Indagini sperimentali su elementi strutturali estratti da una scuola esistente in c.a.

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1 Indagini sperimentali su elementi strutturali estratti da una scuola esistente in c.a. A. Masi 1, M. Dolce 1, M. Vona 1, D. Nigro 1, G. Pace 1, M. Ferrini 2 1 DiGG, Università di Basilicata, Campus Macchia Romana, Potenza 2 Regione Toscana Keywords: Edifici esistenti, cemento armato, valutazione, carotaggi, prove non distruttive ABTRACT: La valutazione del comportamento di strutture esistenti realizzate in calcestruzzo armato, non può prescindere dalla conoscenza delle proprietà meccaniche dei materiali costituenti: acciaio e calcestruzzo. In particolare, appare difficile stimare la resistenza a compressione del calcestruzzo in opera, essendo diversi i fattori condizionanti, spesso difficilmente quantificabili specie nel caso di calcestruzzi di bassa resistenza. Le modalità di indagine sono estremamente differenti tra loro sia per costi che per invasività rispetto alle strutture in esame. Le prove non distruttive (PND), economiche e poco invasive, soffrono di un grado di incertezza elevato. Le prove distruttive (PD), i carotaggi, sono molto più precise ma anche più costose ed invasive. La soluzione ottimale è rappresentata da un valido utilizzo di entrambi i metodi che consente di estendere i risultati ottenuti con le limitate indagini PD a tutti i punti, ovviamente in genere molto più diffusi, indagati con le metodologie PND. Al fine di individuare le migliori correlazioni tra PND e PD nel presente lavoro sperimentale si indaga circa le proprietà del calcestruzzo costituente alcuni elementi strutturali estratti da in edifici scolastico, la scuola media Fantoni di Fivizzano (M), progettata per soli carichi verticali. ono stati analizzati i risultati delle PND e PD sia su elementi trave che su elementi pilastri. L analisi dei risultati delle prove condotte in laboratorio mostra un accentuata variabilità delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo sia nell ambito di tutti gli elementi strutturali, prelevati da uno stesso impalcato, sia all interno dei singoli elementi strutturali. Risulta quindi necessario tarare delle relazioni ad hoc per la stima della resistenza del calcestruzzo in esame rispetto all utilizzo di espressioni di bibliografia ma anche individuare le modalità migliori per eseguire delle indagini in situ. 1 INTRODUZIONE Nel corso degli ultimi anni il tema della valutazione della vulnerabilità e del conseguente eventuale adeguamento degli edifici esistenti in c.a. è diventato sempre più importante. Al contrario di quanto accadeva in passato, le normative sismiche più evolute [OPCM 3274, 03; CEN, 04] hanno rivolto una specifica attenzione alle costruzioni esistenti sottolineandone la peculiarità e indicando che il tipo, la tecnica e l urgenza di un eventuale intervento debbono essere basate su una attenta valutazione della struttura in esame. Particolare importanza riveste in tale ambito la necessità di definire accuratamente le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo in situ, ed in particolar modo la sua resistenza a compressione, utilizzando prove e metodologie capaci di fornire risultati in modo affidabile ma non eccessivamente oneroso e invasivo. Le metodologie di indagine in situ possono essere di tipo distruttivo e non distruttivo. Le prime sono tecnicamente più delicate da eseguire ed onerose. Di conseguenza sono in genere possibili solo un numero limitato di prelievi ed i risultati ottenuti potrebbero non essere rappresentativi delle caratteristiche globali della struttura ai fini della stima della resistenza di calcolo. Peraltro, come si conferma nello studio riportato nel presente lavoro, in alcuni casi anche i valori ottenuti all interno di uno stesso elemento strutturale possono presentare una variabilità elevata. Le prove di tipo non distruttivo sono più economiche e di semplice applicazione ma, stimando in modo indiretto le proprietà meccaniche del calcestruzzo, sono condizionate da numerosi fattori ed il loro utilizzo esclusivo può determinare risultati poco affidabili (Masi, 05; Dolce et al. 06). In questo lavoro sono stati analizzati i risultati delle indagini condotte su alcuni elementi strutturali

2 (travi e pilastri) estratti da un edificio in c.a. in corso di demolizione. In particolare, sono state indagate le proprietà del calcestruzzo costituente ben 14 elementi strutturali (4 travi e 10 pilastri) estratti dalla cuola Media Fantoni di Fivizzano (M), la cui struttura fu progettata per soli carichi verticali. u ciascun elemento è stata realizzata un ampia campagna di indagini del tipo non distruttivo (PND), a cui ha fatto seguito un altrettanto ampia campagna di indagini di tipo distruttivo (PD) realizzata mediante estrazione di campioni cilindrici da sottoporre successivamente a prove di laboratorio per la determinazione diretta della resistenza a compressione. Dopo aver individuato le armature trasversali e longitudinali con prove pacometriche, si sono identificati, attraverso il tracciamento di un apposito reticolo geometrico, i punti nei quali effettuare le prove non distruttive e, successivamente, estrarre le carote. L elaborazione dei risultati sperimentali ottenuti ha consentito di giungere alla definizione di apposite relazioni tra i valori di resistenza ottenuti con le PD e quelli ricavabili dalle PND. I risultati della sperimentazione riportati nel presente lavoro sono riferiti principalmente alle travi, in quanto, per quanto riguarda i pilastri, alcune fasi del programma sperimentale sono ancora in fase di svolgimento. Infatti, sui pilastri la sperimentazione avrà anche l obiettivo di valutare l influenza che il prelievo di una carota può avere sulla resistenza dell elemento strutturale carotato, ponendo l attenzione, in modo particolare, sulla stima dell efficacia del ripristino successivo all estrazione. A tale scopo i pilastri sono stati divisi in due gruppi costituiti da elementi aventi caratteristiche, ad uno ad uno, analoghe in modo da risultare confrontabili. ugli elementi del primo gruppo verranno effettuate direttamente prove di compressione, mentre sugli e- lementi del secondo gruppo verranno prima estratte alcune carote e poi si procederà alla prova di compressione dopo avere ripristinato i fori. Figura 1. Planimetria del complesso scolastico. La struttura ha sempre conservato la destinazione d uso di progetto e non ha subito significative variazioni fino al 1977, anno in cui fu realizzata la sopraelevazione di un piano destinato ad ospitare nuove aule. La parte sopralevata è stata realizzata con struttura intelaiata in c.a. gettato in opera, mentre la copertura è costituita da capriate in acciaio. Alla luce dello stato di conservazione complessivo, dei risultati delle indagini in situ e delle valutazioni di vulnerabilità condotte tra il 00 ed il 02, la Regione Toscana, ha deciso la demolizione di tale parte del plesso scolastico, ritenendola la ricostruzione più conveniente rispetto ad un intervento di adeguamento/miglioramento. La parte con destinazione d uso aule, da cui sono stati estratti gli elementi strutturali oggetto del presente lavoro, aveva forma grossolanamente rettangolare e collegata strutturalmente alla palestra collocata alle spalle del corpo aule (figura 2). 2 DECRIZIONE DEI CAMPIONI INDAGATI Il complesso scolastico in esame, denominato cuola Media Fantoni di Fivizzano (M), si compone di tre corpi, differenti sia per destinazione d uso che per forma e tipologia costruttiva: la palestra, l edificio adibito ad uffici e l edificio adibito ad aule (figura 1). L intero complesso è stato progettato e realizzato nel 1959, in assenza di classificazione sismica e considerando le sole azioni gravitazionali. L edifico da cui sono stati prelevati i campioni oggetto del presente lavoro è il corpo aule. Tale edificio, nella sua configurazione originaria, è stato realizzato con telai in c.a. e con solai del tipo Celerap (spessore cm). Figura 2. Prospetto del complesso scolastico durante le operazioni di demolizione. La storia costruttiva implica, come conseguenza diretta sulle modalità di progettazione e realizzazione, due differenti tipologie di elementi strutturali presenti all interno del corpo aule: quelli realizzati in forza del progetto originario ai sensi del R.D. 2229

3 del 1939 e quelli dell ultimo livello, sopraelevato, realizzati in forza della Legge 1086 del 1971 e dei successivi Decreti Ministeriali di attuazione. In virtù dell epoca di progettazione e realizzazione sono quindi estremamente differenti sia le caratteristiche dei materiali in opera che i dettagli costruttivi. Gli elementi strutturali esaminati nella sperimentazione erano collocati all ultimo livello, ossia nella parte sopraelevata nel Il corpo aule si sviluppava per una lunghezza complessiva di circa 35m nella direzione longitudinale e 14m in quella trasversale, con una forma sostanzialmente irregolare e pilastri non allineati in entrambe le direzioni. Era costituito da quattro telai longitudinali realizzati con pilastri aventi il lato lungo generalmente orientato nella direzione trasversale, e da travi di dimensioni tra loro fortemente variabili su cui gravavano direttamente le capriate della copertura. La luce lorda delle campate era variabile da circa 3m ad oltre 6.5m. I pilastri presentavano sezioni variabili da 30x100cm sul prospetto principale, a 30x60cm negli altri casi. Le quantità di armatura longitudinale presenti, come dedotte dalle indagini condotte sugli e- lementi prelevati, sono abbastanza variabili ma comunque con percentuali piuttosto basse ( %). In direzione trasversale erano presenti sia travi con semplice funzione di collegamento sia travi portanti sul lato esterno. Per quanto riguarda le travi prelevate (figure 3 e 4) tre di queste (T1, T3 e T4) erano destinate a sopportare il carico della copertura direttamente mentre una aveva solo funzione di collegamento tra il telaio sul fronte principale e quello intermedio (T2). In tutti gli elementi strutturali in esame, come detto realizzati nel 1977, le armature rilevate sono del tipo ad aderenza migliorata. Figura 3. Una delle fasi di demolizione e prelievo dei campioni. La campagna di indagini, condotta nel Laboratorio Prove Materiali e trutture dell Università della Basilicata, è stata suddivisa in più fasi, ovvero una fase preliminare, atta ad individuare i punti in cui effettuare le misure, una seconda fase per la esecuzione delle prove non distruttive, e la fase finale in cui sono stati effettuati il prelievo delle carote e le successive prove di compressione. P8 P7 T1 P5 T4 P4 P9 P2 P6 P3 T3 P1 T2 Figura 4. chema strutturale della parte di scuola in esame e collocazione planimetrica dei campioni estratti (travi in rosso, pilastri in blu). Preliminarmente, su tutti gli elementi, è stata eseguita un ampia indagine pacometrica, rivolta a determinare la posizione delle barre di armatura lungo tutto l elemento strutturale che consentisse la predisposizione di un reticolo di riferimento, riferito alla presenza delle armature longitudinali e trasversali, all interno del quale effettuare le successive misure. Ciò ha consentito di non compromettere i risultati delle prove non distruttive e dei prelievi per l esecuzione delle prove distruttive. Per quanto riguarda le travi, il reticolo di riferimento è costituito da una maglia principale delle dimensioni mm che ha interessato le sole facce parallele alla direzione del getto. Per i pilastri il reticolo ha dimensione 0x0mm (uguale sui quattro lati). ulle travi è stata eseguita un ampia campagna di indagini, non distruttive e distruttive, che consentisse di individuare l andamento delle caratteristiche lungo l elemento strutturale, con l obiettivo anche di valutare se, ed in quale misura, le condizioni di funzionamento dell elemento strutturale potessero aver influito sulle resistenze locali del calcestruzzo. I pilastri sono stati suddivisi in due gruppi, in funzione delle caratteristiche e delle condizioni degli stessi in termini di degrado superficiale del calcestruzzo. Per i pilastri del primo gruppo, meno degradati, è previsto il prelievo di una carota per ciascun elemento prima della esecuzione della prova di compressione sull elemento ripristinato ai fini della valutazione degli effetti delle operazioni di prelievo/ripristino. Nell altro gruppo è invece previsto il prelievo di un più ampio numero di carote per ciascun elemento. Per entrambi i gruppi sono state eseguite numerose prove non distruttive. Nelle tabelle 1 e 2 è riportata la sintesi delle caratteristiche dimensionali e dei dettagli di armatura,

4 relativa agli elementi oggetto di indagine, così come risulta dai rilievi e sondaggi effettuati. Tabella 1. Dimensioni e armature degli elementi trave. Armature L B H Long. Trasv. ID Nodi Diam. Diam Passo. [cm] [cm] [cm] pos n [mm] [mm] [mm] T sup 2 10 inf T sup 2 10 inf sup 2 10 T ø inf 4 2ø14 T sup 2 10 inf Tabella 2. Dimensioni e armature degli elementi pilastro. Armature L B H Long. Trasv. ID Filo Diam. Diam. passo [cm] [cm] [cm] n [mm] [mm] [mm] A LE INDAGINI NON DITRUTTIVE (PND) E DITRUTTIVE (PD) 3.1 Modalità di esecuzione Le indagini sclerometriche sono state effettuate considerando una griglia costituita da campi 0mm 0mm, eseguendo 12 battute per ciascun punto di prova. La dimensione del campo è stata scelta tenendo conto delle difficoltà nell esecuzione delle battute conseguenti allo stato, a volte piuttosto degradato, delle superfici degli elementi. Il valore dell indice di rimbalzo, attribuito al baricentro geometrico di ciascun campo, è stato ottenuto come media delle 12 battute. Tutte le misurazioni sono state effettuate ortogonalmente alle facce seguendo le indicazioni contenute nella norma UNI EN [UNI EN, 01], adoperando uno sclerometro chmidt di tipo standard. Le prove ultrasoniche, utilizzate tra l altro anche al fine di individuare eventuali difetti e danneggiamenti del calcestruzzo come ad esempio fessure, cavità ecc., sono state condotte seguendo le indicazioni della norma UNI EN [UNI EN, 05]. È stato adoperato uno strumento avente frequenza di circa 50 khz avendo cura di interporre, tra la superficie del conglomerato e le sonde, una sostanza che ne assicurasse il corretto accoppiamento e minimizzasse del degrado e della irregolarità delle superfici. Le indagini sono state eseguite sia con il metodo diretto, o metodo per trasparenza, che con il metodo indiretto, o per superficie. Per quanto riguarda le prove per superficie, la modalità di misura adottate per indagare l elemento lungo tutta la sua lunghezza sono riportate in figura 5. Le misurazioni sono state eseguite, rispetto al trasduttore che emette gli impulsi sonici (Tx) posizionato nel generico campo, considerando il trasduttore ricevente (Tr) in punti diversi collocati a distanze progressivamente crescenti da 0 a 600 mm. Limitatamente alla trave 1, dove sia le dimensioni che lo stato di conservazione lo consentivano, le misure sono state effettuate lungo due allineamenti longitudinali collocati nelle parti superiore ed inferiore della trave, mentre sulle rimanenti travi le misure sono state effettuate lungo la linea orizzontale intermedia al reticolo di riferimento. Tx Tr1 Vista dall'alto Tr2 Tr3 Figura 5. Modalità di esecuzione delle misure ultrasoniche per superficie sulle travi. 3.2 Risultati delle PND e PD Nelle figure 6 9 sono riportati i risultati ottenuti dalle PND ultrasoniche sulle quattro travi. I risultati ottenuti utilizzando il metodo per trasparenza evidenziano un andamento pressoché costante, o al più con una limitata variabilità, lungo tutta la lunghezza delle travi, salvo alcuni outliers. Al contrario le misure ultrasoniche condotte utilizzando il metodo per superficie (nelle figure 6 9 sono riportati i risultati ottenuti con le misure aventi base di lettura 0mm, vedi figura 5) mostrano una elevata variabilità con valori assoluti decisamente inferiori a quelli ottenuti con il metodo per trasparenza. Tali differenze evidenziano il consistente stato di fessurazione superficiale dei campioni indagati, che influisce significativamente sulle misure per superficie determinando riduzioni della velocità misurata rispetto a quella ottenuta per trasparenza.

5 4750 Misure ultrasoniche per trasparenza Misure ultrasoniche per superficie Lembo superiore Lembo inferiore [cm] Figura 6. Andamento delle misure ultrasoniche lungo la trave T Misure dirette Misure superficiali 0 [cm] Figura 7. Andamento delle misure ultrasoniche lungo la trave T Misure dirette Misure superficiali [cm] Figura 8. Andamento delle misure ultrasoniche lungo la trave T Misure Dirette Misure uperficiali [cm] Figura 9. Andamento delle misure ultrasoniche lungo la trave T4.

6 Indice di rimbalzo [cm] Trave 1 Trave 2 Trave 3 Trave Figura 10. Andamento delle misure sclerometriche lungo le travi T1, T2, T3 e T Pilastro Pilastro Pilastro Pilastro Pilastro 10 Lato 1 Lato Figura 11. Andamento dell indice sclerometrico sui pilastri in cui è stato possibile eseguire le prove. Pilastro [cm] Pilastro 2 Pilastro 3 Pilastro 4 Pilastro 5 Pilastro 6 Pilastro 7 Pilastro 8 Pilastro 9 Pilastro 10 Figura 12. Andamento della velocità ultrasonica misurata per trasparenza lungo l altezza dei pilastri (la linea rossa visualizza il valor medio).

7 Infine, le misure ultrasoniche per superficie eseguite sulla trave 1 non hanno evidenziato significative differenze tra gli andamenti relativi ai due allineamenti superiore ed inferiore. Non è emersa, pertanto, un influenza della storia di carico pregressa, e del conseguente regime di sollecitazioni indotto, sullo stato dell elemento che, in altre sperimentazioni [Masi et al., 05], si era chiaramente manifestato in termini di distribuzione dei valori di velocità superficiale lungo l elemento. È da notare già dall analisi delle velocità di propagazione delle onde ultrasoniche l eterogeneità dei campioni esaminati. Infatti, in termini di valori assoluti, si notano significative differenze tra la trave 1 ed, in particolare, le travi 3 e 4. Tali differenze qualitative emergono anche dall analisi dei risultati delle indagini sclerometriche riportate nella figura 10. Dopo aver studiato le caratteristiche delle travi si è condotta la sperimentazione sul campione costituito dai 10 pilastri, con le stesse modalità utilizzate per le travi. Va però detto che, in questo caso, la possibilità di condurre indagini estese ed allo stesso livello di dettaglio adottato sulle travi è stata limitata dalle condizioni dello strato superficiale del calcestruzzo, che hanno di fatto impedito la realizzazione delle PND su alcuni pilastri. Come per le travi, sono state preliminarmente individuate le barre di armatura (mediante un ampia indagine pacometrica) ed è stato realizzato il tracciamento del reticolo di riferimento considerando una maglia principale delle dimensioni 0 0mm. Come già detto, le indagini sclerometriche hanno interessato solo gli elementi le cui superfici erano idonee (pilastri 2, 6, 7, 8, 10) mentre sui rimanenti elementi non è stato possibile ottenere valori attendibili dell indice di rimbalzo. I risultati delle indagini sclerometriche sui pilastri 2, 6, 7, 8, 10 sono riportati nella figura 11. Anche per quanto riguarda le indagini ultrasoniche non sempre è stato possibile ottenere valori attendibili (figura 12). Esaminando l andamento delle misure effettuate lungo i pilastri, stupisce l aver individuato dei valori generalmente poco variabili lungo l altezza. Infatti, nei pilastri le modalità di posa in opera determinano generalmente una variazione della resistenza lungo l altezza degli elementi strutturali (in particolare ciò accadeva in passato per l assenza di operazioni di compattazione). Per tale ragione può verificarsi una riduzione del -30% passando dalla base alla sommità. Anche per quanto riguarda i pilastri il confronto qualitativo tra i risultati ottenuti sui vari elementi evidenzia una forte eterogeneità delle caratteristiche del calcestruzzo. La seconda fase della sperimentazione ha riguardato l esecuzione delle indagini distruttive (PD). Le prove sono state realizzate seguendo le indicazioni contenute nella UNI EN [UNI, 02]. Per quanto riguarda le travi sono stati prelevati dei campioni cilindrici aventi diametro di 100 mm e lunghezza pari alla dimensione massima estraibile da ciascuna trave (carota passante). Il prelievo è stato eseguito sempre in corrispondenza di punti nei quali erano già state utilmente eseguite prove non distruttive. In particolare, per la trave 1 le carote sono state eseguite sia al lembo inferiore che al lembo superiore, con un passo di 0mm circa l una dall altra (figura 13), cercando di evitare quanto più possibile le armature longitudinali e trasversali. ulle rimanenti travi il campionamento è stato eseguito con un passo più ampio. Il numero totale di carote estratte è di 45 di cui 35 con lunghezza di 300mm e 10 con lunghezza di 0mm derivanti dal prelievo sulla trave 3 (tabella 3). I campioni estratti sono stati trattati in Laboratorio in modo da ottenere, laddove possibile, provini cilindrici di lunghezza pari a due volte il diametro. Dai campioni estratti dalle travi 1, 2 e 4 è stato possibile ricavare un solo provino di altezza 0mm, mentre dalla trave 3 sono stati ricavati dei provini cilindrici standard di altezza 0 mm e, dalla parte rimanente, dei provini di altezza variabile tra 149mm e 178mm. Dall analisi visiva effettuata sui campioni non si sono rilevate particolari imperfezioni della superficie ad eccezione di alcuni campioni estratti dalla trave 3 per problemi verificatisi durante l estrazione che hanno reso la superficie del campioni non regolare. Ciò conferma la necessità di una elevata cura nell eseguire il carotaggio e come un inadeguato fissaggio della carotatrice (dovuto ad esempio alle caratteristiche dimensionali degli elementi strutturali e/o alle caratteristiche del calcestruzzo) può essere fortemente condizionante nell ottenimento di provini indisturbati. ui tutti i provini estratti è stata eseguita un attenta analisi visiva dell eventuale stato fessurativo, da cui è emerso che delle 45 carote estratte solo due presentavano lesioni visibili parallele all asse del campione, dunque alla direzione del carico nella prova di compressione. u alcune carote sono state effettuate prove di carbonatazione, che pertanto hanno riguardato le sole travi. La carbonatazione, oltre a condizionare i risultati delle prove sclerometriche, può avere significative conseguenze sulla protezione delle armature in quanto produce una riduzione del ph all interno dello strato superficiale carbonatato a valori vicino alla neutralità. L acciaio presente all interno dello strato carbonatato si viene a trovare in un ambiente caratterizzato da un ph ben al disotto di 11.5, valore minimo necessario, in assenza di cloruri, per assicurare condizioni di passività. La determinazione dello spessore dello strato carbonatato è stata effettuata secondo la norma UNI 9944 [UNI, 1992] adoperando le carote prelevate, in modo da operare su una sezione ortogonale alla superficie esposta all aria. u tale sezione si spruzza una soluzione alcolica di fe-

8 nolftaleina: il calcestruzzo carbonatato non modifica il suo colore, mentre il calcestruzzo non ancora soggetto a carbonatazione assume il classico colore rosa della fenolftaleina in ambiente alcalino. I risultati hanno mostrato una limitata diffusione della carbonatazione nelle travi, che ha interessato soltanto gli strati superficiali, sintomo di una limitata porosità del calcestruzzo delle travi, che ne fa prevedere anche una buona qualità. 3.3 Analisi dei risultati Per quanto riguarda le travi, effettuando un analisi statistica dei dati relativi alle prove eseguite (tabella 3), si rileva la presenza di forti differenze nelle caratteristiche del calcestruzzo tra i diversi elementi. In particolare, è di rilievo la differenza riscontrata sui risultati delle prove di compressione. Infatti, se la presenza di alcuni valori anomali all interno di ciascun elemento potrebbe essere spiegata sulla base del danneggiamento del campione in fase di estrazione o per alcune lesioni preesistenti, sia la dispersione dei risultati per ogni elemento che le differenza tra i vari elementi trave appaiono particolarmente elevate Lembo inferiore Lembo superiore 0 [cm] Figura 13. Distribuzione resistenze a compressione f c sulle carote estratte dalla trave [cm] Figura 14. Distribuzione resistenze a compressione f c sulle carote estratte dalla trave [cm] Figura 15. Distribuzione resistenze a compressione f c sulle carote estratte dalla trave [cm] Figura 16. Distribuzione resistenze a compressione f c sulle carote estratte dalla trave 4. Tabella 3. tatistiche elementari dei risultati delle PND e PD sulle travi. Punti di CV Prova Elemento Media misura (%) sup T1 inf clerometro Ultrasuoni per trasparenza Ultrasuoni per superficie Vs Carotaggi resistenza carote T T T Totale T1 sup inf T2 dx T3 dx T4 dx Totale T1 up Inf T2 T3 Dx x Dx x Dx T4 x Totale up T1 Inf T T T Totale Gli andamenti mostrati nelle figure 6-10 ed i valori del coefficiente di variazione (CV) riportati in tabella 3 evidenziano una limitata variabilità per l indice sclerometrico () ed, ancor più, per la velocità ultrasonica misurata per trasparenza (V), mentre una significativa variabilità emerge per la resistenza delle carote (fc) e per la velocità superficiale (Vs). Emergono valori di CV variabili nell intervallo 18-37% per le velocità superficiali e nell intervallo 7-21% per i carotaggi.

9 I valori medi delle resistenze fc variano nell intervallo MPa, con scarti percentuali, rispetto alla media di tutti i valori (41.41 MPa), pari, rispettivamente, al -28% ed al +18%. Naturalmente vanno considerati con particolare attenzione gli errori in eccesso in quanto porterebbero a sovrastimare la resistenza del calcestruzzo in situ. Infine, i risultati relativi alla trave 1 mostrano valori medi praticamente coincidenti tra le zone inferiore e superiore per l indice sclerometrico, la velocità per trasparenza e la resistenza delle carote, mentre una spiccata differenza si rileva per la velocità superficiale. Tabella 4. tatistiche elementari dei risultati delle indagini ultrasoniche sui pilastri. Pilastro Numero di letture Media CV (%) Totale Per quanto riguarda i pilastri in tabella 4 sono riportati i risultati dell analisi statistica delle prove ultrasoniche eseguite per trasparenza. Emergono valori medi piuttosto bassi, mediamente più bassi di quelli ottenuti sulle travi (media totale pari a 3399 m/s contro V = 44 nelle travi). Al contrario, a segnalare una qualità complessiva più scarsa, nei pilastri si rilevano dispersioni maggiori (CV totale pari al 18.6% contro CV = 7.31% nelle travi). 4 ELABORAZIONE DEI RIULTATI DELLE PD E PND ULLE TRAVI La disponibilità di numerose misure sclerometriche ed ultrasoniche e, in punti corrispondenti ma in numero limitato, di carotaggi consente di applicare il metodo combinato onreb per stimare la resistenza a compressione del calcestruzzo delle travi. In particolare, è possibile utilizzare il metodo ricavando un espressione valida specificamente per il calcestruzzo in esame e non facendo ricorso ad espressioni di letteratura di dubbia validità per singole strutture. La procedura [Masi, 05] richiede la conoscenza della resistenza a compressione delle carote f car prelevate (convertita nel relativo valore cilindrico insitu f cis ed eventualmente nel valore cubico R c ) e dei corrispondenti valori dell indice di rimbalzo e della velocità ultrasonica V, ottenuti dalle prove non distruttive in situ effettuate prima dei carotaggi negli stessi punti. In tal modo è possibile determinare, effettuando una regressione non lineare, i coefficienti a, b e c dell espressione onreb, valida specificamente per il calcestruzzo in esame: R c = a b V Applicando tale espressione è possibile stimare le resistenze R c anche nei punti in cui sono state effettuate solo prove non distruttive, in modo da determinare la resistenza del calcestruzzo in esame da adottare nei calcoli (valore medio, frattile, ecc.) utilizzando i risultati delle prove distruttive e non distruttive. La procedura di valutazione combinata della resistenza del calcestruzzo è stata applicata tenendo conto che i risultati delle PND (misure sclerometriche ed ultrasoniche per trasparenza, tabella 3) hanno chiaramente evidenziato la presenza di almeno due ambiti omogenei per il calcestruzzo delle travi. Infatti, nella trave 1 sono stati misurati valori medi di e V molto diversi da quelli riscontrati nelle restanti travi. La procedura su descritta è stata applicata al campione omogeneo costituito dalle travi T2, T3 e T4. Inoltre, al fine di ottenere indicazioni utili per la pratica professionale, la resistenza a compressione del calcestruzzo è stata valutata in modo conforme alle indicazioni riportate nelle norme tecniche per le costruzioni in zona sismica [OPCM 3274, 03]. i è fatto riferimento ad un livello di conoscenza LC3. ono quindi state selezionate tre carote prelevate dalle travi T2, T3 e T4 secondo le indicazioni contenute in [Dolce et al., 06], ovvero localizzando il punto di estrazione ad una distanza dal filo del pilastro compresa tra 1/4 ed 1/5 della luce della trave (tabella 5). Considerando le tre terne di valori (, V e R c ) selezionate nel modo suddetto sono stati determinati i parametri a, b e c della relazione onreb riferita al calcestruzzo in esame. Prima di effettuare la regressione è stata verificata la presenza di un legame di proporzionalità diretta tra i valori di resistenza ottenuti dalle prove sulle carote ed i corrispondenti valori e V ottenuti sugli stessi punti. In assenza di tale proporzionalità diretta, che verrebbe segnalata anche da valori negativi dei coefficienti b e c, l espressione ottenuta potrebbe fornire valori non corretti. Applicando la procedura descritta è stata ricavata l espressione seguente: R c = 1.88E V c (1) Tale espressione calibrata è stata quindi applicata alle travi T2, T3 e T4 per stimare la resistenza del calcestruzzo in punti in cui si è ipotizzato di avere

10 solo misure non distruttive. A tale scopo, considerando PND sia sclerometriche che ultrasoniche, sono stati considerati per ciascuna trave un set di quattro punti selezionati tra tutte le prove eseguite in punti collocati ad un interasse pressoché costante pari ad 1/4 della luce. In tali punti, le resistenze stimate applicando l espressione (1) sono state messe a confronto con quelle ottenibili applicando le classiche espressioni di letteratura per l applicazione del metodo onreb [Gasparik, 1992], [Di Leo e Pascale, 1994], [RI- LEM, 1993], [Del Monte et al. 04]. Tabella 5. Valori delle PD e PND nei 3 punti di misura selezionati per la costruzione della regressione Trave V Rc T T T Media Tabella 6. Confronto tra i valori di Rc forniti dalle espressioni calibrata o di letteratura con quelli forniti dalle prove di compressione sulle carote. R c V Calibrata Rilem Gasparik Pascale Di Leo Del Monte Carote Trave T Media (T2) Trave T Media (T3) Trave T Media (T4) MEDIA TOTALE I risultati, riportati in tabella 6, mostrano che le resistenze ottenute con l espressione calibrata stimano nettamente meglio la resistenza a compressione rispetto alle espressioni di letteratura, come d altronde già rilevato in [Masi et al., 05]. Infatti, confrontando le resistenze medie fornite dalle diverse espressioni con quella ottenuta per ogni singola trave emerge che tutte le espressioni di letteratura sottostimano significativamente la resistenza fornita dalle carote. Al contrario valori molto prossimi a quelli delle carote si ottengono con l espressione calibrata anche se nel caso della trave T3 l errore sarebbe in eccesso, dunque a svantaggio di sicurezza. In realtà il valore significativo è costituito dalla media totale (ultima riga della tabella 6) che è il valore che andrebbe assunto come resistenza di calcolo nelle verifiche di sicurezza secondo normativa [OPCM 3274, 03]. È da notare come per tale valore l errore che commesso con l espressione calibrata sarebbe modesto (-3.1%) mentre considerando le altre espressioni si otterrebbero errori molto maggiori (da un minimo di -29.6% con l espressione fornita da Di Leo e Pascale, ad un massimo di % con l espressione di Del Monte et al.). 5 CONCLUIONI La valutazione delle caratteristiche del calcestruzzo in situ, ed in particolar modo la sua resistenza a compressione, richiede metodiche di prova capaci di fornire risultati in modo affidabile ma non eccessivamente oneroso. Questo obiettivo può essere conseguito efficacemente dall utilizzo combinato di carotaggi e prove non distruttive. I primi forniscono risultati localmente affidabili ma, dato il loro numero limitato, poco rappresentativi; le PND forniscono risultati in assoluto poco affidabili ma, grazie alla loro maggiore diffusione, in grado di meglio riprodurre la variabilità delle proprietà del calcestruzzo insitu. La sperimentazione descritta nel presente lavoro ha evidenziato una consistente variabilità dei valori misurati all interno dei singoli elementi e tra un e- lemento e l altro. In particolare si è confermata la tendenza ad avere una più spiccata variabilità nei valori di velocità ultrasonica superficiale e, purtroppo, nelle resistenze delle carote estratte. Le differenti dispersioni ottenute per le diverse tipologie di indagine confermano quanto già trovato in altre sperimentazioni (Masi et al. 05, Dolce et al. 06). Una certa dispersione nei risultati delle misure appare fisiologica in considerazione dell intrinseca variabilità delle proprietà meccaniche e delle condizioni del materiale nonché per le caratteristiche dei metodi di prova utilizzati. D altra parte va sottolineato come, ai fini della stima della resistenza di calcolo del calcestruzzo da adottare nella valutazione delle strutture esistenti, la significativa variabilità dei valori di f c lungo le travi pone degli interrogativi rilevanti. Nel caso in esame la sperimentazione interessa gli elementi in tutto il loro sviluppo, per cui è possibile individuare eventuali valori anomali e stimare il valore di interesse in termini medi. Al contrario, nelle situazioni reali, in cui si di-

11 spone in genere di un solo punto di misura nei singoli elementi strutturali, il risultato ottenuto potrebbe non essere rappresentativo delle proprietà medie. Le espressioni ricavate mediante la procedura di calibrazione dei valori delle prove non distruttive con i risultati forniti dai carotaggi stimano in modo buono i valori medi della resistenza a compressione del calcestruzzo. Peraltro, è emerso come tale risultato è conseguibile con un numero molto limitato di carote (nel caso in esame 3) purché le stesse vengano estratte in punti opportunamente selezionati e che si controlli, prima di effettuare la regressione, che i risultati delle misure non distruttive adoperate per la calibrazione abbiano un legame di proporzionalità diretta con le resistenze ottenute dai carotaggi. Naturalmente nelle campagne di indagine svolte nella pratica professionale, l estensione delle prove deve necessariamente essere più limitata rispetto a quanto è stato possibile fare nella presente sperimentazione. Questo inevitabile quanto ovvio limite al numero di indagini appare particolarmente importante alla luce della spiccata variabilità delle caratteristiche del calcestruzzo non solo tra differenti tipologie di elementi (travi e pilastri) ma tra elementi della stessa tipologia e, in alcuni casi, anche all interno del singolo elemento. e queste ultime differenze possono essere in parte attribuite a fenomeni di danneggiamento in fase di prelievo e trasporto o a diffuse fessurazioni, peraltro individuabili con un attenta indagine in situ, più complessa e problematica da affrontare è la questione posta dalla variabilità rilevata tra travi appartenenti allo stesso impalcato. Le indicazioni utili ricavate dal presente lavoro riguardano, pertanto, la necessità di condurre un ampia campagna di indagini non distruttive al fine di individuare, in termini relativi, le caratteristiche del calcestruzzo dei vari elementi strutturali. ulla base dell elaborazione dei risultati delle PND, può essere identificata la presenza di uno o più ambiti omogenei e, dunque, predisposto il programma per stabilire il numero e la localizzazione dei carotaggi nella struttura. Inoltre, non va sottovalutata la possibilità di individuare eventuali valori anomali delle resistenze fornite dalle carote (ad es. a causa di fessurazioni o di effetti di rimaneggiamento dovuti all estrazione) utilizzando i risultati delle PND. Infine, va rilevato che il metodo illustrato in [Masi, 05], applicato in modo rispondente a quanto richiesto dalle norme tecniche [OPCM 3274, 03] porta ad una buona capacità di stimare i valori medi di resistenza a compressione del calcestruzzo da a- dottare nelle verifiche di sicurezza sotto sisma, confermando quanto già emerso in [Dolce et al., 06]. n. 2 Valutazione e riduzione della vulnerabilità di edifici esistenti in c.a. (Task Metodi Non Distruttivi) e con il contributo parziale della Regione Toscana. i ringrazia per il contributo fornito l arch. G. De Pasquale del ervizio ismico della Regione Toscana ed il personale del Laboratorio Prove Materiali e trutture dell Università di Basilicata. BIBLIOGRAFIA CEN, 04. Eurocode 8 - Design of structures for earthquake resistance - Part 3: Assessment and retrofitting of buildings (draft n. 6), pren , Brussels. Del Monte E., Lavacchini G., Vignoli A., 04. Modelli per la previsione della resistenza a compressione del calcestruzzo in opera, Ingegneria ismica, N. 3, settembre-dicembre 04. Di Leo, G. Pascale, Prove non distruttive sulle costruzioni in c.a., Il giornale delle prove non distruttive, n Dolce M., Masi A., Ferrini M., 06. Estimation of the actual in-place concrete strength in assessing existing RC structures, The econd International fib Congress, June 5-8, 06, Naples, Italy Gasparik I., Prove Non Distruttive nell Edilizia, Quaderno Didattico AIPND, Brescia, Masi, A., 05. La stima della resistenza del calcestruzzo in situ mediante prove distruttive e non distruttive, Il giornale delle prove non distruttive, n Masi A., Dolce M., Chiauzzi L., Nigro D., Ferrini M., 05, Indagini sperimentali sulla variabilità della resistenza del calcestruzzo negli elementi strutturali di edifici esistenti in c.a., Atti del 11 Convegno Nazionale dell AIPnD, Milano, ottobre 05. Ordinanza Presidente Consiglio dei Ministri N del marzo 03. Allegato 2 - Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l adeguamento degli edifici. Regio Decreto 16/11/1939 n Norme per la esecuzione delle opere in conglomerato cementizio semplice ed armato. RILEM, NDT 4 Recommendations for in situ concrete strength determination by combined non-destructive methods, Compendium of RILEN Technical Recommendations, E&FN pon, London. UNI EN, 01. UNI EN , Prove sul calcestruzzo nelle strutture Prove non distruttive Determinazione indice sclerometrico, dicembre 01. UNI EN, 02. UNI EN , Prove sul calcestruzzo nelle strutture Carote Prelievo, esame e prove di compressione, aprile 02. UNI EN, 05. UNI EN , Prove sul calcestruzzo nelle strutture Parte 4: Determinazione della velocità di propagazione degli impulsi ultrasonici, gennaio 05. UNI, UNI 9944, Corrosione e protezione dell armatura del calcestruzzo. Determinazione della profondità di carbonatazione e del profilo di penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo, febbraio RINGRAZIAMENTI Il presente lavoro è stato svolto nell ambito del progetto DPC-ReLUI 05-08, Linea di ricerca