VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA IN OPERA LUIGI COPPOLA
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1 VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA IN OPERA LUIGI COPPOLA
2 VALUTAZIONE RESISTENZA IN OPERA R c-insitu NUOVE COSTRUZIONI COSTRUZIONI ESISTENTI Errori e difetti durante la messa in opera Esito negativo dei controlli di accettazione Valutazione della resistenza effettiva del materiale Le Nuove Frontiere del Calcestruzzo Strutturale Salerno - Aprile 2010
3 METODI PER LA DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA IN OPERA SON-REB SCLEROMETRO PULL-OUT CAROTAGGIO ULTRASUONI PULL-OFF METODI NON DISTRUTTIVI METODI SEMI-DISTRUTTIVI Le Nuove Frontiere del Calcestruzzo Strutturale Salerno - Aprile 2010
4 ERRORE % METODI NON DISTRUTTIVI Le Nuove Frontiere del Calcestruzzo Strutturale Salerno - Aprile 2010
5 METODI NON DISTRUTTIVI Per quanto riguarda le prove con ultrasuoni, il loro uso nella determinazione della resistenza è sconsigliabile, a causa del gran numero di variabili che intervengono nel legame tra resistenza e velocità di propagazione delle onde elastiche. Le prove di pull-out e di break-off consentono una stima della resistenza a trazione e di quella a trazione per flessione, con un buon grado di approssimazione.
6 SCELTA DEL CAROTAGGIO Il carotaggio è comunque il metodo di riferimento per la calibrazione (taratura) di tutti i metodi non distruttivi o parzialmente distruttivi. VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA IN OPERA MEDIANTE CAROTAGGIO
7 FONDAMENTALE R c,carota R c,opera R c,carota R c,opera
8 VALORI GREZZI Estrazione delle carote dalla struttura Schiacciamento delle carote in laboratorio Valore grezzo di resistenza a compressione del materiale Applicazione dei coefficienti correttivi Le Nuove Frontiere del Calcestruzzo Strutturale Salerno - Aprile 2010
9 EN Approccio forfettario A R ck-opera = R cm-opera K R ck-opera = R cmin-opera + 4 N/mm 2 N prelievi Valore K
10 EN Approccio statistico B R ck-opera = R cm-opera 1.48 s n R ck-opera = R cmin-opera + 4 N/mm 2
11 PROPOSTA Sulla base dei principali documenti presenti in letteratura: 1. CONCRETE SOCIETY TECHNICAL REPORT n.11 (1976); 2. BRITISH STANDARD :1983; 3. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE ACI 214.4R- 03 (2003); proposta del METODO HOLOS (2010) prendendo in considerazione tutti i fattori influenzanti il valore delle resistenza in opera R c INSITU = F dia F h/d F mc F Fe F Tor F Dir F t F T R c carote
12 PARAMETRI INFLUENZANTI DIAMETRO (d) - RAPPORTO h/d LOCALIZZAZIONE DEI CAROTAGGI RESISTENZA CAROTE MODALITÁ DI CONSERVAZIONE PRIMA DELLA PROVA PRESENZA DI FERRI DI ARMATURA EFFETTO TORMENTO DIREZIONE DI PRELIEVO TEMPO E TEMPERATURA
13 DIAMETRO DELLE CAROTE Il valore della resistenza a compressione è influenzato dal rapporto tra il diametro della carota (d) e la dimensione massima dell aggregato utilizzato nel confezionamento dell impasto (D max ). Questa influenza diventa significativa quando d/d max risulta inferiore a 3.
14 DIAMETRO CAROTE d vs D max D max (mm) D max d carota (mm) I calcestruzzi generalmente vengono confezionati con aggregati aventi D max 32 mm diametro delle carote 100 mm.
15 ESIGENZE PARTICOLARI - valutare la resistenza di un calcestruzzo confezionato con aggregati aventi D max > 32 mm ricorrere a carote d = 150 mm; - impossibilità di prelevare carote prive di ferri d armatura paralleli all asse della carota estrazione di una carota d < 100 mm (ad esempio 75 mm), ma MAI INFERIORE A 50 mm.
16 DIAMETRO DELLE CAROTE DIAMETRO DELLA CAROTA RESISTENZA A COMPRESSIONE COEFFICIENTE DI VARIAZIONE (aumentare il numero di prelievi) Fattore di correzione per il diametro delle carote = F dia
17 DIAMETRO DELLE CAROTE DIAMETRO CAROTA d (mm) F dia
18 GEOMETRIA DELLA CAROTA RAPPORTO h/d d RESISTENZA h A causa dell azione di contenimento (EFFETTO DI CONFINAMENTO) esercitata dalle piastre della macchina di prova
19 GEOMETRIA DELLA CAROTA RAPPORTO h/d RESISTENZA A COMPRESSIONE Fattore di correzione per il rapporto h/d = F h/d
20 SNELLEZZA DELLE CAROTE h/d R c-carota
21 RESISTENZA CUBETTI / CAROTE R carota (d= mm; h/d=1) = R cubetto (l=150mm)
22 ESEMPIO Pertanto, se ad esempio è stata determinata una resistenza a compressione di 20 N/mm 2 su una carota di diametro 100 mm e rapporto h/d = 0.75 la resistenza a compressione cubica vale: R c-in SITU(Fh/d;Fd) = R c-carota * F dia * F h/d = = 20 * 1.00 * 0.83 = 16.6 N/mm 2
23 LOCALIZZAZIONE DEI CAROTAGGI I carotaggi debbono essere effettuati ad una distanza dai bordi dell elemento almeno pari a 1.5 volte il diametro della carota
24 VERIFICHE PRELIMINARI Prima di sottoporre i campioni alla prova di compressione, È NECESSARIO verificare: PLANARITÀ delle superfici d appoggio; ORTOGONALITÀ delle superfici d appoggio. La lavorazione o preparazione inadeguata dei provini porta a risultati erronei. Il semplice taglio e la molatura delle superfici di prova può non soddisfare i requisiti di parallelismo e planarità richiesti dalle norme.
25 RETTIFICA Nell esecuzione delle operazioni di carotaggio l utensile dovrà essere fissato rigidamente alla struttura in calcestruzzo mediante degli opportuni tasselli al fine di garantire che l asse della carota risulti perfettamente verticale. Dopo il taglio meccanico si procederà all operazione di SPIANATURA E RETTIFICA DELLE BASI DEL PROVINO CON MACCHINA PROVVISTA DI MOLE ABRASIVE.
26 CAPPATURA Nel caso in cui non fosse possibile rettificare meccanicamente la carota, si deve ricorrere alla RETTIFICA CON STRATO DI MALTA (in gergo definita CAPPATURA ). Tale operazione consiste nell applicazione di uno strato di malta sulle basi della carota che NON DEVE ESSERE SUPERIORE A 10mm. Infatti, in questa evenienza si ridurrebbe l effetto di confinamento esercitato dai piatti della pressa sul calcestruzzo con il risultato che la resistenza a compressione misurata sul provino cappato risulterebbe inferiore a quella misurata sullo stesso provino rettificato meccanicamente
27 CAPPATURA
28 MATURAZIONE DELLA STRUTTURA E opportuno far presente che al fine di limitare l influenza derivante da una non corretta maturazione dei getti (che fortunatamente ha scarse implicazioni sugli aspetti relativi alla collaudabilità dell opera, ma incide pesantemente sulla durabilità delle strutture) è opportuno quando si effettua il taglio della carota che VENGANO RIMOSSI I PRIMI cm più corticali che sono quelli interessati da un minor grado di idratazione.
29 EFFETTO DELLA MATURAZIONE UMIDA STAGIONATURA UMIDA PER: 3gg 28gg 7gg 24h 12h Variazione % della resistenza rispetto a quella di un calcestruzzo maturato a umido per 3gg a/c = 0.60 U.R. = 50% Distanza dalla superficie (mm)
30 CONSERVAZIONI DELLA CAROTA Diverse considerazioni si debbono fare nel caso delle modalità di conservazione delle carote, nelle ore successive all estrazione, in quanto direttamente correlate al contenuto di umidità delle carote
31 CONSERVAZIONI DELLA CAROTA Condizioni di conservazione delle carote dopo l estrazione e prima della prova a compressione (ASTMC 42/C 42M 04) COME RICEVUTE IN ACQUA PER 48h ASCIUGATE ALL ARIA
32 CONSERVAZIONI DELLA CAROTA UMIDITÀ DEI CAMPIONI RESISTENZA A COMPRESSIONE Fattore di correzione per le condizioni di umidità = F mc
33 CONSERVAZIONI DELLA CAROTA TIPO DI CONSERVAZIONE F mc Come ricevute 1.00 In acqua 1.09 Essiccate all aria 0.96
34 ESEMPIO Pertanto, se ad esempio è stata determinata una resistenza a compressione di 20 N/mm 2 su una carota di diametro 100 mm e rapporto h/d = 1, conservata in acqua fino al momento della prova, la resistenza a compressione cubica vale: R c-in SITU(Fh/d;Fd;Fmc) = R c-carota * F d * F h/d * F mc = = 20 * 1.00 * 1.00 * 1.09 = = 21.8 N/mm 2
35 FERRI DI ARMATURA Prima di effettuare il carotaggio è opportuno dotarsi di un magnetometro (pacometro o profometro) per individuare le zone della struttura dove poter effettuare un carotaggio senza interessare le barre di armatura.
36 CAROTE INUTILIZZABILI NON È POSSIBILE UTILIZZARE CAROTE CHE PRESENTINO FERRI PARALLELI ALL ASSE LONGITUDINALE della stessa in quanto il valore misurato della resistenza a compressione sarebbe fortemente influenzato dalla presenza del tondino.
37 CAROTE CON FERRI PERPENDICOLARI ALL ASSE DELLA CAROTA Carote con ferri disposti perpendicolarmente all asse longitudinale possono essere impiegate nella prova di schiacciamento, ma il valore misurato deve essere opportunamente incrementato per tener conto dell effetto di disturbo dovuto alla presenza del ferro.
38 CAROTE CON FERRI DI ARMATURA - RAPPORTO d BARRA /d CAROTA - DISTANZA BARRA DALLE BASI DELLA CAROTA RESISTENZA A COMPRESSIONE Fattore di correzione per i ferri di armatura = F Fe
39 CAROTE CON FERRI DI ARMATURA BARRE SINGOLE F Fe φ r d l h RAGGRUPPATE Σ(φ l) r d h φ r = diametro della barra (mm) l = distanza della barra dalla base più vicina della carota (mm) d = diametro della carota (mm); h = altezza della carota (mm)
40 CAROTE CON FERRI DI ARMATURA IN ASSENZA DI FERRI DI ARMATURA NELLA CAROTA F Fe = 1 ALCUNE NORME VIETANO L IMPIEGO DI CAROTE CONTENENTI FERRI DI ARMATURA
41 ESEMPIO Se ad esempio la resistenza a compressione misurata su una carota con rapporto h/d=1 e d=100 mm, schiacciate come ricevute, contenente un tondino Φ14 mm posto ad una distanza di 30 mm dalla base della carota è risultata di 25 N/mm 2, la resistenza a compressione misurata su una carota priva di ferro sarebbe risultata pari a: R c-in SITU(Fh/d;Fd;Fmc;Ffe) = R c-carota * F d * F h/d * F mc * F Fe = 25 * 1.00 * 1.00 * 1.00 * F Fe = 25 * F Fe
42 CALCOLO F Fe φ l F = r = = Fe d h R c-in SITU(Fh/d;Fd;Fmc;Ffe) = R c-carota * F d * F h/d * F mc * F Fe c-in SITU(Fh/d;Fd;Fmc;Ffe) c-carota d h/d mc Fe = 25 * 1.00 * 1.00 * 1.00 * F Fe = 25 * F Fe = 25 * = N/mm 2
43 L AZIONE DEL CAROTIERE Durante l esecuzione del carotaggio occorre ridurre al minimo gli effetti torsionali che l utensile provoca sulla struttura in calcestruzzo. Per questo motivo, come già in precedenza suggerito occorre: 1. fissare rigidamente il carotiere alla struttura per evitare il suo asse subisca oscillazioni durante l operazione di estrazione della carota.
44 EFFETTO «TORMENTO» Anche fissando saldamente l utensile, tuttavia, l operazione di carotaggio non è indolore per il calcestruzzo in quanto può determinare la comparsa di microlesioni interne tanto più accentuate quanto più scadente è la qualità del calcestruzzo in opera. Pertanto, di questo effetto (definito di tormento ) si deve tener conto incrementando la resistenza a compressione misurata sulla carota di un fattore f Tor inversamente proporzionale alla resistenza del conglomerato
45 EFFETTO «TORMENTO» SCADENTE QUALITÀ DEL CALCESTRUZZO IN OPERA EFFETTO TORMENTO Fattore di correzione per effetto TORMENTO = F Tor
46 EFFETTO «TORMENTO» R c-carota > 40 F Tor
47 ESEMPIO Se la resistenza a compressione misurata su una carota con rapporto h/d=1 e d=100 mm, testata come ricevuta, priva di ferri, è pari a 25 N/mm 2, la resistenza a compressione tenendo conto anche dell effetto tormento è pari a: R c-in SITU = R c-carota * F d * F h/d * F mc * F Fe * F tor = 25 * 1.00 * 1.00 * 1.00 * 1.00 * 1.10 = = 27.5 N/mm 2
48 DIREZIONE DEL CAROTAGGIO PRELIEVO DELLE CAROTE DIREZIONE DI GETTO PERPENDICOLARE ALLA DIREZIONE DI GETTO
49 DIREZIONE DEL CAROTAGGIO PRELIEVO DELLE CAROTE PARALLELO ALLA DIREZIONE DI GETTO DIREZIONE DI GETTO
50 DIREZIONE DEL CAROTAGGIO PERPENDICOLARE rispetto alla direzione di getto PARALLELA rispetto alla direzione di getto IL CAROTAGGIO intercetta microfessurazioni che durante la prova di schiacciamento si dispongono parallelamente alle isostatiche di compressione NESSUNA INFLUENZA ROTTURA per valori dello sforzo inferiori
51 DIREZIONE DEL CAROTAGGIO DIREZIONE DI GETTO PRELIEVO CAROTE RESISTENZA A COMPRESSIONE VARIAZIONE DELLA PERPENDICOLARE ALLA DIREZIONE DI GETTO La penalizzazione della resistenza per effetto di un carotaggio perpendicolare alla direzione di getto risulta tanto più marcata quanto più il prelievo viene effettuato verso le zone sommitali del getto che sono maggiormente interessate dal fenomeno di bleeding e quindi presentano un livello di microfessurazione interna più accentuato rispetto a quello che interessa le zone basali della struttura.
52 DIREZIONE DEL CAROTAGGIO - Prelievo in direzione PERPENDICOLARE; - SOMMITÀ DEGLI ELEMENTI PENALIZZAZIONE DELLA RESISTENZA Fattore di correzione per DIREZIONE DI CAROTAGGIO= F Dir
53 DIREZIONE DEL CAROTAGGIO POSIZIONE DEL CAROTAGGIO 0 ⅓h F Dir DIREZIONE DI PRELIEVO PARALLELA PERPENDICOLARE 1.05 ⅓h ⅔h ⅔h h 1.10
54 R ck DI PROGETTO 28 GIORNI T = 20 ± 2 C U.R. 95% R ck utilizzata per il calcolo strutturale
55 R c DELLA CAROTA Momento T =???? C U.R.??? % della prova 1.PRIMA DI 28gg 2.DOPO 28gg R c In opera
56 TEMPO DI CAROTAGGIO PRELIEVO CAROTE PRIMA di 28 giorni DOPO 28 giorni CAROTE GIOVANI CAROTE VECCHIE Valore della resistenza a compressione misurato è sottostimato rispetto a quello che il calcestruzzo potrebbe attingere all età di 28 giorni Il valore della resistenza a compressione sviluppato è maggiore di quello che il conglomerato possedeva all età di 28 giorni
57 CAROTE «GIOVANI» t (TEMPO) 28 GIORNI RESISTENZA A COMPRESSIONE Fattore di correzione per ETÁ DELLA CAROTA = F t
58 CAROTE «VECCHIE» t (TEMPO) > 28 GIORNI RESISTENZA A COMPRESSIONE ai fini della collaudabilità è ininfluente che la resistenza a compressione a 28 giorni era inferiore a quella misurata sulle carote di età superiore Fattore di correzione per ETÁ DELLA CAROTA = F t
59 R c DELLA CAROTA Momento T =???? C U.R.??? % della prova R c In opera TEMPERATURA DI CANTIERE: a) < 20 C CLIMA FREDDO b) > 20 C CLIMA CALDO
60 TEMPERATURA PRIMA DEL CAROTAGGIO TEMPERATURA DI CANTIERE < 20 C > 20 C CLIMA FREDDO CLIMA CALDO La resistenza a compressione è sottostimata rispetto a quella che lo stesso calcestruzzo avrebbe evidenziato a 20 C La maturazione del calcestruzzo a temperature più elevate favorisce un più rapido sviluppo di resistenza
61 CLIMA FREDDO T (TEMPERATURA) 20 C RESISTENZA A COMPRESSIONE A causa del più lento sviluppo della resistenza a compressione, il valore della resistenza determinato nella prova di schiacciamento dovrà essere incrementato in quanto alle lunghe stagionature il conglomerato potrà recuperare il deficit di resistenza che evidenzia qualora la rottura della carota avvenga a tempi brevi dall esecuzione del getto. Fattore di correzione per TEMPERATURA DI ESTRAZIONE = F T
62 CLIMA CALDO - T (TEMPERATURA) > 20 C - t (TEMPO) < 28 GIORNI RESISTENZA A COMPRESSIONE Si deve considerare il più rapido sviluppo della resistenza (riducendo il valore effettivo misurato) per non incorrere in una sovrastima della resistenza a compressione a 28 gg Fattore di correzione per TEMPERATURA DI ESTRAZIONE = F T
63 CLIMA CALDO - T (TEMPERATURA) > 20 C - t (TEMPO) 28 GIORNI RESISTENZA A COMPRESSIONE rispetto ad un calcestruzzo maturato a 20 C Fattore di correzione per TEMPERATURA DI ESTRAZIONE = F T LA MINORE RESISTENZA DEL CALCESTRUZZO IN OPERA DERIVANTE DALL ELEVATA TEMPERATURA DI MATURAZIONE NON È PIÙ RECUPERABILE
64 TEMPERATURA DA SCEGLIERE Momento della prova T =???? C U.R.??? % Si deve calcolare la media ponderale della temperatura ambientale dal momento dell esecuzione dei getti e sino al giorno in cui viene effettuato il carotaggio. Questi dati possono essere ricavati consultando le pagine web dell aeroporto più vicino al cantiere oppure quelle dell Agenzie Regionale Per l Ambiente (ARPA).
65 RESISTENZA IN SITU (STRUTTURALE) DIAMETRO (d) - RAPPORTO h/d MODALITÁ DI CONSERVAZIONE PRIMA DELLA PROVA F dia F h/d F mc RESISTENZA PRESENZA DI FERRI DI ARMATURA F Fe IN SITU R c- IN SITU EFFETTO TORMENTO F Tor DIREZIONE DI PRELIEVO F Dir TEMPO DI PRELIEVO F t TEMPERATURA F T
66 RESISTENZA IN SITU (STRUTTURALE) R c INSITU = F dia F h/d F mc F Fe F Tor F Dir R c carote
67 ESEMPIO (1) RIASSUNTIVO PLATEA IN CALCESTRUZZO (sp = 35cm) PRELIEVO CAROTE: 1. Prelievo PARALLELO; 2. d = 50mm e h = 100mm h/d = 2.00; 3. Sottoposte a prova dopo essere state in ACQUA; 4. Presenza di ferro Φ8 a 20mm dalla base; 5. R c-carota 32 N/mm 2 ; R c-insitu =??????? N/mm 2
68 DIAMETRO DELLE CAROTE DIAMETRO CAROTA d (mm) F dia
69 SNELLEZZA DELLE CAROTE h/d R c-carota
70 CONSERVAZIONI DELLA CAROTA TIPO DI CONSERVAZIONE F mc Come ricevute 1.00 In acqua 1.09 Essiccate all aria 0.96
71 CAROTE CON FERRI DI ARMATURA φ r d l h F Fe = φ r = diametro della barra = 8mm l = distanza della barra dalla base più vicina della carota = 30mm d = diametro della carota = 50mm; h = altezza della carota = 100mm
72 EFFETTO «TORMENTO» R c-carota > 40 F Tor
73 DIREZIONE DEL CAROTAGGIO POSIZIONE DEL CAROTAGGIO 0 ⅓h F Dir DIREZIONE DI PRELIEVO PARALLELA PERPENDICOLARE 1.05 ⅓h ⅔h ⅔h h 1.10
74 ESEMPIO F dia F h/d F mc F Fe F Tor F Dir w 1.60 R c INSITU = w R c carote
75 ESEMPIO N. Prelievo R c-carota w R c-in SITU % % APPROCCIO FORFETTARIO
76 STIMA R ck-in SITU R c-in SITU N prelievi K R c-min-in SITU R cm-in SITU R ck-insitu = R cm-in SITU K = = 44.7 N/mm 2 R ck-opera = R cmin-in SITU + 4 = = 52.8 N/mm 2 R ck STRUTTURALE = 44.7 N/mm 2
77 ESEMPIO (2) PILASTRO IN CALCESTRUZZO (35cm) PRELIEVO CAROTE: 1. Prelievo PERPENDICOLARE A h/2; 2. d = 100mm e h = 100mm h/d = 1.00; 3. Schiacciate così come ricevute; 4. Assenza di ferri di armatura; 5. R c-carota 15 N/mm 2 ; R c-insitu =??????? N/mm 2
78 DIAMETRO DELLE CAROTE DIAMETRO CAROTA d (mm) F dia
79 SNELLEZZA DELLE CAROTE h/d R c-carota
80 CONSERVAZIONI DELLA CAROTA TIPO DI CONSERVAZIONE F mc Come ricevute 1.00 In acqua 1.09 Essiccate all aria 0.96
81 CAROTE CON FERRI DI ARMATURA F Fe 1.00
82 EFFETTO «TORMENTO» R c-carota > 40 F Tor
83 DIREZIONE DEL CAROTAGGIO POSIZIONE DEL CAROTAGGIO 0 ⅓h F Dir DIREZIONE DI PRELIEVO PARALLELA PERPENDICOLARE 1.05 ⅓h ⅔h ⅔h h 1.10
84 ESEMPIO F dia F h/d F mc F Fe F Tor F Dir w 1.24 R c INSITU = w R c carote
85 N. Prelievo R c-carota w R c-in SITU APPROCCIO STATISTICO R cmin-in SITU R cm-in SITU 16.3 s n = 1.82
86 STIMA R ck-in SITU R ck-insitu = R cm-in SITU 1.48 s n = = = 13.6 N/mm 2 R ck-opera = R cmin-in SITU + 4 = = 17.5 N/mm 2 R ck STRUTTURALE = 13.6 N/mm 2
87 NUMERO DI CAROTE V cls < 50m 3 NUMERO MINIMO DI CAROTE = 7 (d=100mm) V cls > 50m 3 NUMERO DI CAROTE = ogni 50m 3 AGGIUNTIVI (d=100mm) Per un pavimento di 20 cm di spessore che ha richiesto un volume di conglomerato di 100 m 3 (superficie del pavimento 500 m 2 ) utilizzare un lotto di carote minimo costituito da 10 estrazioni con d=100 mm. Per un pavimento di 1000 m 2 per il quale sono stati impiegati 200 m 3 di calcestruzzo il lotto sarà costituito da 16 carote e così via
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