GLI ATTI AMMINISTRATIVI RELATIVI ALL ESECUZIONE DELLE STRUTTURE

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1 Università degli Studi di Napoli FEDERICO II Dipartimento Ingegneria Civile Edile Ambientale ORGANIZZAZIONE DEL CANTIERE prof. Fabrizio Leccisi a.a GLI ATTI AMMINISTRATIVI RELATIVI ALL ESECUZIONE DELLE STRUTTURE

2 xx/yy/zzzz xx/yy/zzzz xx/yy/zzzz xx/yy/zzzz xx/yy/zzzz REGISTRO DEI GETTI E un documento non obbligatorio per l impresa ma sarebbe buona norma possederlo per annotare tutte le indicazioni relative alle fasi di getto. Il registro serve per ottenere la certificazione di qualità da parte del SINCERT. LOGO STUDIO DATA MANUFATTO DDT MANUFATTO/I MANUFATTO/I MANUFATTO/I MANUFATTO/I QUANTITA' (m3) x/y 0,00 x/y 0,00 x/y 0,00 x/y 0,00 TOT. 0 x/y 0,00 x/y 0,00 x/y 0,00 x/y 0,00 TOT. 0,00 x/y 0,00 x/y 0,00 x/y 0,00 x/y TOT. 0,00 x/y 0,00 x/y 0,00 x/y 0,00 REGISTRO DEI GETTI DI CONGLOMERATO CEMENTIZIO PARTE DELL'OPERA PARTE DELL'OPERA PARTE DELL'OPERA PARTE DELL'OPERA PARTE DELL'OPERA TIPO DI CEMENTO cem II / B-M 32,5 R cem II / B-M 32,5 R cem II / B-M 32,5 R cem II / B-M 32,5 R LAVORI DI.. RESISTENZA Rck (Mpa) CLASSE DI ESPOSIZIONE SLUMP SIGLA PRELIEVO rck?? S-? sigla rck?? S-? sigla rck?? S-? sigla rck?? S-? sigla NOTE MANUFATTO/I TOT. 0,00 x/y 0 x/y 0 PARTE DELL'OPERA cem II / B-M 32,5 R rck?? S-? sigla TOT. 0,00

3 RELAZIONE A STRUTTURE ULTIMATE In accordo al D.P.R. n. 380/2001 la D.L. deposita allo Sportello Unico (ex Genio Civile) in duplice copia la Relazione a strutture ultimate con allegati i certificati di prova sui materiali (calcestruzzo ed acciaio) ed i risultati di eventuali prove di carico eseguite, entro 60 gg dall ultimo getto. Qualora non venga rispettato tale termine si incorre, ai sensi dell art. 73 DPR 380/2001, in un ammenda variabile da 41 a 206. Nella relazione sono esplicitati, oltre alle date di inizio e fine dei lavori strutturali: 1) l esame dei certificati delle prove sui materiali, articolato: nell accertamento del numero dei prelievi effettuati e della sua conformità alle prescrizioni contenute nelle N.T.C.; nel controllo che i risultati ottenuti delle prove siano compatibili con i criteri di accettazione fissati dalle N.T.C.;

4 RELAZIONE A STRUTTURE ULTIMATE 2) l esame dei certificati relativi ai controlli in stabilimento e nel ciclo produttivo, previsti nelle N.T.C.; 3) ogni indicazione inerente alla tesatura dei cavi ed ai sistemi di messa in coazione per le opere in conglomerato armato precompresso,; 4) il controllo dei verbali e dei risultati delle eventuali prove di carico fatte eseguire dalla D.L., allegando le copie dei relativi verbali firmate per copia conforme. Nella relazione la D.L. attesta anche che le opere sono state eseguite in conformità agli atti progettuali depositati. Delle due copie della relazione, una è conservata agli atti dall Ufficio e l altra, con l attestazione dell avvenuto deposito, viene restituita alla D.L. che la consegnerà al collaudatore statico, unitamente alla copia timbrata del progetto strutturale a suo tempo depositata, prima dell inizio dei lavori.

5 COLLAUDO STATICO In caso di varianti strutturali in corso d opera la D.L. consegna al collaudatore statico anche la copia timbrata del relativo progetto. Il collaudatore statico ha 60 gg. di tempo per effettuare il collaudo delle strutture, a decorrere dalla data dell avvenuto deposito da parte della D.L. della relazione a struttura ultimata. È prevista una sanzione per il mancato rispetto di tale termine variabile, ai sensi dell art. 74, da 51 a 516. Il collaudo statico, previsto dall art. 67 D.P.R. 380/2001 per tutte le costruzioni in c. a., può essere finale o in corso d opera e verifica: la correttezza del progetto delle strutture; la buona esecuzione delle realizzazione delle stesse, anche mediante prove di carico, qualora ritenute necessarie dal collaudatore. Di fatto, è obbligatorio quello in corso d opera in quanto consente, dovendo il collaudatore esprimere un parere sulla collaudabilità di quanto previsto in progetto, eventuali aggiustamenti da parte del progettista.

6 L Amministrazione Comunale, in mancanza di collaudo statico, non può rilasciare la certificazione di agibilità dell edificio. Per quanto attiene al calcestruzzo il Collaudatore deve: controllare i documenti attestanti il possesso delle necessarie autorizzazioni; esaminare il progetto per quanto attiene la vita utile di servizio e la durabilità; controllare le certificazioni dei controlli di accettazione R ck. Il Collaudatore può: COLLAUDO STATICO richiedere prove supplementari (prove in sito, prove di carico, ecc.) sulla sicurezza e la durabilità dell opera; predisporre un programma di prove da sottoporre all accettazione del progettista, del direttore dei lavori e dell impresa.

7 Università degli Studi di Napoli FEDERICO II Dipartimento Ingegneria Civile Edile Ambientale ORGANIZZAZIONE DEL CANTIERE prof. Fabrizio Leccisi a.a I CONTROLLI DELLE OPERE STRUTTURALI REALIZZATE

8 TOLLERANZE DEI GETTI Nelle opere finite gli scostamenti ammissibili s, tolleranze, rispetto alle dimensioni e/o quote di progetto sono riportate di seguito per i vari elementi strutturali: Fondazioni (plinti, platee, solettoni) posizionamento fili fissi s= ± 3,00 cm dimensioni in pianta s= - 3,00 5,00 cm dimensioni in altezza (superiore) s= - 0,50 3,00 cm quota altimetrica estradosso s= - 0,5 2,00 cm Strutture in elevazione (pile, spalle, muri, pilastri) posizionamento fili fissi s= ± 2,00 cm dimensione in pianta s= - 0,50 2,00 cm spessore muri, pareti, pilastri s= - 0,50 2,00 cm quota altimetrica sommità s= ±1,50 cm verticalità per H 6,00 m s= ±2,00 cm verticalità per H > 6,00 m s= ± H/12

9 TOLLERANZE DEI GETTI Solette, solettoni per impalcati, solai spessore s = -0,50 1,00 cm quota altimetrica estradosso s = ± 1,00 cm Fori, cassette, inserterie (piastre, boccole) posizionamento vani e cassette s = ±1,50 cm In ogni caso gli scostamenti dimensionali negativi non dimensione vani e cassette s = ±1,50 cm posizionamenti inserti s = ±1,00 cm devono ridurre i copriferri minimi prescritti dal progetto.

10 La diagnosi del deterioramento di una struttura consiste informazioni di carattere ambientale, climatico, storico, La raccolta di dati sperimentali si basa sull'esecuzione di prove che possono essere suddivise in distruttive e le prove distruttive si basano su prove sperimentali, generalmente eseguite in laboratorio, su provini o campioni prelevati dalla struttura che possono arrecare le prove non-distruttive presentano il vantaggio di fornire elementi utili alla interpretazione del potenziale deterioramento in atto, senza aggravare lo stato della PROVE SU STRUTTURE IN C.A. nella raccolta di dati sperimentali che unita alle strutturale, consente di stabilire le cause del deterioramento della struttura e del degrado dei materiali. non-distruttive: una compromissione alle strutture, struttura dal punto di vista estetico o strutturale.

11 PROVE SU STRUTTURE IN C.A. Le prove non-distruttive consistono in test di carattere prevalentemente fisico o fisico-meccanico da eseguire in sito, mentre le prove distruttive sono di carattere chimico, fisico, o meccanico da effettuare in laboratorio. In generale per giungere ad una diagnosi esauriente del degrado è necessario implementare le prove nondistruttive con quelle distruttive. L accoppiamento di prove distruttive e non-distruttive, oltre al carattere di complementarità e di completezza dell'informazione, ha il vantaggio di ridurre globalmente il numero totale delle prove da eseguire ed il costo della diagnosi. Infatti, in linea di massima, il costo della singola prova di laboratorio è relativamente basso, ma è richiesto un numero relativamente elevato di prove sui diversi prelievi, rispetto alle prove non distruttive, per poter emettere una diagnosi.

12 RESISTENZA STRUTTURALE E RESISTENZA POTENZIALE Le NTC definiscono: resistenza strutturale quella determinata con prove distruttive (carotaggi) o semidistruttive (sonda Windsor) o non distruttive (ultrasuoni, sclerometria, sonreb, etc.) sul calcestruzzo della struttura nel caso in cui esistano dubbi sulla qualità del calcestruzzo fornito o di quello messo in opera; resistenza potenziale quella determinata dalla D.L. sui provini durante il controllo di accettazione per determinare la R ck. La prove per la determinazione della resistenza strutturale non devono, in ogni caso, intendersi sostitutive dei controlli di accettazione eseguiti sui provini prelevati in corso d opera per la determinazione della resistenza potenziale R ck.

13 RESISTENZA STRUTTURALE E RESISTENZA POTENZIALE Le N.T.C. precisano che la resistenza strutturale media, R ms o f ms, deve essere non inferiore all 85% del valore medio definito in fase di progetto, purché i due valori siano riferiti alla stessa forma geometrica, cubica R cm o cilindrica f cm. La maggiore complessità della struttura armata e spesso sagomata in modo geometricamente contorto rispetto alla confezione dei provini cubici o cilindrici è la maggiore responsabile della deviazione ΔR tra R mc ed R ms. Questa deviazione può essere prevista in base a misure molto semplici della massa volumica m v della carota estratta dalla struttura rispetto a quella del provino m v0 perfettamente compattato a rifiuto.

14 RESISTENZA STRUTTURALE E RESISTENZA POTENZIALE Il rapporto m v /m v0, grado di compattazione g c, può essere determinato già il giorno dopo il getto ed è in relazione con la deviazione ΔR tra R mc ed R ms, per cui il controllo di g c da parte della Direzione Lavori può individuare, subito all inizio della costruzione, i possibili rischi di errore di esecuzione per carenza di compattazione del calcestruzzo. Se si confrontano due calcestruzzi di pari composizione, ma differenti solo per classi di consistenza (ad esempio S5 ed S2) per la presenza di additivi, si ottiene per i due impasti la stessa resistenza meccanica purché entrambi siano vibrati per un tempo sufficientemente lungo così da ottenere lo stesso grado di compattazione. Il grado di compattazione è tanto più importante quanto minore è la classe di consistenza.

15 RESISTENZA STRUTTURALE E RESISTENZA POTENZIALE Per un calcestruzzo con R ck 35 di bassa lavorabilità (classe di consistenza S2) non vibrato, cioè con un grado di compattazione pari a 0,80, la resistenza meccanica è appena di 14 N/mmq, cioè il 40% di quella raggiungibile con grado di compattazione pari a 1. Lo stesso calcestruzzo di classe S5, pur in assenza di vibrazione, presenta un grado di compattazione ugualmente elevato come pure una resistenza molto prossima R ck 35.

16 RESISTENZA E GRADO DI COMPATTAZIONE Carote (h/d=2) f ms = 20,8 MPa R ms =25 MPa m v = 2209 kg/m 3 R m = 37 MPa m vo = 2350 kg/m 3 carotaggio effettuato nella zona con vespai R= (37-25)/37 x 100 = 32% g c = m v /m vo = 2209/2350 = 0,94

17 PROVE SU STRUTTURE IN C.A. Le prove più comuni sono: Indagine pacometrica (DIN 1045): rilievo della posizione e stima del diametro delle barre d armatura; Determinazione dell indice sclerometrico (UNI EN ): verifica dell omogeneità di un calcestruzzo; Indagini ultrasoniche (UNI EN ): verifica dell omogeneità del calcestruzzo; Indagine combinata sclerometro-ultrasuono (metodo SonReb): stima indiretta della resistenza cubica a compressione; Determinazione della profondità di carbonatazione del calcestruzzo tramite fenolftaleina (UNI 9944;) Prelievo di campioni cilindrici di calcestruzzo-carote (UNI EN , UNI 10766) per prove di compressione; Prelievo di barre d armatura in acciaio per prove di trazione e piegamento al fine di caratterizzare meccanicamente l acciaio.

18 PARAMETRI ESSENZIALI DEL C.A. Resistenza del calcestruzzo Diametro di barre e staffe Copriferro

19 CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEL CLS Sclerometro Prove non distruttive Ultrasuoni Pacometro Prove semidistruttive Sonda Windsor Pull-out Prove distruttive Carotaggi

20 PACOMETRO Nei controlli sulle strutture esistenti in c.a. vanno preliminarmente individuate le armature esistenti nelle travi e nei pilastri. In genere si utilizza il pacometro, che oltre alla stima del diametro fornisce la esatta posizione della barra e l esatto spessore del copriferro. Posizione Risultati Copriferro Diametro

21 PACOMETRO Il pacometro è uno strumento che rileva la presenza di barre di armatura all'interno di getti di calcestruzzo senza alcuna demolizione, misurando anche il copriferro e l interferro dei tondini. Il funzionamento si basa sul principio dell induzione magnetica: la presenza del metallo è indicata dalle variazioni di un segnale permanente ed i risultati possono variare in funzione delle variazioni termiche, della presenza di aggregati magnetici e di interferenze elettriche. I pacometri più recenti si basano sul metodo della conducibilità: vi è un segnale soltanto in presenza di metalli ed i relativi risultati non sono condizionati dalle condizioni di esercizio.

22 PACOMETRO E costituito da una centralina portatile e da una sonda che viene appoggiata e fatta scorrere sul manufatto. La posizione dei ferri è determinata muovendo la sonda sulla superficie in esame, fino ad individuare la direzione di massimo assorbimento elettromagnetico che corrisponde all'andamento longitudinale della barra. Negli strumenti digitali la distanza della barra dalla sonda, è letta sul display dello strumento.

23 INDAGINI PACOMETRICHE La sonda è di tipo direzionale e presenta la massima sensibilità se posizionata con il proprio asse maggiore parallelamente alla direzione della barra con la minima se disposta ortogonalmente. Pertanto in fase di ricerca si pone la sonda parallelamente alle barre da individuare e si sposta lateralmente. Se l armatura è composta da due file di barre, disposte una verticale e l altra orizzontale, la ricerca va eseguita due volte, una per ciascuna fila. La prova pacometrica è regolamentata dalle norme BS 1881:2004, DIN 1045 e P110. Con le prove pacometriche si possono individuare le zone di conglomerato non attraversate da armature al fine di effettuare prove non distruttive, PND, quali prove sclerometriche, ultrasoniche, sonda Windsor o distruttive, carotaggi, che sono tutte influenzate dalla presenza di armature. Tale prova, congiuntamente al test di carbonatazione, è, in genere, l inizio di un percorso teso alla determinazione delle caratteristiche del calcestruzzo in opera.

24 INDAGINI PACOMETRICHE Le verifiche pacometriche possono essere completate da scarifiche di piccola entità, qualora lo strumento dia risultati poco chiari. Il controllo delle armature di un pilastro va eseguito secondo lo schema di seguito riportato. pacometro posizione dei ferri Pilastro in ca.

25 METODO SCLEROMETRICO Lo sclerometro, dal greco skléros duro, è uno strumento per l'esecuzione di prove empiriche in situ e non distruttive, dette prove sclerometriche, per accertare la stima speditiva della resistenza del calcestruzzo, della muratura ma anche di rocce, in funzione della durezza superficiale. Tale stima si basa, infatti, sulla misura della durezza superficiale del materiale, rapportata all indice di rimbalzo I r. L apparecchiatura è costituita da una massa mobile con una certa energia iniziale, che urta la superficie di una massa di calcestruzzo: una parte è assorbita dal calcestruzzo sotto forma di energia di deformazione plastica o permanente, mentre la rimanente è restituita alla massa mobile che rimbalza in proporzione all energia rimasta disponibile. Sono le prove non distruttive più frequentemente utilizzate, sebbene i valori che restituiscono, se non abbinate a prove ultrasoniche, metodo SONREB, non sono estremamente esaustivi.

26 METODO SCLEROMETRICO Condizione essenziale affinché il sistema funzioni correttamente è che la massa del calcestruzzo sia praticamente infinita rispetto alla massa dell organo mobile. Il risultato si ottiene impiegando masse di impatto molto piccole. Per tale motivo lo sclerometro non può essere utilizzato per spessori di calcestruzzo inferiori a 10 cm, potendo sottoporre a prova campioni più piccoli. Poiché lo sclerometro è un dispositivo meccanico che sfrutta un sistema di molle per ottenere l energia di impatto necessaria, ogni strumento è provvisto di un sistema di taratura, incudine, in quanto, a seguito di un uso prolungato, le costanti elastiche delle molle possono subire variazioni. Può essere digitale o meccanico.

27 METODO SCLEROMETRICO La UNI EN :2001 prescrive che il metodo sclerometrico non è inteso come una alternativa per la determinazione della resistenza alla compressione del calcestruzzo ma, con una opportuna correlazione, può fornire una stima della resistenza in sito. L indice sclerometrico determinato mediante questo metodo può essere utilizzato per la valutazione dell uniformità del calcestruzzo in sito, per delineare le zone o le aree di calcestruzzo di scarsa qualità o o deteriorato presenti nelle strutture. Ciascun tipo e formato di sclerometro possiede proprie curve di correlazione e dovrebbe essere utilizzato solo con la classe di resistenza ed il tipo di calcestruzzo per la quale è stato progettato. Il metodo sclerometrico è utilizzato principalmente per la determinazione dell uniformità e dell omogeneità dei getti di calcestruzzo.

28 METODO SCLEROMETRICO Il metodo sclerometrico è regolato dalla UNI 9189/88 aggiornata dalla UNI 9189 FA Per l esecuzione della prova vanno rispettate alcune regole di buona esecuzione: indagare su elementi di spessore maggiore di 15 cm; evitare zone che presentano nidi di ghiaia, scalfitture, porosità elevata; individuare preventivamente di eventuali armature mediante il pacometro; posizionare l asse dello sclerometro perfettamente ortogonale alla superficie da indagare. Per ogni elemento da sottoporre a prova va scelta una zona circolare di diametro compreso tra 15 cm e 30 cm, all interno della quale vengono effettuate almeno 12 misurazioni, evitando i punti nelle vicinanze degli spigoli e delle riprese di getto, scartando il valore maggiore e quello minore e mediando i 10 rimanenti.

29 PROVE SCLEROMETRICHE Le posizioni di prova possono essere di 3 tipi: Prima di effettuare le prove si pulisce la zona prescelta di dimensioni preferibilmente 20 cm x 20 cm con una mola o una spazzola dura. É opportuno effettuare almeno 12 misurazioni in punti ripartiti nella zona prescelta distanti 2 5 cm, evitando di eseguire le prove nelle vicinanze di un inerte affiorante di grosse dimensioni o di vuoti, perché darebbero rispettivamente valori maggiori o minori.

30 PROVE SCLEROMETRICHE Per usare l apparecchio si preme il percussore sulla superficie da provare fino all arresto: la massa contenuta nell apparecchio viene caricata per mezzo di una molla di una quantità fissa d energia. Si libera la massa che urta, contro il percussore in contatto con la superficie e rimbalza. L entità del rimbalzo è misurato da un indice che scorre lungo una scala graduata. ll calcestruzzo esaminato deve avere uno spessore di almeno 10 cm, nel caso di strutture vaste, e di almeno 12 cm nel caso di pilastri, poiché la superficie da esaminare deve far parte di una struttura rigida, dal momento che l indice sclerometrico può essere influenzato da movimenti elastici della stessa struttura.

31 LIMITI METODO SCLEROMETRICO L energia assorbita dal calcestruzzo è correlata alla rigidezza e alla resistenza meccanica mediante relazioni empiriche e di tipo probabilistico. L indice di rimbalzo va trasformato in resistenza cubica attraverso le curve di correlazione legate alla direzione d uso dello sclerometro. Una stima approssimativa della resistenza a compressione si può ottenere con curve di taratura appositamente costruite con campioni di calcestruzzo estratti dalla struttura. Non sarebbe possibile l impiego di una curva generica di correlazione poiché l indice di rimbalzo è fortemente influenzato dal tipo di cemento e dal dosaggio, dal rapporto a/c, dalle dimensioni degli inerti, dall umidità e dalla stagionatura del calcestruzzo, nonché dalle condizioni superficiali (carbonatazione, materiali da casserature, umidità) e dalla posizione di prova.

32 Resistenza alla compressione su cubo Errore medio CURVE DI TARATURA DI UNO SCLEROMETRO Ogni apparecchio è dotato di una curva di taratura su supporto metallico flessibile, che è opportuno duplicare prima che venga incollata sullo sclerometro. Valore del rimbalzo I R

33 PROVE SCLEROMETRICHE media La correlazione tra indice di rimbalzo I r e resistenza a compressione R c è definito dalla: R c = A x I r B con i coefficienti A e B calibrati con prove distruttive su carote. Il resoconto di ogni prova sclerometrica deve riportare almeno i dati indicati in tabella: N. Data Elemento Indici di rimbalzo R cub Mpa 1 7/7/11 Trave 201 anima /7/11 Trave 201 base /7/11 Pilastro 23 1 ord La determinazione della resistenza a compressione è ottenuta con una accuratezza variabile tra nel migliore dei casi tra ± 15% e ± 20%.

34 METODO SCLEROMETRICO In generale se: I r > 40 il calcestruzzo è valutabile buono; 30 I r 40 il calcestruzzo è valutabile mediocre; I r < 30 il calcestruzzo è valutabile scadente. Lo sclerometro è uno strumento indicato per una valutazione su calcestruzzi giovani, poiché il fenomeno della carbonatazione provoca l indurimento dello strato superficiale, alterando il valore dell indice di rimbalzo. superficie spinata e ripulita Percussore sclerometro punto di prova valido Percussore sclerometro punto di prova su grosso inerte non valido Percussore sclerometro punto di prova su barra acciaio non valido

35 METODO ULTRASONICO Il metodo è basato sulla misura della velocità di propagazione di onde elastiche longitudinali all interno del calcestruzzo e valuta l omogeneità del cls in relazione all uniformità e alla presenza di difetti o cavità all interno delle strutture e non direttamente la resistenza meccanica. Consente di ricavare il modulo elastico dinamico del calcestruzzo ed il coefficiente di Poisson e successivamente di stimare la resistenza a compressione. La velocità degli ultrasuoni è influenzata dall entità del carico, inteso come percentuale del carico di rottura, dall età del calcestruzzo, dalla forma e dalle dimensioni della struttura, dalla lunghezza del percorso, dal rapporto A/C, dallo stato di sollecitazione, dalla temperatura e dall umidità del calcestruzzo e dalla presenza di armature metalliche.

36 METODO ULTRASONICO Non esistendo una relazione diretta tra velocità ultrasonica e resistenza a compressione del calcestruzzo si devono costruire curve di correlazione. La presenza di armature metalliche disposte sia in direzione ortogonale che in direzione parallela a quella di propagazione dell onda ultrasonora rende praticamente impossibile poter effettuare una correlazione affidabile, poiché la velocità di trasmissione nell acciaio ( m/s) è superiore del 40% a quella nel calcestruzzo. E conveniente accompagnare le misure di velocità con quelle di attenuazione, poiché la presenza di difetti di piccole dimensioni, mentre non influenza la velocità ultrasonica, può determinare una notevole riduzione della sua ampiezza. In Italia la prova è regolata dalla UNI 9524/89 modificata da UNI FA 1 del Punto di riferimento europeo è la BS

37 Resistenza alla compressione Rc (Mpa) METODO ULTRASONICO: RELAZIONI TRA V E R C Velocità di propagazione delle onde V (m/s)

38 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO La sonda emettitrice (trasmettitore) produce degli impulsi ultrasonici che sono captati dalla sonda ricevente (ricevitore) dopo aver attraversato il materiale interposto. Il tempo di transito è misurato e memorizzato dalla centralina. H > cm TRASMETTITORE V p VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE CENTRALINA RICEVITORE

39 METODO ULTRASONICO La misura della velocità di 1 3 propagazione può essere eseguita mediante tre differenti modalità: per trasparenza, metodo di 4 trasmissione diretta, in cui le due 2 sonde sono posizionate su 2 facce opposte dell elemento (1-2), che è il metodo migliore; diagonale, metodo di trasmissione semidiretta, in cui le due sonde sono posizionate su due facce adiacenti, in genere ortogonali, dell elemento (1-4); superficiale, metodo di trasmissione indiretta, in cui le due sonde sono posizionate sulla stessa faccia dell elemento (1-3): è il metodo meno affidabile. Per ogni prova si effettuano almeno 10 misurazioni. Al termine delle misure su ogni zona si esegue un controllo delle misure eseguite, verificando i valori medi della velocità di propagazione delle onde elastiche.

40 METODO ULTRASONICO Il calcolo della velocità di propagazione V p è effettuato con la seguente relazione: V p = l/[t-(t t -T o )] con l = lunghezza della base di misura; T= tempo di propagazione tra trasmettitore e ricevitore; T t = tempo impiegato dalle onde elastiche a percorrere, secondo la sua altezza, il cilindro o il prisma metallico di taratura fornito a corredo dello strumento; T 0 = tempo di percorrenza, predeterminato dal fabbricante, relativo al cilindro o del prisma di taratura. La correlazione tra la velocità di propagazione delle onde elastiche, V p, e la resistenza a compressione, R c è del tipo: R c = A x B V p in cui i coefficienti A, B sono opportunamente calibrati mediante prove distruttive su carote.

41 METODO ULTRASONICO La prova si esegue ponendo le sonde, emettitrice e ricevente, nelle facce opposte o contigue nel caso di spessori fino a 50 cm, o su una linea superficiale. Trasmettitore a 55 Khz Attrezzatura completa Ricevitore da 55 Khz

42 METODO ULTRASONICO In letteratura sono presenti diversi studi che mettono in relazione le registrazioni delle velocità con le resistenze a compressione dei calcestruzzi, ma non sono generalmente estendibili perché riferite al calcestruzzo esaminato. Dal momento che l errore percentuale cresce in modo spropositato per calcestruzzi di scarsa qualità, nel ricavare le leggi di correlazione va distinto il caso di calcestruzzi scadenti da quelli di qualità migliore. Nel caso che il numero delle carote non sia significativo, la curva di regressione può essere costruita secondo quanto suggerito dal CSN : R c2 = 9,9 (V p x C) 2 56 x V p x C + 87,8 MPa con R c2 = resistenza a compressione V p = velocità dell onda ultrasonica in m/s C = coefficiente di forma dell elemento variabile

43 METODO ULTRASONICO Se si ha a disposizione almeno una carota per ogni tipologia di elemento strutturale, la resistenza a compressione reale può essere determinata con R c = R c2 K, con K = R car c /R c2 R car c = resistenza a compressione del calcestruzzo ottenuta con la prova distruttiva. La migliore interpretazione dei dati ottenuti è rappresentata dall applicazione dei minimi quadrati, con una correlazione del tipo R c = a e bvp ove i parametri a e b vanno determinati con precisione e V p è la velocità dell onda diretta.

44 PILE ECHO TESTER PER CONTROLLI DI QUALITA SU PALI Per rapidi controlli di qualità su un gran numero di pali si impiega il PET, Pile Echo Tester, che utilizza il metodo Pulse-Echo (PEM), sviluppato in Olanda negli anni settanta dello scorso secolo per il controllo di pali di fondazione prefabbricati in calcestruzzo. La testa del palo viene sollecitata da un leggera martellata: l onda di compressione si propaga fino alla base del palo e viene riflessa verso la testa dello stesso. Il segnale viene registrato da un geofono è graficizzato in funzione del tempo. L onda riflessa viene registrata e analizzata tramite un accelerometro digitale, fornendo informazioni relative alla lunghezza ed alla forma del palo. Se nel palo vi sono discontinuità come variazioni della sezione o rotture, queste causano delle riflessioni. Se le discontinutà sono significative, come la frattura completa del calcestruzzo, esse causano una riflessione quasi completa, impedendo di rilevare la base del palo.

45 PILE ECHO TESTER PER CONTROLLI DI QUALITA SU PALI Per una corretta esecuzione della prova bisogna poter accedere alla testa del palo. Viene fatto aderire alla superficie del calcestruzzo, opportunamente preparata, un geofono mediante un materiale di accoppiamento e con la sovrapposizione di un carico di qualche kg. Quando la testa del palo viene colpita nel punto predisposto, l impatto fa partire l acquisizione del segnale prodotto dal geofono, che viene mostrato sullo schermo. Per eliminare il rumore di fondo delle attività di cantiere è possibile ripetere più volte l acquisizione per eseguire delle medie.

46 CONTROLLO QUALITÀ PALI METODO CROSS-HOLE Lo scopo dell analisi ultrasonica Cross-Hole è quello di valutare la profondità effettiva del palo, l integrità, l omogeneità del materiale che lo costituisce e l assenza di difetti costruttivi quali vespai, dilavamenti, restrizioni, intrusioni di materiale spurio. La tecnica dell analisi si fonda sullo studio della propagazione degli impulsi di vibrazione meccanica lungo una serie di traiettorie all interno della struttura da esaminare (generalmente 3). La metodologia si basa sul principio che nel calcestruzzo di buone caratteristiche meccaniche, integro, omogeneo e compatto, la velocità di propagazione degli impulsi di vibrazione è pari a m/s. Un onda ultrasonica viene inviata da un trasmettitore ad un ricevitore, i quali vengono spostati lungo tutta la lunghezza del palo all interno di tubi annegati internamente allo stesso nel corso del getto.

47 METODO SONICO CROSS-HOLE SU PALI Le sonde si muovono in fori distinti e paralleli, mantenute sulla stessa congiungente orizzontale o con un opportuno sfasamento. Il materiale indagato è quello compreso fra la sonda emittente e la sonda ricevente. La sonda emittente, nel muoversi all interno della struttura, emette, con opportuna cadenza regolabile, impulsi di vibrazione che, captati dalla sonda ricevente, vengono introdotti in una apposita unità di elaborazione che stampa, in funzione della profondità di ispezione, il tempo di transito dell impulso nella struttura, rilevando immediatamente eventuali difetti del palo lungo il fusto. 1 palo 2 sonda trasmittente 3 sonda ricevente 4 encoder 5 unità acquisizione dati 6 difetto di getto e velocità propagazione

48 METODO SONICO CROSS-HOLE SU PALI Il controllo della prova, l acquisizione e la gestione dei dati sono eseguiti mediante con l apposito software per prove di trasparenza. Per eseguire misure anche in condizioni estremamente gravose o su spessori di si utilizza un trasmettitore meccanico a bassa frequenza, che consente una notevole penetrazione nel mezzo.

49 RIFERIMENTI NORMATIVE METODO ULTRASONICO UNI EN Prove non distruttive - Esami ad ultrasuoni: 1:2004 Parte 1 a - Principi generali 3:1998 Parte 3 a - Tecnica per trasmissione 4:2004 Parte 4 a - Esame delle discontinuità..perpendicolari alla superficie 5:2004 Parte 5 a - Caratterizzazione UNI 9524:1989 Calcestruzzo indurito. Rilievi microsismici mediante impulsi di onde vibrazionali ad alta frequenza, in campioni o strutture di calcestruzzo UNI EN :2004 Prove non distruttive - Caratterizzazione e verifica delle apparecchiature per esame ad Ultrasuoni UNI EN :2005 Prove sul calcestruzzo nelle strutture - Parte 4: Determinazione della velocità di propagazione degli impulsi ultrasonici

50 PROVA DI PULL OUT Il metodo pullout è utilizzato per la determinazione della resistenza a compressione del calcestruzzo in sito. La prova consiste nell estrazione di un inserto metallico, inserito nel getto successivamente, da un elemento in calcestruzzo. Questa metodologia di analisi è considerata di tipo semidistruttivo. L apparato si compone di poche di unità: pompa idraulica, anche di tipo manuale, dotata di un manometro con indicatore di massima per la misura della pressione; attuatore idraulico munito di un anello di contrasto; stelo di estrazione per l afferraggio dell inserto e bloccaggio al martinetto; sistema di foratura del calcestruzzo ed inserimento dell inserto metallico.

51 PROVA DI PULL OUT È molto più affidabile di altri metodi superficiali soprattutto per calcestruzzi in opera da molto tempo. I risultati sono molto influenzati dal tipo di aggregati soprattutto per valori di resistenza superiori a 20 MPa. La prova di estrazione di inserti post inseriti nel calcestruzzo è regolata in Italia dalle norme UNI 7997 e UNI 10157, con riferimento alla raccomandazione ASTM C 900. La forza di estrazione va trasformata in resistenza a compressione equivalente, tenendo presente che il calcestruzzo, durante la prova è sottoposto ad uno stato tensionale di tipo triassale e la distribuzione degli sforzi all interno del materiale è complicato dalla presenza degli aggregati. La prova, se opportunamente strumentata, con la misura della deformazione del calcestruzzo, consente di ricavare i parametri di elasticità del materiale.

52 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO La prova è finalizzata a determinare la forza F necessaria ad estrarre l inserto metallico, ad espansione geometrica, inserito in un foro, opportunamente realizzato nell elemento di calcestruzzo. L azione avviene facendo contrasto sulla superficie con l impiego di un anello. La forza di estrazione è ricavata dal valore della pressione p applicata dall apparato di carico, che consente l estrazione misurata con un manometro, e dalle caratteristiche del suo attuatore, martinetto idraulico: F = p A Sistema di estrazione Sistema di estrazione strumentato con A pari alla superficie sulla quale agisce il fluido all interno dell attuatore. Dal valore di F, tramite curva di correlazione ricavata sperimentalmente con prove distruttive, si ottiene la resistenza a compressione.

53 PROVA DI PULL OUT La forza di estrazione va trasformata in resistenza a compressione equivalente, utilizzando curve di taratura Sul calcestruzzo da indagare, previa pulizia con pietra pomice della zona interessata dalla prova, viene eseguito un foro con il trapano nel quale si inserisce un tassello meccanico, poi collegato ad un martinetto. Con una pompa, anche manuale ad olio, il tassello viene strappato dal getto di calcestruzzo. Per ogni punto di indagine si eseguono in genere da 3 a 5 prove, i cui valori vengono mediati. idonee.

54 PROVA DI PULL OUT Per ottenere risultati affidabili è necessario che la legge di correlazione sia determinata specificamente per il calcestruzzo impiegato nella costruzione, data la notevole influenza della natura degli aggregati sul risultato delle indagini. Una curva di correlazione tra forza massima di estrazione e resistenza media del calcestruzzo R mc, ricavata da studi sperimentali, presente in letteratura, è del tipo: R mc = -12,5 x 10-6 x F 2 + 0,157 x F + 10 / 10 con F = forza massima di estrazione in dan R mc = resistenza del calcestruzzo in MPa

55 SONDA WINDSOR Il metodo consiste nell infiggere nel calcestruzzo una sonda metallica per mezzo di un apposita pistola. Il parametro che caratterizza il metodo è l indice di penetrazione, cioè la lunghezza della parte di sonda non penetrata nel calcestruzzo, misurata con un idoneo strumento digitale. La correlazione tra la resistenza penetrometrica e la resistenza reale del calcestruzzo dipende da un numero assai limitato di parametri. In pratica il risultato è influenzato esclusivamente dalla durezza degli inerti. La prova è normata dalla UNI 7997, dalla BS e dalla ASTM C Quest ultima afferma anche esplicitamente che è possibile costruire delle curve di correlazione che leghino tra loro le resistenze penetrometriche con quelle ricavate da carote, stimando la resistenza a compressione dello stesso calcestruzzo in altri elementi strutturali dell opera in esame.

56 SONDA WINDSOR L applicazione è conveniente per range di resistenza compresi tra 15 MPa e 40 MPa, come sottolineato dalla BS /1987. Per ogni prova vengono infisse 3 sonde ed il risultato della prova è la media delle tre misure effettuate. L attendibilità del risultato dipende dallo scarto tra i valori rilevati, che aumenta al crescere della dimensione massima degli inerti. Secondo la BS la prova va ripetuta se la differenza di penetrazione è maggiore di 5 mm. Per calcestruzzi con valore di resistenza superiore a 25 MPa la pistola viene caricata in modalità di potenza standard, mentre per quelli con caratteristiche inferiori si impiega la modalità a bassa potenza. Sostanzialmente la carica balistica è la stessa, ma nel secondo caso viene ampliata meccanicamente la camera di scoppio, in modo da ridurre la potenza di spinta.

57 SONDA WINDSOR Di seguito sono riportati i vari elementi dell attrezzatura standard necessaria per la prova. Pistola Chiodi Centralina di lettura Questa metodologia di analisi è considerata di tipo semidistruttivo.

58 DESCRIZIONE DELLA PROVA Dopo avere individuato zone prive di armature con l ausilio del pacometro si procede al posizionamento, con una dima triangolare, dei 3 punti sui quali si colloca l apparecchiatura a forma di pistola. Una piastra guida mantiene la pistola perpendicolare alla superficie del calcestruzzo e nel contempo libera il meccanismo di sparo che non può essere altrimenti azionato per sicurezza dell operatore o di eventuali osservatori. Una carica balistica di estrema precisione fornisce l energia necessaria per far penetrare la sonda (chiodo) nel cls. Chiodi/Sonde 120

59 DESCRIZIONE DELLA PROVA La sonda penetra, frantuma l aggregato e la matrice cementizia e comprime una zona bulbare di circa 1 dm 3, provocando una crisi di materiale che, come parametri distruttivi, può ritenersi affine alla rottura per compressione. Una volta inserita la sonda nel calcestruzzo, si inserisce la piastra di rilevamento facendola passare attraverso l apposito foro, assicurandosi che aderisca completamente alla struttura. Successivamente si avvita sulla sonda (fino a fine corsa) la testina di misurazione.

60 DESCRIZIONE DELLA PROVA Mediante un rilevatore a corsoio calibrato si effettua la misurazione della porzione di sonda non penetrata, partendo dalla parte superiore della testina e con la punta dell asta che poggia sulla piastra di rilevamento. Nel caso di applicazioni di sonde singole vanno eseguite 3 rilevazioni. Il valore medio di tali misurazioni viene raffrontato in una tabella di correlazione, dalla quale si rileva la resistenza a compressione. Se la differenza massima tra le 3 misurazioni eccede 5 mm si possono usare per la media soltanto i due valori più vicini.

61 METODI COMBINATI L impiego dei metodi combinati nasce dall esigenze di ridurre le incertezze e gli errori di misurazioni di ogni singolo metodo. I metodi utilizzabili, secondo le raccomandazioni RILEM 43 CND, devono dipendere da parametri che sono influenzati in modo diverso dalle caratteristiche fisiche del calcestruzzo impiegato. Nell appendice sono indicati sette metodi a 2 parametri ed tre metodi a 3 parametri che rispettano le condizioni descritte. Il più diffuso metodo a 2 parametri è il SonReb che utilizza, combinandoli, i risultati delle prove sclerometriche e delle indagini ultrasoniche. Si correlano i valori del tempo di propagazione delle onde elastiche, considerando una media tra almeno 3 valori, con gli indici di rimbalzo ottenuti con lo sclerometro, considerando una media di almeno10 valori.

62 METODO SONREB La redazione di idonee curve di taratura è indispensabile quando si voglia utilizzare il metodo SonReb con sufficiente grado di affidabilità nella stima della resistenza a compressione in sito del calcestruzzo. Per l esecuzione delle prove è indispensabile l impiego del pacometro.

63 METODO SONREB Secondo le raccomandazioni RILEM la determinazione della resistenza a compressione del calcestruzzo con la SonReb consiste: 1.misurazione del tempo t di transito dell onda ultrasonica e degli indici di rimbalzo; 2.determinazione delle velocità ultrasoniche V p e dell indice di rimbalzo medio I rm con le seguenti espressioni: V p = h/t I rm = n i=1 I ri /n ove con h è indicata la lunghezza percorsa dall onda; 3.calcolo della resistenza a compressione relativa alle misure eseguite in corrispondenza di ogni punto di misura; 4.determinazione del coefficiente di influenza in modo semi-teorico, se è nota la composizione di chimico fisica del cls indagato, od in modo sperimentale, se non si conoscono le caratteristiche del cls, sulla base dei risultati di prove a compressione eseguite su carote estratte in prossimità delle prove SonReb. Nel metodo

64 METODO SONREB sperimentale il coefficiente è calcolato ed è del tipo: C 1 exp = 1 n i=1 R i car / R i Ref con R i car = valore della resistenza a compressione della carota iesima; R i Ref = valore della resistenza a compressione dell iesima prova non distruttiva, ottenuto dalle curve relative al calcestruzzo di riferimento. 5. determinazione della resistenza reale del calcestruzzo analizzato con l espressione: R c reale = C 1 x R c Ref con C t = C t s-t oppure C t = C t exp, a seconda dei casi, mentre R c Ref è il valore della resistenza a compressione del calcestruzzo di riferimento.

65 METODO SONREB I livelli di accuratezza del metodo SonReb, sempre secondo le RILEM, sono: 10 13%, quando è nota la composizione del calcestruzzo e sono disponibili i risultati di prove a compressione su carote; 12 15%, quando sono disponibili solo i risultati di prove a compressione su carote; 15 20%, quando è nota solo la composizione del calcestruzzo; maggiore del 20%, quando non si hanno a disposizione carote né si conosce la composizione del calcestruzzo. In letteratura sono presenti numerose leggi di variazione. QUALITÀ DEL CALCESTRUZZO VELOCITÀ (m/sec) INDICE DI RIMBALZO Scadente < V < I 25 Discreta < V < I 35 Buona < V < I 50 Ottima V > I > 50

66 CAROTAGGIO Il carotaggio è uno dei metodi più noti per saggiare la qualità del calcestruzzo in opera e la successiva prova sui campioni rappresenta uno dei mezzi più sicuri per valutare le caratteristiche di un calcestruzzo di una struttura in c.a. Prima di prendere la decisione di estrarre delle carote è necessario valutare l opportunità di eseguire l operazione in relazione ai risultati che si vogliono ottenere. Generalmente si presuppone che chi decide di condurre tale tipo di indagine abbia una ben definita idea su come, poi, interpretare i risultati.

67 CAROTAGGIO La resistenza di un calcestruzzo in opera è generalmente inferiore a quella determinabile sui cubi del controllo di accettazione, poiché le procedure di messa in opera causano deficienze significative sulle resistenze. Nella letteratura scientifica è dimostrato che il rapporto tra la resistenza del calcestruzzo di una struttura e quello dei cubi non è costante e diminuisce all aumentare delle proprietà meccaniche del materiale. In ogni caso la resistenza del calcestruzzo in sito, nelle migliori condizioni raggiunge al più il 90% della resistenza dei provini. D altra parte la resistenza è una grandezza non univocamente definibile. Inoltre all interno di una struttura le proprietà meccaniche del calcestruzzo variano da punto a punto e la variabilità può essere di tipo: casuale, dipende dal livello di controllo della confezione degli impasti;

68 CAROTAGGIO sistematica, la fonte principale è la segregazione durante la messa in opera o la compattazione mediante vibrazione che tende a far rifluire verso l alto l aria e le parti di calcestruzzo aventi minore densità; combinazione di ambedue. Questi effetti si evidenziano in modo particolare negli elementi verticali, potendo verificarsi differenze in termini di resistenza a compressione del 15-30%. In Italia il prelievo del calcestruzzo indurito è regolato dalla UNI 6131, che fornisce indicazioni sulle modalità di carotaggio, lavorazione e conservazione dei campioni, suggerendo l uso di carotieri a lama diamantata di tipo idoneo al conglomerato, mentre la UNI 6132 fornisce indicazioni sulle modalità di prova. Non sono indicati il numero dei campioni da estrarre, la scelta della zona da interessare con il prelievo e l interpretazione dei risultati.

69 CAROTAGGIO Inoltre non si trovano indicazioni per tener conto dei fattori che possono influenzare i risultati dei valori di compressione, quali: effetto di differenti condizioni di stagionatura del calcestruzzo in opera rispetto a quello dei provini; effetto di tormento provocato per l azione a seguito dell azione meccanica del carotaggio; effetto della posizione e direzione di estrazione dei campioni; effetto dell età di maturazione del calcestruzzo in situ. La normativa inglese e quella americana forniscono maggiori dettagli ed a queste normative sono riferite le trattazioni tecniche e scientifiche disponibili sull argomento.

70 CAROTAGGIO Il prelievo dei campioni cilindrici, carote, va eseguito: non in prossimità degli spigoli; in zone a bassa densità d armatura (prima di eseguire i carotaggi è opportuno stabilire l esatta disposizione delle armature con apposite metodologie d indagine non distruttive); evitando le parti sommitali dei getti; evitando i nodi strutturali; attendendo un periodo di tempo, variabile in funzione delle temperature ambientali, tale da poter conseguire per il calcestruzzo in opera un grado di maturazione paragonabile a quello di un calcestruzzo maturato per 28 giorni alla temperatura di 20 C e con umidità ambientale del 90%.

71 DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA La determinazione della resistenza a compressione su carote, rientra tra i metodi diretti, per i quali non sarebbe necessaria alcuna correlazione. In realtà il passaggio dalla resistenza della carota al campione indisturbato viene effettuato attraverso correlazioni di natura empirica. In Italia la normativa di riferimento, UNI EN , non specifica la procedura per l interpretazione dei risultati in merito. Le normative europee BS 6089, BS e quella americana ACI 214.4R 03 forniscono invece precise relazioni tra la resistenza delle carote e quella di campioni indisturbati del tipo R c = x f car /1,5 + d/l con R c = resistenza a rottura del cubetto equivalente, f car = resistenza a rottura della carota, = parametro dipendente dalla direzione di perforazione ( pari a 2,5 per perforazioni ortogonali alla direzione del getto ed a 2,3 per quelle parallele), d = diametro della carota, l = altezza della carota.

72 DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA La ASTM C 823 raccomanda di estrarre un numero minimo di carote pari a 5 per ogni categoria di calcestruzzo individuabile all interno della struttura indagata. Per BS 6089 la resistenza stimata di una singola carota può essere considerata all interno di 12% della resistenza del calcestruzzo in opera ad un livello di confidenza del 95%, se η è il numero di carote estratte dallo stesso elemento strutturale il valore medio della resistenza può essere considerato stimato con un accuratezza inferiore a (12/ ) 12%. Il valore della resistenza misurata su una carota dipende da vari fattori: rapporto tra lunghezza e diametro (l/d) del campione; diametro del campione; umidità del campione; direzione di carotaggio; presenza di armature metalliche.

73 DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA Nella tabella si riportano i fattori di correzione della resistenza al variare del rapporto l/d da 1 a 2 compensato dalle norme americane ed inglesi. Rapporto l/d ASTM C 42/C 42 M BS ,00 1,00 1,00 1,75 0,98 0,97 1,50 0,96 0,92 1,25 0,93 0,87 1,00 0,87 0,80 La UNI EN e la pr EN raccomandano di eseguire carote con rapporto l/d pari a 1, se il risultato deve essere confrontato direttamente con un cubo di lato l, ovvero con l/d = 2 se si fa riferimento a provini cilindrici. Il valore della resistenza del calcestruzzo che si ricava dalla f car, R c attuale, è più basso della resistenza caratteristica convenzionale R ck misurata sui provini.

74 DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA Le N. T. C. ritengono accettabile un valore medio di R c attuale pari almeno: all 85% della R ck di progetto, se il rapporto l/d=1, con f car pari alla R c attuale; al 70% della R ck di progetto, se l/d=2, con f car = 0,83 R c attuale. Tale criterio di valutazione si basa sul differente grado di compattazione del calcestruzzo in opera rispetto a quello realizzabile per un provino.

75 RIEPILOGO CARATTERISTICHE PROVE 1)La singola misura è influenzata dallo stato della superficie dell area di prova (umidità, carbonatazione, ) 2)La misura si correla bene con il modulo elastico del materiale, la bontà della correlazione tra modulo elastico e resistenza meccanica può dipendere dalle caratteristiche del conglomerato.

76 Università degli Studi di Napoli FEDERICO II Dipartimento Ingegneria Civile Edile Ambientale ORGANIZZAZIONE DEL CANTIERE prof. Fabrizio Leccisi a.a LE PROVE DI CARICO

77 PROVE DI CARICO SU SOLAI E PALI In cantiere si eseguono prove di carico su solai e su pali, oltre che sulla lunghezza di quest ultimi.

78 PROVE DI CARICO SU SOLAI E SU PALI L impresa esecutrice dovrà fornire ogni supporto utile all esecuzione delle prove di carico, rispettando le procedure e le indicazioni della D. L. e del collaudatore, predisponendo, a proprie cura e spese, quanto necessario per il rispetto delle norme che attengono alla sicurezza di uomini e cose ed all ambiente. Il programma delle prove, stabilito dal collaudatore, con l indicazione delle procedure di carico e delle prestazioni attese va comunicato alla D. L. per l attuazione, è approvato dal progettista ed accettato dall impresa esecutrice. L impresa è tenuta ad accettare: i risultati delle operazioni di collaudo; le eventuali azioni ed interventi per sanare situazioni ritenute insoddisfacenti dalla D.L., dal collaudatore o dal progettista.

79 PROVA DI CARICO SU SOLAI La prova di carico sui solai consiste nell applicare gradatamente ad una striscia dell impalcato un carico equivalente a quello che provoca le massime sollecitazioni in mezzeria, evidenziando gli abbassamenti con almeno 3 flessimetri centesimali per travetto. In genere sono eseguite utilizzando: serbatoi riempiti gradualmente con acqua; pesi di diversa natura da porre in opera gradualmente; sistemi a contrasto. A seconda del tipo di struttura e dell entità dei carichi, le prove possono essere svolte in vari cicli e ripetute nel tempo. L esito della prova è positivo quando si hanno: 1. deformazioni proporzionali ai carichi imposti; 2. assenza di lesioni, deformazioni o dissesti che compromettono la conservazione dell opera; 3. deformazioni residue dopo l applicazione del carico massimo non superiori ad una quota parte di quella totale commisurata agli assestamenti iniziali anelastici.

80 PROVA DI CARICO SU SOLAI Per i tempi di permanenza dei carichi è buona norma tenere la struttura sotto carico costante per 12 h, affinché si esauriscano le deformazioni lente di natura plastica. Completata la fase di carico si procede allo scarico con le stesse condizioni della fase di carico. A volte è necessario effettuare letture di scarico anche dopo h, poiché il ritorno della struttura può essere notevolmente lento. La deformazione residua è determinante nella valutazione dell esito della prova: in Francia ed in Inghilterra, il valore massimo residuo di deformazione è pari al 15 % della freccia pratica; nel nostro regolamento è a discrezione del tecnico. Diagramma carico-deformazione

81 PROVA DI CARICO SU SOLAI Tra freccia reale e teorica vi è una notevole differenza di valore perché: è difficile individuare il grado di incastro del solaio nel calcolo della freccia teorica; la freccia viene calcolata in base ai dati di un solo travetto, senza tenere in considerazione la collaborazione dei restanti travetti laterali; è difficile determinare l esatto valore del momento di inerzia della sezione con riguardo al travetto ed alla pignatta in laterizio: il modulo elastico E c può essere assunto, pari a MPa per i solai misti in latero-cemento o precompresso, e MPa per i travetti prefabbricati; in mancanza di dati sperimentali si assume il valore di E pari a x R ck MPa.

82 PROVA DI CARICO SU SOLAI I flessimetri sono gli strumenti maggiormente usati per l esecuzione di prove di carico su solai, monitorando l abbassamento dell elemento sottoposto a carico. La strumentazione è composta da un morsetto, un comparatore centesimale e un filo metallico con caratteristiche fisiche e meccaniche che eliminano sia possibili estensioni che dilatazioni termiche. Gli strumenti di misura utilizzati sono comparatori, montati su aste, che hanno corsa variabile da 10 mm, 30 mm e 50 mm, a seconda delle esigenze richieste dalla prova. Il set di flessimetri può essere fornito con 1 o 3 sistemi di lettura

83 PROVA DI CARICO SU SOLAI CON SERBATOIO I serbatoi vengono gradualmente riempiti di acqua, controllando le deformazioni dell impalcato sia all atto del carico che allo scarico. Set di comparatori Serbatoi

84 PROVA DI CARICO SU SOLAI CON PESI Vengono gradualmente posati sacchi di cemento, controllando le deformazioni dell impalcato sia all atto del carico che allo scarico. Il giudizio sull esito della prova è responsabilità del collaudatore statico. La D.L. può, però, in autonomia far eseguire prove di carico per verificare la corrispondenza della struttura alle previsioni di progetto.

85 PROVA DI CARICO SU SOLAI A CONTRASTO L attrezzatura è composta da una centralina idraulica, un gruppo di 3 pistoni e dagli accessori per l applicazione del carico. Schema di montaggio

86 PROVA DI CARICO SU SOLAI A CONTRASTO La centralina è in grado, per mezzo di pompe, di fornire la potenza idraulica necessaria ad imprimere e mantenere costante la forza applicata. Una valvola idraulica proporzionale è attivata dal sistema elettronico e per mezzo di un sensore di forza, garantisce la stabilità e l'intensità del carico. Alcuni cilindri idraulici convertono la pressione dell olio in forza sulla struttura. Nelle prove si applica, nella mezzeria di un solaio, una forza concentrata equivalente F eq su una striscia di larghezza 1 m, trasversalmente alle nervature, che induce lo stesso momento massimo prodotto dal carico uniformemente distribuito q.

87 PROVA DI CARICO SU SOLAI A CONTRASTO Il carico concentrato equivalente F eq è pari a: F eq = C v x b x q x L con C v =coefficiente di vincolo, che deriva dall eguaglianza tra i momenti dovuti al carico concentrato ed a quello distribuito; b = fascia trasversale di solaio collaborante (m); q = carico uniformemente distribuito di prova (dan/m 2 ); L = luce del solaio (m). Il calcolo si basa sulla conoscenza del grado di vincolo, per la determinazione di C v e del rapporto tra il momento di inerzia longitudinale e trasversale, per quella di b. Per semplicità si ipotizzano vincoli eguali da ambedue i lati; nell eventualità di vincoli differenziati si adotta la media dei valori ipotizzati. Il concetto di forza equivalente è esteso anche all applicazione di forze concentrate su più allineamenti (ai terzi, ai quarti luce ed è inteso come la forza somma di tutte le forze applicate.

88 PROVA DI CARICO SU SOLAI A CONTRASTO Nella pratica si applicano almeno 3 sensori longitudinali, 2 agli appoggi ed 1 in mezzeria, e 2 trasversali su un solo lato generalmente a distanza s pari a 1,20 m. Si applica un carico minimo (generalmente 1000 dan), rilevando le deformazioni per calcolare C v e b e da questi il rapporto tra q ed. Si procede, quindi, all esecuzione della prova applicando la forza equivalente che determina lo stesso momento massimo del carico distribuito di prova. Per una migliore determinazione del legame F eq - q il calcolo viene ripetuto al ciclo massimo, applicando le eventuali variazioni dei rapporti tra le frecce. Durante l esecuzione della prova va controllata la freccia in mezzeria, in rapporto ai tre parametri linearità (rapporto percentuale tra le tangenti alla curva di isteresi passanti per i punti individuati dall ultimo e dal primo carico), ripetibilità (rapporto percentuale, a parità di carico, tra i valori della freccia, depurata del residuo, di due cicli diversi) e permanenza (rapporto percentuale tra il residuo e la freccia massima).

89 PROVA DI CARICO SU SOLAI A CONTRASTO Sistema a spinta posizionato per la prova Trasduttori di spostamenti posizionati per la prova Centralina acquisizione dati per rilevo deformata Particolare trasduttore di spostamenti

90 Università degli Studi di Napoli FEDERICO II Dipartimento Ingegneria Civile Edile Ambientale ORGANIZZAZIONE DEL CANTIERE prof. Fabrizio Leccisi a.a TIPOLOGIE DEGRADO OPERE IN C.A.

91 CAUSE DEL DEGRADO DEL CALCESTRUZZO 1. CAUSE INTRINSECHE, riducibili mediante: appropriata progettazione dell impasto; corretta esecuzione del getto. 2. AZIONI ESTERNE attacchi chimici; attacchi fisico meccanici; penetrazione di sostanze nocive.

92 CAUSE ESTERNE DEL DEGRADO DEL CALCESTRUZZO solfati anidride Effetti di degrado esogeno della struttura: alterazione a seguito di agenti esterni alla struttura delle caratteristiche dei materiali (solfati, cloruri, gelo-disgelo, anidride carbonica, sostanze chimiche di provenienza industriale)

93 COSTI DEL DEGRADO Al procedere del degrado, variano i costi dell intervento di restauro, come spiega De Sitter con la regola del 5: 1 speso per ottenere una struttura progettata e realizzata correttamente comporta gli stessi benefici ottenibili spendendone 5 quando la costruzione è finita, ma si trova ancora nel periodo di innesco della corrosione; 25 a partire dal momento in cui la sua propagazione è iniziata e 125 quando oramai il degrado e la corrosione hanno portato alla fessurazione del copriferro.

94 CARBONATAZIONE Per carbonatazione si intende il processo mediante il quale l anidride carbonica penetra attraverso il copriferro e reagisce con l idrossido di calcio presente nella pasta cementizia idratata, determinando una notevole riduzione della basicità del conglomerato. È una delle cause principali del degrado del cemento armato, ma non provoca danni di tipo meccanico, anzi, per calcestruzzi con cemento portland, riduce la porosità e porta a una maggiore resistenza meccanica. L anidride carbonica presente nell atmosfera, in tenori variabili da 0,04% in ambiente rurale a 0,2% in ambiente cittadino, a contatto con il calcestruzzo reagisce con i suoi componenti alcalini, a partire dagli strati più esterni, abbassando il ph da a 9, compromettendo l ambiente passivante che costituisce la protezione delle barre di armatura. Ca(OH) 2 + CO 2 Ca CO 3 + H 2 O

95 CARBONATAZIONE Situazione di passività delle armature Perdita di passività e corrosione delle armature

96 CARBONATAZIONE Il legame tra profondità di carbonatazione s e tempo t, è del tipo s=k t 1/n con k coefficiente di velocità di penetrazione dipendente dal rapporto A/C e n coefficiente di porosità. Per cls mediamente porosi n, secondo Fick, è pari a 2. Rapporto A/C k 0,40 3,8 0,50 8,6 0,60 10,1 0,70 12,3 0,80 15,1 La velocità di carbonatazione tende a diminuire nel tempo ed è influenzata dall umidità, dalla temperatura e dal contenuto di C0 2 nell aria.

97 CARBONATAZIONE La velocità di diffusione della carbonatazione diminuisce al crescere dell umidità, poiché il trasporto dell anidride carbonica ha luogo facilmente attraverso i pori riempiti d aria, ma avviene molto lentamente in quelli riempiti d acqua. La reazione di carbonatazione avviene soltanto in presenza di acqua, pertanto per umidità relative inferiori al 50% non avviene con velocità apprezzabile. L intervallo di umidità relativa più pericoloso per la carbonatazione è compreso tra 50% e 80%. In sintesi la velocità di propagazione del fronte carbonato aumenta al crescere del contenuto di anidride carbonica nell aria ed, a parità di umidità relativa, della temperatura.

98 EVOLUZIONE DEGRADO DA CARBONATAZIONE La carbonatazione inizia sulla superficie esterna C del calcestruzzo e successivamente interessa le regioni più interne. Se lo strato carbonatato B interessa il calcestruzzo che avvolge le armature, in presenza di umidità e ossigeno, l acciaio si ossida e si corrode, con formazione di ruggine e riduzione della sezione dei tondini. I prodotti della corrosione possono occupare un volume, dal punto di vista stechiometrico, circa 6 volte maggiore dello strato metallico aggredito. A C B D

99 EVOLUZIONE DEGRADO DA CARBONATAZIONE La carbonatazione provoca inoltre la formazione di microcrepe, che consentono all anidride carbonica, all umidità e al sale di penetrare in profondità nel calcestruzzo e di corrodere i ferri di armatura, fenomeno che comunemente causa il degrado delle strutture in calcestruzzo. Spazi vuoti nel calcestruzzo

100 EVOLUZIONE DEGRADO DA CARBONATAZIONE L aumento di volume all interfaccia metallo-calcestruzzo genera elevate tensioni puntuali di trazione nel calcestruzzo che, sommate alle tensioni da ritiro impedito, provocano il distacco del copriferro, spalling.

101 CORROSIONE INDOTTA DA CARBONATAZIONE La porosità del calcestruzzo favorisce la carbonatazione specialmente dei calcestruzzi con alto rapporto A/C, per i quali il ph scende rapidamente a 9 dai 12,6-13,8 ordinari. Le condizioni ambientali peggiori sono quelle con umidità media.

102 CARBONATAZIONE La carbonatazione non provoca diminuzione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo, per cui il fenomeno non è pericoloso per il calcestruzzo non armato, dal momento che la resistenza presenta addirittura un leggero incremento, ma lo è per il calcestruzzo armato, rappresentando una delle principali cause di degrado del materiale, poiché determina l innesco della corrosione delle armature, dal momento che si perdono le condizioni di passività delle armature.

103 CARBONATAZIONE ED OSSIDAZIONE DEI FERRI DI ARMATURA

104 confezioni di fenolftaleina DIAGNOSI CARBONATAZIONE La diagnosi si effettua eseguendo un test colorimetrico con fenolftaleina su carotaggi o su frammenti di calcestruzzo, con le modalità previste dalla UNI 9944, spruzzando una soluzione idroalcolica di fenolftaleina su una superficie perpendicolare alla superficie di estradosso dell'elemento strutturale. A contatto con la soluzione di fenolftaleina il colore del calcestruzzo tende al viola se la pasta di cemento è alcalina (ph> 10,2 cls non carbonatato), rimane identico se la pasta ha un ph < 8,6. In tale calcestruzzo per effetto della carbonatazione Ca(OH) 2 si è completamente trasformato in CaCO 3. calcestruzzo carbonato

105 DIAGNOSI CARBONATAZIONE Un altro metodo consiste nel raccogliere con continuità le polveri prodotte durante la perforazione di un manufatto in calcestruzzo effettuata mediante un trapano a percussione per muratura. La prima polvere in uscita viene raccolta sul fondo di una provetta trasparente in posizione verticale, l ultima sulla sommità della stessa, ottenendo un campione di polvere ordinato all interno di un contenitore trasparente, che consente anche di verificare il regolare afflusso di polvere durante la perforazione. Utilizzando un righello con scala graduata si determina con precisione la lunghezza del campione di polvere prelevato, che va rapportato con la misurazione dell effettiva profondità del foro nel manufatto.

106 DIAGNOSI CARBONATAZIONE Nella provetta, dotata di un sottile taglio longitudinale, subito dopo l estrazione, si lascia filtrare la soluzione alcolica di fenolftaleina. Individuato il punto di passaggio tra polvere carbonatata e polvere alcalina, con il righello graduato si misura il valore della profondità del fronte di carbonatazione. Al termine della prova si procede alla chiusura del foro eseguito per il prelievo, utilizzando stucco per cemento ad asciugatura rapida. La prova è classificata di tipo semidistruttivo e la valutazione è del tipo a debole discriminazione nel senso che è semplice capire se il fenomeno sia in atto o meno, ma è difficile quantificarlo.

107 INDAGINI CARBONATAZIONE Nel caso, di seguito illustrato, si è utilizzata per la determinazione della profondità di carbonatazione del calcestruzzo una soluzione di fenoftaleina all 1 % in alcool etilico, spruzzata con un nebulizzatore, direttamente sulla scarificazione effettuata sul pilastro, evidenziando con il metro la profondità dello strato carbonatato. Le indagini per la determinazione della profondità della carbonatazione si possono effettuare anche sui coni di rottura formati dalle prove di pull-out e sulle carote estratte.

108 RIMEDI CARBONATAZIONE Sul calcestruzzo vanno applicati impermeabilizzanti che penetrando al suo interno, ne diventano parte integrante reagendo con l'idrossido di calcio (CaOH 2 ) o con il sodio e il potassio presenti nel cls, originando idrati di silicato di sodio, con proprietà cementanti e impermeabilizzanti. All interno dei pori e dei capillari del calcestruzzo si forma uno strato insolubile, che sigilla permanentemente il calcestruzzo, impedendo all umidità di penetrarvi, ma consentendo al calcestruzzo di traspirare. I prodotti in commercio sono liquidi, atossici, non infiammabili, inodori e trasparenti,in genere a base di minerali naturali, che possono essere immagazzinati per lunghi periodi.

109 EFFETTI DELLA CORROSIONE I fenomeni corrosivi risultano spesso segnalati dalla comparsa alla superficie esterna del calcestruzzo di macchie di ruggine oppure da danneggiamenti del copriferro provocati dall azione espansiva dei prodotti di corrosione. Questi occupano un volume da 2 a 6 volte superiore a quello del fenomeni corrosivi non riguardano solo gli aspetti funzionali o lo stato esteriore delle opere interessate dal ferro dal quale provengono a seconda della composizione e del grado di idratazione degli ossidi formatisi. Le conseguenze dei processo, ma anche gli aspetti strutturali e di sicurezza.

110 CORROSIONE DA CLORURI

111 CORROSIONE DA ALCALI-SILICE In ambiente umido la presenza di alcali, sodio e potassio, nel cemento e di silice reattiva, opale, calcedonio e alcune forme di quarzo, negli aggregati innesca la cosiddetta reazione alcali-silice. Il degrado si manifesta sotto forme distinte. Nelle strutture massive, contenenti una quantità rilevante di aggregato reattivo distribuito con omogeneità nel conglomerato, si ha una fessurazione diffusa, accompagnata da un rigonfiamento soprattutto nelle zone più esposte all umidità ambientale.

112 CORROSIONE DA ALCALI-SILICE Negli elementi strutturali armati si formano lesioni ad andamento lineare parallele al lato lungo del manufatto. Nei pilastri si generano fessure sulla mezzeria delle facce verticali. Se gli aggregati reattivi sono pochi e situati in vicinanza della superficie esposta all umidità, il degrado si manifesta nel sollevamento e successiva espulsione di una piccola area di calcestruzzo che circonda l inerte reattivo, pop out.

113 CORROSIONE DA ALCALI-SILICE Poiché il decorso della reazione alcali-aggregato richiede in genere tempi molto lunghi (da qualche mese a qualche decina di anni), il fenomeno è molto insidioso, comportando il degrado della struttura quando essa è ormai da tempo in pieno esercizio.

114 FASI CORROSIONE DA ALCALI-SILICE

115 DANNI DA CORROSIONE Nel 1984 Patterson ha effettuato un indagine sulle cause di corrosione su casi, rilevando che nell 88% dei casi la corrosione è da ricondurre ad errori in sede di progetto o di realizzazione dell opera. Errori di progettazione 37% Errori di costruzione 51% Cattivo comportamento materiale 4,5% Assenza di manutenzione 7,5%

116 PREVENZIONE DANNI DA CORROSIONE La prevenzione della corrosione delle armature e delle altre forme di degrado interessa tutte le fasi che portano alla realizzazione di un opera in calcestruzzo. Inizia in sede di progetto dell opera, nel momento della concezione e del calcolo della struttura, del disegno dei suoi particolari costruttivi, della scelta dei materiali da utilizzare e delle loro proporzioni ottimali. Si sviluppa poi nella fase della sua realizzazione con la preparazione, la messa in opera, la costipazione e la maturazione del calcestruzzo e con l eventuale applicazione di misure speciali di prevenzione aggiuntiva. Continua inoltre per tutta la sua vita di servizio con interventi programmati di ispezione e manutenzione.

117 PREVENZIONE DANNI DA CORROSIONE Relativamente alle misure di prevenzione riguardanti la progettazione, la messa in opera e la manutenzione delle strutture, si richiamano alcune regole pratiche. In fase di progettazione: la tipologia dell opera deve consentire l accessibilità all ispezione e alla manutenzione; lo schema strutturale deve essere tale da limitare al minimo la fessurazione del calcestruzzo; il progetto dei dettagli costruttivi deve, con riferimento anche alle modalità esecutive, evitare geometrie complesse, spigoli vivi, addensamenti di armature. Si sottolinea che giunti di dilatazione, appoggi e ogni zona di possibile ristagno d acqua costituiscono punti deboli della struttura dal punto di vista della durabilità.

118 PREVENZIONE DANNI DA CORROSIONE In sede di messa in opera: l impasto non deve segregare durante il trasporto e la posa in opera; la vibrazione va eseguita per ottenere la massima compattazione possibile, senza segregazione; gli effettivi spessori di copriferro devono corrispondere a quelli di progetto; le condizioni di temperatura e di umidità vanno mantenute ottimali per un periodo sufficientemente lungo, per consentire l idratazione del cemento; vanno effettuati tutti i controlli necessari per ottenere un prodotto che rispetti i requisiti qualitativi. Dal momento che operano figure diverse, quali progettista, direttore lavori, confezionatore del cls, impresa costruttrice e quella eventuale che effettua la manutenzione, sono particolarmente importanti i controlli alla loro interfaccia, cioè dove la responsabilità della qualità del prodotto passa da un gruppo a un altro.

119 CICLI GELO DISGELO Quando l acqua gela in una cavità capillare della pasta di cemento, aumenta di volume di circa il 9% e genera una pressione idraulica, che però non è la sola causa dell espansione della pasta di cemento. Se il grado di saturazione del calcestruzzo è superiore al 91,7%, grado di saturazione critica, l aumento di volume dell acqua, provocato dal congelamento, non è più in grado di essere contenuto all interno nei pori non ancora saturi di acqua, generando all interno del conglomerato pressioni capaci di distruggere progressivamente il calcestruzzo, soprattutto se il fenomeno si ripete ciclicamente. Il fenomeno degradante si manifesta sotto forma di fessurazioni, sfaldamenti e distacchi superficiali.

120 CICLI GELO DISGELO La pressione osmotica, dovuta alle differenze di concentrazione del sale nel fluido dei pori, e l effetto capillare, che implica una migrazione su larga scala dell acqua dai pori piccoli alle cavità più grandi, sono ugualmente responsabili dell espansione dei corpi porosi. Anche gli aggregati costituiti da roccia porosa, pietra arenaria, calcari e scisti possono essere interessati dallo stesso fenomeno. Il degrado si manifesta con modalità diversa a seconda che siano presenti o meno sali disgelanti. Se questi ultimi non sono presenti, i cicli, per effetto dell aumento di volume dell acqua, provocano un progressivo sfarinamento della pasta cementizia della superficie del manufatto, sgretolando la frazione di malta ed evidenziando l aggregato grosso. In presenza di sali si verifica il distacco e sollevamento di strati corticali di calcestruzzo.

121 CICLI GELO DISGELO L osservazione visiva, oltre al tipo di esposizione, permette di riconoscere il fenomeno. In sintesi, il disgelo in un primo tempo scongela la parte ghiacciata superficiale del calcestruzzo, provocando l infiltrazione dell acqua nelle porosità del calcestruzzo. In seguito con il congelamento dell acqua nelle porosità del materiale, si generano una serie di tensioni distruttive che dall interno spingendo verso l esterno, danneggiano, qualora il calcestruzzo presenti un alto grado di porosità, lo strato superficiale. Delaminazione strato superficiale Provino di calcestruzzo non areato danneggiato da cicli di gelo-disgelo