di prova richiamati in Tabella 1 potrà essere adottato lo stesso criterio. 3.1 Metodo Sclerometrico: in prima approssimazione Una volta ricavato l indice di rimbalzo medio si potrebbe risalire alla resistenza a compressione del calcestruzzo in situ per esempio utilizzando le curve di correlazione in dotazione dello strumento. L utilizzo di tali curve non è però raccomandato. Infatti, queste vengono redatte con riferimento ad un calcestruzzo standard che nulla ha a che fare con il calcestruzzo oggetto di indagine. In prima approssimazione, ove sia nota la composizione del calcestruzzo indagato, si può procedere moltiplicando il valore della resistenza stimato dallo sclerometro ( ) per dei coefficienti correttivi che tengono conto della differente composizione del calcestruzzo in oggetto rispetto a quello standard; si ha quindi: (1) nella quale si è indicato con la stima della resistenza a compressione del calcestruzzo in situ. I Coefficienti che compaiono nell Eqn. (1) sono reperibili in [1]; assumono il seguente significato: Cc = coefficiente che tiene conto del tipo di cemento; Cd = coefficiente che tiene conto del dosaggio di cemento; Ci = coefficiente che tiene conto del tipo di inerte; Cm = coefficiente che tiene conto della maturità del calcestruzzo; Cu = coefficiente che tiene conto dell umidità. 3.2 Metodo Sclerometrico: in Alternativa Nel caso non sia possibile e/o conveniente estrarre un numero significativo di campioni da sottoporre a prova di compressione, allora per la costruzione delle curve di taratura, si possono utilizzare i campioni estratti ad ogni piano e per ogni tipologia di elemento strutturale (travi, pilastri,

5 ecc.) già previsti dalle Circolare 2 febbraio 2009 [6] al fine del raggiungimento del livello di conoscenza (LC) desiderata (LC1, LC2, LC3 si veda la Tabella 1). Tabella 1 LC1 Verifiche limitate l provino di CLS per 300m 2 di piano dell'edificio, l campione di armatura per piano dell'edificio LC2 Verifiche estese LC3 Verifiche esaustive 2 provini di CLS per 300m 2 di piano dell'edificio, 2 campioni di armatura per piano dell'edificio 3 provini di CLS. per 300m 2 di piano dell'edificio, 3 campioni di armatura per piano dell'edificio Operando in questo modo la resistenza a compressione, per ogni piano e per ogni tipologia di elementi strutturali (travi, pilastri, pareti, ecc.) può essere determinata con la seguente espressione: (2) Nell Eqn. (2) i termini che compaiono hanno lo stesso significato già visto per l Eqn. (1) mentre il valore di K si ricava mediante l espressione seguente: (3) nella quale si è indicato con R la resistenza a compressione (media) del calcestruzzo ottenuta da prove di laboratorio condotte su uno o più campioni (a seconda del LC) prelevati in corrispondenza delle battute sclerometriche. 3.3 Metodo Sclerometrico: in modo più Rigoroso Nel caso di strutture di una certa importanza, oltre all indubbia convenienza ad utilizzare metodi combinati, risulta fondamentale la costruzione di curve di taratura realizzate ad hoc mediante l applicazione del principio dei minimi quadrati [1]. In generale la legge di correlazione che meglio approssima il legame tra indice di rimbalzo medio e la resistenza del calcestruzzo in situ è del tipo seguente: (4)

6 nella quale i parametri a e b rappresentano i valori da determinare per tarare la legge di correlazione. Si rinvia, per ulteriori approfondimenti, anche con riferimento agli altri metodi di prova, al testo Patologia e Diagnostica del Cemento Armato [1]. 4. CONCLUSIONI L approccio prestazionale delle recenti Normative [5, 6], unitamente all obbligo della valutazione della vulnerabilità sismica dell esistente, hanno visto crescere la richiesta di indagini in situ e di conseguenza il diffondersi di tecniche di indagine non distruttive soprattutto per contenere sia i danni agli elementi strutturali che i costi delle indagini stesse. Considerato anche che la Circolare 2 febbraio 2009 [6] consente di sostituire alcune prove distruttive, non più del 50%, con un più ampio numero, almeno il triplo, di prove non distruttive, sono state riportate alcune considerazioni relative alla costruzioni di leggi di correlazione tra PnD e prove a compressione su campioni estratti dagli stessi elementi strutturali (PD). In particolare, con riferimento al metodo scleromentrico, sono stati presentati tre procedimenti (semplificato, alternativo, rigoroso) utili per la taratura dei risultati delle indagini non distruttive. BIBLIOGRAFIA [1] Pucinotti, R. (2005). Patologia e diagnostica del cemento armato, Dario Flaccovio Editore, Palermo, Italia. [2] Malhotra V.M. and Carino N.J. (2004). Handbook on nondestructive testing of concrete. CRC Press. [3] Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. Servizio Tecnico Centrale (2008). Linee guida per la messa in opera del calcestruzzo strutturale e per la valutazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo indurito mediante prove non distruttive. Febbraio [4] UNI EN ISO 9712 (2012). Prove non distruttive - Qualificazione e certificazione del personale addetto alle prove non distruttive; [5] Ministero delle Infrastrutture (2008). DM 14 gennaio Norme tecniche per le costruzioni, Suppl. Ord. n.30 alla G.U. n.29 del 4/2/2008. [6] Ministero delle Infrastrutture (2009). Circolare 2 febbraio Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni, Suppl. or. n.27 alla G.U. n.47 del 26/2/2009.

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