Stima mediante carotaggio della resistenza in situ del calcestruzzo: analisi dei risultati ed effetti sulla capacità portante degli elementi indagati.

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1 Stima mediante carotaggio della resistenza in situ del calcestruzzo: analisi dei risultati ed effetti sulla capacità portante degli elementi indagati. Angelo Masi, Marco Vona, Valentina Cugno Dipartimento di Strutture, Geotecnica, Geologia applicata all ingegneria, Università degli studi della Basilicata, viale dell Ateneo Lucano, Potenza, Italia ANIDIS2009BOLOGNA Keywords: edifici esistenti, resistenza in situ, calcestruzzo, prove non distruttive, influenza del carotaggio. ABSTRACT La resistenza a compressione del calcestruzzo riveste un ruolo fondamentale sulla resistenza delle strutture in c.a. ma la sua stima è difficoltosa poiché fortemente variabile ed affetta da notevoli incertezze. Molti gruppi di ricerca sono al lavoro per definire procedure affidabili che riescano a tener conto dei principali fattori che influenzano la stima della resistenza in-situ, in particolare per calcestruzzi di scarsa qualità. Per stimare tale resistenza, le prove non distruttive (PND) devono essere integrate con prove di tipo distruttivo quali il carotaggio. Il passaggio critico è quello di stabilire rapporti affidabili tra i risultati delle PND e dei carotaggi ed i valori della resistenza in situ del calcestruzzo. Nel presente lavoro sono presentati i risultati di un programma sperimentale su alcuni elementi in c.a. estratti da strutture esistenti o da modelli di laboratorio sottoposti a PND e carotaggio. Dopo il carotaggio su alcuni elementi (pilastrini) opportunamente selezionati sono state realizzate delle prove di compressione monotona con esecuzione di cicli di carico scarico. Queste prove hanno avuto come obiettivo quello di valutare la capacità predittiva dei valori di resistenza a compressione del calcestruzzo ottenuti della carote rispetto alla resistenza degli elementi ed evidenziare l'effetto sulla resistenza degli elementi strutturali della estrazione di carote e del successivo ripristino. 1 INTRODUZIONE Il tema della valutazione della sicurezza degli edifici esistenti in cemento armato è diventato, in particolare negli ultimi anni, di estremo interesse per i professionisti. Sempre più di frequente le problematiche connesse con la valutazione degli edifici esistenti si presentano nella pratica professionale ed infatti, le normative degli ultimi anni (OPCM 3274, EC8-3, NTC 2008) propongono una serie di nuovi metodi di indagine ed analisi, il cui corretto utilizzo può consentire di ottenere risultati più affidabili in termini di sicurezza e più efficienti sul piano economico, individuando adeguatamente i punti critici delle strutture in esame ed orientando di conseguenza gli interventi strutturali. In particolare in Italia, il problema della sicurezza delle strutture esistenti in cemento armato è affrontato in modo specifico nel capitolo 8 delle recenti Norme Tecniche sulle Costruzioni (2008), in cui si sottolinea che la conoscenza delle proprietà meccaniche dei materiali in situ è un elemento essenziale per la definizione del modello strutturale da adoperare per la valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi su costruzioni esistenti ; è inoltre evidenziato che tale conoscenza non risente delle incertezze legate alla produzione e posa in opera ma solo della omogeneità dei materiali stessi all interno della costruzione, del livello di approfondimento delle indagini conoscitive e dell affidabilità delle stesse. Scopo principale di una campagna di indagini è quello di tracciare un quadro informativo dell edificio in esame dal punto di vista delle condizioni e caratteristiche dei materiali e degli elementi strutturali. Inoltre, è necessario individuare eventuali comportamenti non soddisfacenti che la struttura potrebbe presentare e le relative cause. In tale ambito, nella valutazione della sicurezza di una struttura in cemento armato un ruolo fondamentale è svolto dalle indagini sul calcestruzzo. Infatti, oltre che sulla capacità resistente attuale alle azioni gravitazionali e sismiche, le caratteristiche del

2 calcestruzzo possono influire in modo significativo sulla vita utile della struttura in condizioni di efficienza (durabilità) e, dunque, condizionare il giudizio sulla opportunità di eseguire un intervento di adeguamento. La determinazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo in situ, in particolare la valutazione della resistenza a compressione è un operazione abbastanza complessa e delicata. Come mostrato in precedenti studi (Masi et al., 2007; Masi et al., 2008a; Masi & Vona, 2009) negli edifici esistenti è piuttosto frequente riscontrare una forte variabilità delle caratteristiche del calcestruzzo sia nel passaggio da un piano all altro che nell ambito dello stesso piano e, addirittura, nell ambito di uno stesso elemento strutturale. Tale variabilità è dovuta a molteplici fattori, come ad esempio una più lunga esposizione agli agenti degradanti di alcuni elementi rispetto ad altri, oppure, come avviene nel caso degli elementi trave, la variabilità delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo può essere attribuita alle condizioni di carico per azioni verticali ed al regime di sollecitazioni che ne deriva. Per gli elementi strutturali pilastro la variabilità della resistenza può, inoltre, essere rilevante lungo l altezza dell elemento stesso in quanto influenzata dalle modalità di posa e messa in opera del calcestruzzo, peraltro spesso condotte in modo inappropriato (assenza di vibrazione) in particolare nel caso delle strutture più datate. Per la determinazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo in situ si ricorre ad indagini specifiche di tipo non distruttivo (PND) e distruttivo (PD). I controlli non distruttivi non comportano estrazione e/o rottura di provini e, pertanto, possono essere considerati per nulla invasivi sulle parti strutturali. Non può però essere trascurato l impatto spesso molto distruttivo sulle parti non strutturali, tanto da renderne dubbio il vantaggio economico rispetto alle prove distruttive. I metodi di indagine non distruttivi più semplici ed utilizzati sono la prova sclerometrica e la prova ultrasonica. Tali metodi sono spesso combinati (es. metodo Sonreb) per migliorarne l efficacia (Masi & Vona, 2009). Per quanto riguarda i controlli distruttivi, la metodologia di indagine più diffusa ed affidabile è costituita dalla estrazione di carote. In entrambi i casi, anche se in misura nettamente diversa tra PND e PD, il passaggio critico è quello di stabilire il rapporto tra i risultati delle prove ed i valori della resistenza del calcestruzzo della struttura. Nel presente lavoro si intendono approfondire alcune problematiche rilevanti ma finora poco studiate, connesse con l esecuzione di prove di tipo distruttivo basate sull estrazione delle carote. Innanzitutto, si valuterà la capacità predittiva della resistenza a compressione del calcestruzzo ottenuta su campioni estratti (resistenza locale del materiale) rispetto alla resistenza degli elementi strutturali in situ da cui provengono tali campioni (resistenza globale dell elemento). Saranno poi confrontati i valori di proprietà meccaniche, come il modulo elastico a compressione, stimati dalle prove con quelli ottenuti applicando le prescrizioni contenute nelle Norme Tecniche. Infine, si evidenzierà l effetto delle operazioni di carotaggio e del successivo ripristino sulla resistenza globale degli elementi strutturali. Infatti, il tema dell'influenza che possono avere i carotaggi sulla capacità portante degli elementi strutturali su cui vengono effettuati, finora poco trattato nella letteratura tecnica, crea spesso dubbi e preoccupazioni negli operatori. Indicazioni in tal senso sono derivano da sperimentazioni condotte in passato (Ramirez et al., 1974; Calavera et al., 1979) da cui hanno è emerso che la variazione della capacità portante è trascurabile, purché il ripristino venga effettuato con cura utilizzando materiale (calcestruzzo o malta) con resistenza non inferiore a quello preesistente, e operando in modo da realizzare un collegamento efficace (ad es. bagnando il calcestruzzo preesistente, rendendone scabra la superficie, usando additivi antiritiro o leggermente espansivi per il materiale di ripristino). In (CEB, 1997) si raccomanda di utilizzare malta di cemento o epossidica per il ripristino. Per il raggiungimento dei suddetti obiettivi sono stati analizzati i risultati forniti da una campagna di indagini distruttive e non distruttive eseguita su elementi strutturali sia prelevati da un edificio esistente che realizzati in laboratorio. La sperimentazione si basa in parte su elementi strutturali già ampiamente descritti in precedenti lavori (Masi et al., 2007, 2008), cui si rimanda per maggiori dettagli. 2 LA CAMPAGNA SPERIMENTALE Le prove sperimentali presentate nel seguito sono state condotte principalmente su pilastri prelevati da un edificio scolastico esistente situato a Fivizzano, in Toscana. Inoltre, sono stati utilizzati due elementi pilastri ottenuti da nodi trave-colonna realizzati nel laboratorio di Strutture dell Università della Basilicata nell ambito del progetto di ricerca DPC-Reluis

3 , Linea di ricerca n. 2 Valutazione e riduzione della vulnerabilità di edifici esistenti in c.a. Task Comportamento e rinforzo di nodi (Masi et al., 2008b), il cui obiettivo principale era di studiare e confrontare il comportamento in fase post elastica di nodi trave-colonna con differenti livelli di progettazione antisismica, valutando il ruolo di alcuni parametri tipologici e progettuali (tipo di trave, entità dello sforzo assiale, ecc.) sulle prestazioni ed, in particolare, sul meccanismo di collasso. L esecuzione dei test sui nodi ha portato al collasso della trave e, in alcuni casi del pannello nodale, lasciando sostanzialmente integre le colonne dalla cui base sono state poi estratti gli elementi esaminati nella presente sperimentazione. Il prelievo dei dieci pilastri dalla Scuola Media Fantoni di Fivizzano, la cui struttura fu progettata per soli carichi verticali, è stato possibile in quanto, a seguito di indagini sulla vulnerabilità sismica condotte tra il 2000 ed il 2002, la Regione Toscana ha deciso di demolire parzialmente l edificio. Già in altre campagne sperimentali, ampiamente descritte in altri lavori (Masi et al., 2007; Masi & Vona 2007), si è evidenziata una consistente variabilità dei valori misurati all interno dei singoli elementi e tra un elemento e l altro dello stesso edificio. In particolare, su 4 elementi trave è stata eseguita un ampia campagna di indagini, non distruttive e distruttive, che consentisse di individuare l andamento della resistenza a compressione del calcestruzzo lungo gli elementi con l obiettivo di valutare se, ed in quale misura, le condizioni di funzionamento dell elemento strutturale potessero aver influito sulle resistenze stimate localmente. Gli studi effettuati, oltre che confermare la spiccata variabilità nei valori di velocità ultrasonica misurata con il metodo per superficie (valori non riportati nel presente lavoro per esigenze di sintesi) causata dalla microfessurazione e dallo stato di degrado superficiale del calcestruzzo, hanno evidenziato una notevole variabilità anche nelle resistenze valutate sulle carote estratte. Tale risultato pone rilevanti problemi nella definizione della resistenza di calcolo da adottare nella valutazione delle strutture esistenti. Inoltre, si è evidenziato che adottando una procedura appositamente calibrata (Masi et al., 2007) per correlare i risultati delle PND con le resistenze fornite dai carotaggi si perviene ad una stima della resistenza in-situ decisamente migliore rispetto ad altri metodi forniti in letteratura. Dalle sperimentazioni condotte appare quindi fondamentale il programma di campionamento ossia la scelta del numero e della localizzazione dei punti di misura ed estrazione (Masi & Vona, 2009). Gli obiettivi della sperimentazione descritta nel presente lavoro sono sinteticamente elencati di seguito: valutare la capacità predittiva della resistenza a compressione del calcestruzzo ottenuta da campioni prelevati dalla struttura, rispetto alla resistenza degli elementi strutturali in situ; confrontare i valori di proprietà meccaniche, come il modulo elastico a compressione, stimati dalle prove eseguite sui campioni con quelli ottenuti applicando le prescrizioni delle Norme Tecniche; valutare l effetto delle operazioni di carotaggio e di ripristino sulla resistenza globale degli elementi strutturali. Per il raggiungimento di tali obiettivi sono stati analizzati i risultati forniti dalle ampie campagne di indagini distruttive e non distruttive eseguite sugli elementi strutturali estratti dalla scuola Fantoni e su alcuni elementi realizzati in laboratorio. I 10 elementi strutturali estratti dalla scuola erano collocati all ultimo livello, ossia nella parte della struttura sopraelevata diciotto anni dopo la realizzazione dell edificio avvenuta nel Per quanto riguarda le caratteristiche dimensionali e di armatura si rimanda ancora una volta a (Masi et al., 2007). I pilastri esaminati sono stati classificati in due gruppi, in base alle loro caratteristiche e condizioni di degrado superficiale del calcestruzzo. Per i pilastri del primo gruppo (figura 1) le indagini (PND e PD), condotte secondo le prescrizioni (UNI EN 2001, 2002, 2005), sono state progettate ed eseguite tenendo conto della successiva sperimentazione finalizzata a valutare l effetto dei carotaggi sulla resistenza a compressione degli stessi. Pertanto, su tali campioni sono state preliminarmente eseguite prove non distruttive (ultrasoniche e sclerometriche) ed è stato poi eseguito il prelievo di una carota da ciascun elemento. Sul secondo gruppo di pilastri è stato invece realizzato il prelievo di tre carote (poste rispettivamente alla base, in mezzeria e alla testa del pilastro) per ciascun elemento al fine di valutare la variabilità della resistenza del calcestruzzo lungo l altezza.

4 Figura 1. Predisposizione dei pilastri da testare. Successivamente alle operazioni di carotaggio sui pilastri appartenenti al primo gruppo sono stati realizzati tre tagli, come riportato in figura 1, in modo da poter ricavare da ogni pilastro due campioni (pilastrini) da sottoporre a prova di compressione. La posizione dei tagli e dei carotaggi è stata accuratamente studiata al fine di minimizzare il disturbo arrecato e predisporre dei campioni, nell ambito di ogni singolo pilastro, tra loro confrontabili. Come già detto, oltre ai pilastri estratti dall edificio di Fivizzano, sono stati analizzati e testati anche due campioni estratti da due nodi realizzati in laboratorio nell ambito del progetto ReLUIS (Masi et al., 2008b). Su ciascuno dei nodi è stato eseguito un taglio a 80 cm dalla base ottenendo in tal modo altri due monconi da sottoporre a prova di compressione (figura 2). In totale dunque sono stati ricavati e testati dodici pilastrini di cui 4 carotati, 6 integri e 2 carotati e poi ripristinati (figura 3 e tabella 1). Figura 2. Pilastrini estratti da nodi testati in laboratorio. I primi 4 pilastrini carotati e non ripristinati intendono rappresentare sia lo stato transitorio di colonne durante ed immediatamente dopo il carotaggio, che la condizione limite in cui si possono trovare elementi carotati e ripristinati in modo del tutto inappropriato senza curare un adeguato collegamento tra calcestruzzo esistente e materiale riempimento del foro, situazione a volte riscontrabile nei ripristini non effettuati a regola d arte. Tutti i pilastrini sono stati sottoposti a prove alternate carico-scarico di compressione, con applicazioni ripetute di carico fino al raggiungimento, di volta in volta, della resistenza di picco. In tal modo si è potuta esaminare anche l evoluzione della capacità portante al crescere del livello di danneggiamento. Figura 3. Numero e condizioni di prova dei pilastrini testati.

5 Tabella 1. Caratteristiche dei campioni e dei test eseguiti. L (mm) h (mm) b (mm) c (mm) Pilastro 1_1 Integro Pilastro 1_2 Carotato e Rip Pilastro 2_1 Carotato Pilastro 2_2 Integro Pilastro 4_1 Carotato Pilastro 4_2 Integro Pilastro 5_1 Carotato Pilastro 5_2 Integro Pilastro 9_1 Integro Pilastro 9_2 Carotato e Rip Pilastro Nodo 1 Carotato Pilastro Nodo 2 Integro ANALISI DEI RISULTATI Prima di esporre i risultati relativi alle prove di compressione sui pilastrini è utile descrivere i risultati relativi alla caratterizzazione del calcestruzzo ottenuta dalle prove di compressione sulle carote estratte da tutti i pilastri appartenenti alla sperimentazione illustrata in (Masi et al., 2008a). Nella usuale pratica professionale, per ragioni di semplicità, la prova di compressione sulle carote estratte viene effettuata al solo scopo di ottenere la resistenza, mentre non viene ricavato sperimentalmente il valore del modulo elastico. Pertanto, nella sperimentazione presentata in questo lavoro, si è ritenuto opportuno disporre un apposita strumentazione per poter acquisire il diagramma tensione-deformazione e, dunque, valutare il modulo elastico a compressione (figura 4). applicando la seguente espressione (1) proposta dalle NTC 2008: 0.3 fc E c = (1) 10 Deve essere ricordato che la normativa prevede, inoltre, la possibilità di ridurre la rigidezza degli elementi fino al 50% di quella integra, prescrizione di particolare importanza per gli edifici esistenti. Se si ritenesse di applicare tale riduzione direttamente al modulo elastico ( e non all inerzia della sezione come accade usualmente) si otterrebbe, come mostrato in figura 5a, un limite inferiore all espressione del modulo elastico fornita dalla normativa. Il confronto tra i valori che si otterrebbero applicando l espressione (1) alle resistenze delle carote f c,carote ed i valori sperimentali del modulo elastico E (figura 5a), mostra che l espressione di normativa non sembra idonea a stimare il modulo elastico dei calcestruzzi di bassa resistenza, per i quali la sovrastima arriva fino a valori del 100%, mentre possiede una buona capacità predittiva per calcestruzzi di resistenza medio alta (figura 5b), ossia con resistenze cilindriche dell ordine di N/mm 2. Figura 4. Diagramma tipico tensione-deformazione sulle carote estratte e determinazione del modulo elastico. I valori sperimentali ottenuti sulle singole carote sono stati confrontati con quelli ottenuti Figura 5. Confronto tra modulo elastico sperimentale e previsioni di normativa.

6 Dopo aver analizzato i risultati delle prove sulle carote si è proceduto a correlare la resistenza massima ricavata dalle prove di compressione eseguite direttamente sui pilastrini con i valori di resistenza degli stessi elementi stimati sulla base delle prove di compressione realizzate sulle carote da essi estratte (figura 6). pilastrini ottenuti dai nodi realizzati in laboratorio. Figura 6. Resistenza a compressione delle carote estratte. In modo convenzionale, la stima della resistenza di un pilastrino è stata condotta sommando i contributi dell acciaio e del calcestruzzo: F = F + F pil, tot acciaio cls Confrontando i valori di resistenza effettivi ottenuti dalle prove realizzate sui pilastrini con i valori di resistenza stimati sulla base della resistenza delle carote estratte, si è verificato che la resistenza stimata tende ad essere decisamente più alta della resistenza effettiva. In particolare, considerando resistente l intera sezione trasversale dei pilastrini, emerge che i valori stimati superano quelli effettivi, che peraltro tengono conto anche del contributo delle armature, di percentuali variabili tra il 4 ed il 62% (figura 7). Al fine di individuare le cause di tali significative differenze si è analizzato lo stato dei pilastrini al termine della prova di compressione, rilevando, generalmente, la presenza di due strati di calcestruzzo: uno strato più esterno fortemente degradato e meno resistente ed uno strato interno, più resistente, che peraltro risente positivamente anche dell effetto di confinamento delle staffe (figura 8). Tale condizione è estremamente evidente nei pilastri estratti dalla scuola di Fivizzano, mentre risulta meno evidente per i Figura 7. Carico di rottura a compressione dei pilastrini: confronto tra resistenze stimate dalle carote estratte, F max,stima, e resistenze misurate, F max, prova. Pertanto, seguendo tale indicazione sperimentale, la stima della resistenza dei pilastrini dovrebbe quindi essere condotta considerando, come sezione resistente, un area di calcestruzzo approssimativamente valutata come quella racchiusa dalle staffe, ossia ottenuta sottraendo il copriferro c alle dimensioni B e H della sezione: F pil, tot = Facciaio + Fcls, effettiva F = ( B 2 c) ( H 2 c) cls f car Figura 8. Comportamento sperimentale dei campioni estratti dall edificio esistente. In tal caso, i valori di resistenza stimati tendono ad avvicinarsi maggiormente ai valori di resistenza effettivi come evidenziato dalla figura 9 in cui si può rilevare che la differenza tra

7 resistenza stimata ed effettiva è compresa in un range che va da 4 al 42%. Va rilevato che le differenze più grandi si manifestano per i pilastrini nei quali era stato realizzato un carotaggio, mentre per quanto riguarda i pilastrini non carotati le differenze sono praticamente trascurabili. Si vedrà nel seguito del paragrafo che ciò è conseguenza delle differenti modalità di collasso. Lo stesso confronto eseguito tra la resistenza massima degli elementi integri e quella degli elementi ripristinati evidenzia l importanza di corrette operazioni di ripristino. In tali casi i valori di resistenza massima degli elementi ripristinati sono prossimi ai valori di resistenza massima degli elementi integri e le modalità di collasso non sembrano risentire in modo significativo dell avvenuto carotaggio. Figura 9. Confronto tra resistenze stimate corrette e risultati sperimentali. Al fine di valutare gli effetti del carotaggio e del ripristino sugli elementi strutturali sono stati confrontati i risultati ottenuti dalle prove eseguite sulle coppie di pilastrini integri e carotati (senza ripristino) e sulla coppia di pilastrini integro e ripristinato dopo il carotaggio. Il confronto è stato fatto analizzando la resistenza massima dei singoli elementi, la caduta di resistenza tra il primo ed il secondo ciclo di carico e il numero massimo di cicli di carico scarico eseguiti su ciascun pilastrino. La differenza di resistenza tra pilastrini carotati ed integri è dovuta a diversi fattori tra cui sembra prevalere la differente modalità con cui avviene la rottura che, nei pilastrini carotati, appare fortemente influenzata dalla presenza del foro, ben al di là di quanto comporrebbe la semplice riduzione di sezione resistente (figura 10). Infatti, osservando i valori di resistenza massima dei campioni ottenuti delle prove risulta che gli elementi sottoposti a carotaggio, in assenza di ripristino evidenziano una resistenza significativamente inferiore rispetto a quella massima degli elementi integri e la riduzione è più che proporzionale rispetto alla riduzione della sezione trasversale dovuta alla presenza del foro. Figura 10. Differenti modalità di collasso negli elementi testati: collasso per schiacciamento del calcestruzzo in assenza di carotaggio, collasso per rottura lungo le direttrici del carotaggio. Per quanto riguarda il numero di cicli di carico eseguiti durante le prove si può notare che sui pilastrini carotati e senza ripristino sono stati eseguiti un numero inferiore di cicli di carico rispetto a quelli che si sono resi possibili prima del collasso definitivo (considerato convenzionalmente in corrispondenza di una capacità resistente residua pari a circa il 30% della forza massima raggiunta nella prova) come sugli elementi integri. Al contrario, sui pilastrini ripristinati è possibile eseguire lo stesso numero di cicli di carico eseguibili sugli elementi integri. Le considerazioni appena riportate sono ben visibili nelle figure Le differenze di comportamento su descritte, nel caso degli elementi prelevati dall edificio esistente, sono influenzatie anche dalle evidenti carenze costruttive (ad esempio staffe mal disposte, vedi figura 1). L effetto del carotaggio risulta evidente anche in presenza di calcestruzzo di buona qualità e con buona cura in fase di realizzazione (buoni dettagli costruttivi) come si verifica confrontando il comportamento dei due pilastrini estratti dai nodi (figura 15). Infatti, se il valore massimo della forza sopportabile dai due elementi è sostanzialmente simile il comportamento complessivo è decisamente peggiore per l elemento carotato, il quale perviene al collasso

8 definitivo convenzionale con un numero inferiore di cicli carico-scarico. Per quanto riguarda la caduta di resistenza del calcestruzzo tra il primo ed il secondo ciclo di carico, per i pilastri carotati e non ripristinati si nota, in genere, una riduzione di resistenza molto forte tra il primo ed il secondo ciclo, rispetto a quella che si riscontra per il pilastro ripristinato ad ulteriore conferma del negativo effetto prodotto dall operazione di carotaggio. Figura 13. Comportamento sperimentale dei due elementi estratti dal pilastro 4: carotato, integro. Figura 11. Comportamento sperimentale dei due elementi estratti dal pilastro 1: carotato e ripristinato, integro. Figura 14. Comportamento sperimentale dei due elementi estratti dal pilastro 5: carotato, integro. Figura 12. Comportamento sperimentale dei due elementi estratti dal pilastro 2: carotato, integro. Figura 15. Comportamento sperimentale dei pilastrini estratti dai nodi: carotato, integro.

9 4 CONCLUSIONI Nel lavoro sono stati presentati i risultati di un programma sperimentale su alcuni elementi in c.a., sia estratti da una struttura esistente progettata per soli carichi gravitazionali che realizzati in laboratorio. Successivamente all esecuzione delle prove distruttive e non distruttive, su alcuni elementi strutturali opportunamente selezionati e preparati sono state realizzate anche delle prove di compressione monotona con esecuzione di cicli carico scarico. L analisi dei risultati delle prove è stata orientata a fornire alcune indicazioni su: (i) la validità ed applicazione dei valori di resistenza forniti dalle carote e (ii) la possibile influenza negativa dell estrazione di carote sulla capacità portante degli elementi strutturali sottoposti a carotaggio ed eventuale successivo ripristino. Per quanto riguarda il primo obiettivo, va sottolineato che il vantaggio della sperimentazione è stato quello di poter confrontare i valori di resistenza degli elementi strutturali stimati a partire dai risultati forniti dalle prove di compressione sulle carote, con i valori di resistenza effettivamente ottenuti su campioni (pilastrini) appartenenti alle stesse colonne. È emerso che la stima della resistenza degli elementi strutturali basata sui risultati delle prove di compressione sulle carote tende ad essere maggiore del valore di resistenza effettivo misurato direttamente da prove condotte sull elemento strutturale, con i maggiori scostamenti registrati in presenza di elementi carotati e non ripristinati. Esaminando lo stato degli elementi strutturali durante e dopo il test, si nota che, per effetto del carico di compressione applicato, la parte di calcestruzzo non confinata dalle staffe tende a distaccarsi dal nucleo confinato, anche per valori ridotti di carico. Pertanto, la stima della resistenza dell elemento è stata rivalutata considerando come sezione resistente solo quella delimitata dalle staffe, ossia sottraendo il copriferro. In questo modo la resistenza stimata si avvicina maggiormente a quella effettiva. Sulla base dei diagrammi tensionedeformazione ottenuti dalle prove di compressione sulle singole carote, è stato possibile valutare il modulo elastico del calcestruzzo. Dall analisi dei valori ottenuti, come prima cosa si conferma che il modulo elastico del calcestruzzo è funzione crescente della resistenza. In un secondo momento il valore del modulo elastico ricavato dalle prove è stato confrontato con il valore del modulo elastico che si stima seguendo le prescrizioni fornite dalla norma. È stato possibile constatare che sfruttando la formula di normativa si sovrastima il valore effettivo del modulo elastico del calcestruzzo. Paragonando i valori stimati con i valori di prova si evince che maggiore è la resistenza del calcestruzzo (e dunque maggiore è il suo modulo elastico) e minore è la differenza tra il valore di modulo elastico stimato applicando la prescrizione di normativa ed l effettivo valore sperimentale. Dunque si può concludere che la formula proposta dalla normativa tende a stimare in maniera più corretta il modulo elastico di calcestruzzi con resistenza più elevata. Per determinare gli effetti che le operazioni di carotaggio e ripristino producono sugli elementi strutturali, sono stati confrontati i risultati forniti dalle prove di compressione su elementi integri con i risultati ottenuti dalle prove su elementi carotati e ripristinati o carotati e non ripristinati. Per quanto riguarda la resistenza massima dei campioni oggetto di analisi dalle prove risulta che la resistenza massima degli elementi sottoposti a carotaggio è minore rispetto alla resistenza massima degli elementi integri e la riduzione è più che proporzionale rispetto alla riduzione della sezione trasversale a causa delle modalità di collasso dovute alla presenza del foro. Confrontando invece la differenza tra la resistenza massima degli elementi integri e la resistenza massima degli elementi ripristinati, si deduce la bontà dell operazione di ripristino. È risultato infatti che i valori di resistenza massima degli elementi ripristinati sono prossimi ai valori di resistenza massima degli elementi integri. Infine, in merito alla caduta di resistenza del calcestruzzo tra il primo ed il secondo ciclo di carico per i pilastri carotati si nota una riduzione di resistenza molto forte rispetto a quella che si riscontra per il pilastro ripristinato confrontato con quello integro. Questo conferma il danno prodotto dall operazione di carotaggio e la necessità di condurre con accuratezza le operazioni di ripristino. I risultati illustrati nel presente lavoro saranno ampliati con la prosecuzione della sperimentazione. Tale sperimentazione sarà ulteriormente ampliata analizzando sia elementi prodotti in laboratorio che ulteriori elementi estratti da edifici esistenti al fine di individuare

10 con cura le cause dei fenomeni qui evidenziati in relazione ad alcuni importanti parametri quali le resistenza del calcestruzzo e la differente presenza di armature longitudinali e trasversali. RINGRAZIAMENTI Il presente lavoro è stato svolto nell ambito del progetto DPC-ReLUIS , Linea di ricerca n. 2 Valutazione e riduzione della vulnerabilità di edifici esistenti in c.a. (Task Metodi Non Distruttivi e Task Nodi). Ministero delle Infrastrutture DM 14 gennaio 2008, Norme tecniche per le costruzioni, Suppl. or. n.30 alla G.U. n.29 del 4/2/2008. UNI EN, UNI EN , Prove sul calcestruzzo nelle strutture Prove non distruttive Determinazione indice sclerometrico, dicembre UNI EN, UNI EN , Prove sul calcestruzzo nelle strutture Carote Prelievo, esame e prove di compressione, aprile UNI EN, UNI EN , Prove sul calcestruzzo nelle strutture Parte 4: Determinazione della velocità di propagazione degli impulsi ultrasonici, gennaio BIBLIOGRAFIA Calavera I., Aparicio G., Delibes A., Gonzales C., Effects of cores from core drilling and bore filling on column behaviour, Quality control of concrete structures, Stoccolma. Ramirez J.L., Barcena F.M., Relacion entre la resistencia de hormigon de las estructuras y la obtenida mediante ensayo de probetas testigo extraidas por corte, Congreso de la A.E. para el C.Q., Barcellona. Masi A., Vona M., 2007, Prove distruttive e non distruttive su materiali ed elementi strutturali di edifici esistenti in cemento armato, Atti del XII Convegno Nazionale dell AIPnD, Milano ottobre Masi A., Dolce M., Vona M., Nigro D., Pace G., Ferrini M., 2007 Indagini sperimentali su elementi strutturali estratti da una scuola esistente in c.a, Atti del XII Convegno Nazionale L Ingegneria Sismica in Italia, giugno 2007 Pisa. Masi A., Vona M, Nigro D, Ferrini M., 2008a, Indagini sperimentali per la stima della resistenza del calcestruzzo in situ basata su metodi distruttivi e non distruttivi, Atti del Convegno Reluis Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma maggio Masi A., Santarsiero G., Dolce M., Moroni C., Nigro D, 2008b, Il programma sperimentale su nodi travecolonna in c.a. in corso all Università di Basilicata, Atti del Convegno Reluis Valutazione e riduzione della vulnerabilità sismica di edifici esistenti in c.a., Roma maggio Masi A., Vona M., La stima della resistenza del calcestruzzo in-situ: impostazione delle indagini ed elaborazione dei risultati, Progettazione sismica, No. 1/2009, IUSS Press, ISSN (in Italian). OPCM n del 20 marzo del Allegato 2 Norme tecniche per il progetto la valutazione e l adeguamento degli edifici. OPCM Ulteriori modifiche ed integrazioni all Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n.3274 del 2003 Allegato 2: Norme tecniche per il progetto la valutazione e l adeguamento degli edifici, G.U. n.107 del 10 maggio CEN, Eurocode 8 Design of structures for earth quake resistance Part 3 Assessment and retrofitting of buildings (draft n.6) pren , Brussels. CEB, Bulletin d information N. 239, Safety Evaluation and Monitoring, May 1997.