Introduzione PROVA SCLEROMETRICA

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1 PROVA SCLEROMETRICA Introduzione Nella pratica edilizia e dell ingegneria civile, la stima della qualità del calcestruzzo è necessaria, sia per i controlli di qualità dei nuovi edifici che per indagini di strutture esistenti. Una delle tecniche più diffuse per stimare la resistenza a compressione del calcestruzzo è la prova di durezza superficiale effettuata con lo sclerometro. La ragione di tale successo non è l'affidabilità del test, abitualmente inferiore al 30%, ma la semplicità della procedura, il basso costo delle apparecchiature e la sua facilità di utilizzo. Come detto, con questa prova, non si ha una grande affidabilità dei risultati, difatti vi sono numerosi parametri che influenzano la prova alterandone i risultati come ad esempio il contenuto di umidità, la maturazione del cls (che è sicuramente uno dei principali parametri che influenzano la prova sclerometrica), la carbonatazione del calcestruzzo, lo stato di sollecitazione, l imperfetta taratura dello strumento, l errato posizionamento dello strumento (non ortogonale alla superficie da provare), la presenza di armature più meno superficiali, la forma degli elementi (ad es. per strutture sottili o di dimensioni ridotte il risultato della prova potrebbe essere alterato poiché le vibrazioni indotte dall urto o l esigua distanza dai bordi liberi alterano il rimbalzo della massa), infatti, la dimensione ridotta della zona d impatto dello strumento (diametro dell ago di circa 20 mm) provoca una forte dipendenza del risultato dalla presenza di disomogeneità locali (fig. 1). 1 Figura 1 Disomogeneità locali che influenzano la prova Risultati ottenuti dalla sperimentazione dicono che, trascurare l influenza di questi parametri, porta a variazioni fino al 70% nella stima della resistenza del calcestruzzo. Inoltre, le numerose indagini effettuate in situ, su edifici esistenti, hanno mostrato che la prova sclerometrica non è in grado di dare una stima attendibile della resistenza del calcestruzzo, ma sembra utile unicamente come strumento per la valutazione grossolana dell omogeneità del materiale.

2 L apparecchiatura di prova L apparecchiatura con cui viene effettuata la prova è la seguente: - sclerometro (fig. 2), ovvero un apparecchio meccanico con un maglio di acciaio caricato a molla. Lo sclerometro è uno strumento per prove non distruttive (non richiede la demolizione del materiale oggetto di indagine) su calcestruzzo, roccia e muratura che stima la resistenza a compressione del materiale a partire dalla sua durezza superficiale. Esso è basato sul principio che, una massa, battendo violentemente contro una superficie di calcestruzzo, rimbalza in misura tanto più pronunciata quanto più compatto e resistente è il materiale su cui batte. Come è fatto e come funziona Più nel dettaglio, lo sclerometro consiste in un corpo cilindrico in alluminio nel cui interno è alloggiata una massa battente in acciaio che, azionata da una molla, contrasta un asta di percussione a contatto con la superficie di prova del calcestruzzo; questa viene premuta sulla superficie fino al limite della sua corsa, contemporaneamente la massa interna guidata dall asta di scorrimento e tirata dalla molla colpisce il materiale rimbalzando ad una certa distanza che viene segnalata da un indice su una scala graduata. 2 Figura 2 Sclerometro per c.a. - incudine di taratura (fig. 3), ovvero una incudine di acciaio caratterizzata da una massa di circa 16 Kg ed una durezza minima predefinita, mediante la quale viene verificato il corretto funzionamento dello sclerometro prima, durante e dopo le operazioni di indagine; Figura 3 Incudine di taratura per sclerometro. - pietra abrasiva (fig. 4), al carburo di silicio con tessitura granulare media, ovvero materiale equivalente, con la quale regolarizzare la superficie nuda del calcestruzzo prima della prova. (In genere questa è fornita con lo sclerometro). Figura 4 Pietra abrasiva.

3 La prova sclerometrica L indagine sclerometrica, o prova sclerometrica, è una prova non distruttiva per la determinazione dell indice di rimbalzo sclerometrico di un area di calcestruzzo indurito utilizzando un martello di acciaio azionato da una molla, noto appunto come sclerometro (o martello di Schmidt). Tale prova è normata dalla UNI EN : e si basa sulla corrispondenza esistente tra il carico unitario di rottura a compressione e la durezza superficiale del calcestruzzo. La prova va effettuata quando la struttura è al rustico cioè senza la presenza di finiture quali intonaci, pavimenti, ecc. Il primo passo è, chiaramente, individuare le membrature (pilastri, travi, ecc.) oggetto delle misure sclerometriche. Di norma ogni serie di misurazioni è composta da 12 battute. Prima di ogni misurazione si effettua la pulizia della superficie di indagine utilizzando ad esempio una pietra abrasiva o una mola. Successivamente si disegna sulla superficie da saggiare, con una matita, una griglia regolare costituita da 12 punti distanti mm (di norma 30 mm) tra loro, utilizzando un'apposita griglia in plastica (normalmente in dotazione con lo strumento). In corrispondenza di questi punti si effettuano le battute e si segnano i singoli indici di rimbalzo. Per ogni serie di misurazioni normalmente si scartano i due valori maggiori e si mediano i rimanenti 10 ottenendo così l indice di rimbalzo medio Im. I risultati delle prove possono considerarsi accettabili quando almeno l 80% degli indici di rimbalzo (I) differiscono da Im per meno di 6 unità. Dalla curva di correlazione (fig. 5) relativa alla direzione dello sclerometro (orizzontale, verticale verso il basso, verticale verso l alto) si trasforma Im in resistenza cubica Rm. 3 Figura 5 Curva di correlazione di uno sclerometro per c.a. 1 La metodologia di prova non distruttiva in esame è inoltre descritta al punto 12.4 delle Linee guida per la messa in opera del calcestruzzo strutturale e per la valutazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo indurito mediante prove non distruttive, pubblicate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici - Servizio Tecnico Centrale.

4 Noto il valore di progetto della resistenza Rck, nell ipotesi di controllo di accettazione del calcestruzzo di tipo A, si può calcolare la resistenza media a compressione di progetto Rmp: Rmp = Rck +3, 5. Se Rm è uguale a Rmp il calcestruzzo utilizzato è compatibile con il calcestruzzo previsto in progetto. La stessa norma UNI EN :2012 puntualizza che l indice sclerometrico determinato mediante questo metodo può essere utilizzato per la valutazione dell uniformità del calcestruzzo in sito, per delineare le zone o aree di calcestruzzo di scarsa qualità o deteriorato presenti nelle strutture e che il metodo di prova non è inteso come alternativa per la determinazione della resistenza a compressione del calcestruzzo ma, con una opportuna correlazione, può fornire una stima della resistenza in sito. in breve Con la prova sclerometrica non si va a misurare la resistenza a compressione del cls ma, piuttosto, l omogeneità dei getti. L uso della prova sclerometrica in termini assoluti (determinazione della resistenza a compressione) è giustificata solo in un primo approccio di larga massima alla caratterizzazione del materiale ma non può costituire un dato progettuale. Quanto alla prova in sé, un colpo di battuta con una massa nota va a colpire il materiale oggetto di indagine (cls) con una certa energia predefinita e rimbalza con una velocità che è funzione della durezza del materiale stesso; dall entità del rimbalzo, tramite una tabella di conversione, si determina la resistenza alla compressione del calcestruzzo. 4 Vantaggi Semplicità di utilizzo Manegevolezza Economicità Svantaggi Incertezza nell interpretazione dei risultati La correlazione tra l indice di rimbalzo (che misura la durezza superficiale del cls) e la resistenza a compressione non ha una stretta relazione fisica I risultati sono riferiti solo allo strato superficiale Anche se le prove effettuate con uno sclerometro non sono ufficialmente riconosciute, a causa delle molteplici varianti che possono influire sui risultati, l'utilizzo dello sclerometro permette una valutazione tra i diversi elementi per stabilirne le affinità. Pertanto possiamo definire la misura sclerometrica come un indicazione riguardo all omogeneità del calcestruzzo, che può permettere l'individuazione di zone degradate, dove sarà necessario effettuare test più approfonditi.

5 PROVA CON ULTRASUONI Introduzione Lo strumento ad ultrasuoni viene utilizzato per valutare la presenza di difetti, vuoti, crepe, fessure ecc. in sito sulle strutture di calcestruzzo (o rocce o altri manufatti in genere) e per controllarne le sollecitazioni dovute a fattori ambientali. Questo tipo di prova fornisce dati circa l omogeneità del calcestruzzo generando impulsi ultrasonici che vengono trasmessi nel manufatto misurando il tempo richiesto dal segnale per passare dalla sonda trasmittente a quella ricevente attraverso il materiale in esame. E possibile inoltre avere dati indicativi riguardo il modulo di elasticità dinamica e, applicando delle formule matematiche, si ottengono inoltre stime sulla resistenza a compressione del calcestruzzo. L apparecchiatura di prova L apparecchiatura di prova (fig. 6) è costituita da: - una sonda trasmettitrice (quarzo piezoelettrico) che emmette impulsi o altra sorgente sonora; - una sonda ricevitrice (pick-up) che capta gli impulsi o quarzo piezoelettrico; - un quadro che trasmette e misura il tempo tra emissione e ricezione. 5 Figura 6 Strumentazione ad ultasuoni La prova con apparecchio ad ultrasuoni Per effettuare la prova si dispongono le sonde (trasmittente e ricevente) a contatto con la superficie da indagare, si emette un impulso sonoro e si misura la velocità di propagazione di tale impulso attraverso il cls. Possiamo avere tre metodi di prova: 1 - metodo indiretto 2 - metodo diretto 3 - metodo semidiretto Senza dubbio il metodo della trasmissione diretta è il migliore fra i tre perché in tal caso l onda attraversa l intero spessore di cls.

6 La velocità dell impulso è data da: V= (S/t) x 1016 dove V= velocità [m/sec] S= distanza [m] t= tempo [μsec] (la lunghezza della traiettoria deve essere 10cm). Nel cls la velocità di propagazione di solito è compresa tra 3500 e 4500 m/sec, la qualità del cls è considerata ottima per velocità superiori a 4,5 Km/sec, buona per velocità comprese tra 3,5 e 4,5 Km/sec, dubbia fra 3,0 e 3,5 Km/sec, mediocre tra 2,0 e 3,0 Km/sec, pessima quando risulta < 2,0 Km/sec. Tale prova, rispetto alla prova sclerometrica, offre il vantaggio che va più in profondità (si può indagare l intero spessore di cls che interessa), tuttavia la stima della resistenza presenta ancora delle difficoltà legate alla eccessiva sensibilità della strumentazione in rapporto alla disomogeneità interna del materiale (percentuale di vuoti, forma e dimensione degli aggregati, presenza di barre di armatura, ecc.). Infatti questa prova, sostanzialmente, si basa sulla relazione tra la velocità degli impulsi (V) ed il modulo elastico dinamico (Ed), da questo, sapendo che è circa il 20% più alto del modulo elastico statico (Es), si risale appunto al modulo Es e da quest ultimo si ricava la resistenza a compressione, infatti dalla normativa si ha: Es= 5700 x Rc 1/2 da cui Rc = (Es/5700) 2 [Mpa] Tuttavia, si tratta di relazioni empiriche che correlano grandezze concettualmente non correlabili (modulo elastico e resistenza di un materiale), affette da errori talora anche significativi. 6 Prove combinate sclerometro-ultrasuoni (Metodo SonReb) Alcuni ricercatori ritengono che combinando prove sclerometriche e ultrasoniche (Sonic+Rebound) è possibile compensare parzialmente l errore sperimentale, ottenendo una stima più attendibile della resistenza del calcestruzzo. La possibilità di compensare gli errori delle due tecniche deriva dalle loro caratteristiche intrinseche: - il rimbalzo dello sclerometro è influenzato dalle proprietà dello strato superficiale; - la velocità degli ultrasuoni è influenzata prevalentemente dalle proprietà della parte interna del materiale; - l umidità induce errori per difetto nello sclerometro e per eccesso nelle tecniche ultrasoniche. La combinazione delle due prove viene eseguita con relazioni del tipo: R c =a R α V β = [MPa]