MESSINA. 100 anni dopo. Aula Magna dell Università di Messina 26 Novembre Angelo MASI, Marco VONA. Potenza, Italy

Transcript

1 MESSINA 100 anni dopo Aula Magna dell Università di Messina 26 Novembre 2008 INDAGINI PER LA CONOSCENZA DELLE STRUTTURE ESISTENTI IN CEMENTO ARMATO Angelo MASI, Marco VONA DiSGG Università ità degli studi didll della Basilicata Potenza, Italy

2 INDAGINI PER LA CONOSCENZA DELLE STRUTTURE ESISTENTI IN CEMENTO ARMATO OBIETTIVI 1. Valutazione della resistenza in situ del CALCESTRUZZO metodo combinato SONREB SPECIFICO per il calcestruzzo in esame 2. Indicazioni per la pianificazione CORRETTA PIANIFICAZIONE delle indagini METODOLOGIA Vasta esperienze sperimentali condotte dal DiSGG dell Università di Basilicata sia in situ (su edifici reali) che presso il Lb Laboratorio Prove Materiali su elementi strutturali in c.a. prelevati da edifici esistenti o realizzati in laboratorio

3 IL QUADRO NORMATIVO L impostazione dell Eurocodice 8, Assessment and retrofitting of buildings (CEN 2004) ricalca sostanzialmente quanto previsto nelle norme tecniche allegate alla OPCM 3431 (2005) Tale impostazione è ripresa in larga misura nelle Circolari ed Appendici (in fase di pubblicazione) alle recenti Norme Tecniche sulle Costruzioni (NTC 2008) L individuazione delle caratteristiche della struttura è condotta con riferimento a tre livelli di conoscenza LC Livello 1 (LC1) Livello 2 (LC2) Livello 3 (LC3) Da cui dipende il valore del fattore di confidenza FC

4 LA PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI IN SITU Si possono individuano tre differenti livelli nell interpretazione ed utilizzo dei risultati delle PND e PD variabilità nel passaggio da un piano all altro variabilità tra un elemento e l altro ad uno stesso piano variabilità nell ambito di uno stesso elemento La diffusione delle indagini in-situ deve essere ampia, mirando al livello di conoscenza più elevato possibile anche oltre i requisiti previsti dalle normative La loro localizzazione deve ottemperare alle esigenze di rappresentatività delle stesse tenendo conto dell eterogeneità della struttura anche in termini di procedure costruttive Criteri e modalità di esecuzione ed elaborazione di PND & PD

5 LA PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI IN SITU Le PND non sono affidabili per stimare DA SOLE la resistenza del calcestruzzo, se non calibrate con risultati di test su carote Può essere adoperata una procedura in grado di fornire la relazione R c =as b V c, ricavata sperimentalmente (Masi, 2005) Il primo passo è l esecuzione di una campagna di PND per valutare la variabilità del calcestruzzo e delimitare ZONE O PORZIONI OMOGENEE di struttura Considerando N PND punti di misura all interno di una zona omogenea, in un numero limitato di punti N car N PND, selezionati in modo casuale, vengono estratte tt e sottoposte t a prova di compressione alcune carote per valutarne le resistenze f car

6 RESISTENZA DEL CALCESTRUZZO IN SITU Le proprietà del calcestruzzo in-situ possono essere determinate sulla base delle seguenti fonti di informazione: a) valori usuali per la pratica costruttiva dell epoca b) specifiche originali di progetto o certificati di prova originali c) prove in-situ ed in laboratorio L affidabilità delle informazioni a) e b) è discutibile: i valori riportati hanno in genere scarsa affidabilità nel caso del calcestruzzo di edifici i i esistenti i

7 I METODI DI INDAGINE La stima della resistenza in-situ del calcestruzzo èelemento fondamentale e deve essere basata su Prove Distruttive (PD) e Prove Non Distruttive (PND) per giungere a stime rappresentative delle proprietà p sull intera struttura I metodi più diffusi sono quelli basati su: estrazionei di carote risultati delle prove sclerometriche risultati delle prove ultrasoniche L aspetto critico è la definizione di relazioni affidabili tra i risultati delle PND e la resistenza. L approccio comune prevede di correlare i risultati ottenuti dalle PND ai corrispondenti valori delle resistenze fornite dalle carote estratte negli stessi punti per limitarei al minimo i il numero di carotaggi

8 I METODI DI INDAGINE IL CAROTAGGIO Le specifiche per l esecuzione del carotaggio sono contenute nella norma UNI EN (2002): 1. Diametro almeno superiore a tre volte il diametro degli aggregati (preferibilmente diametro non inferiore a 100 mm) 2. le carote non dovrebbero contenere ferri d armatura (scartare i provini con barre inclinate o parallele all asse) asse) 3. il rapporto lunghezza/diametro dei provini deve essere possibilmente uguale a 2, o comunque compreso fra 1 e 2 Ml Molta attenzione e cura devono essere adoperate nelle operazioni di fissaggioi dll dellacarotatrice tti per l ottenimento di provini indisturbati

9 I METODI DI INDAGINE PROVE SCLEROMETRICHE Specifiche sono fornite nella UNI EN (2001) Il metodo, di semplice esecuzione e relativamente economico, consiste nel misurare l entità del rimbalzo di una massa spinta da una molla contro la superficie dell elemento da provare. Poiché il test interessa solo lo strato superficiale il risultato può non essere rappresentativo del calcestruzzo interno all elemento strutturale Considerando le sue modalità d uso più corrette dovrebbe essere utilizzato per valutare l UNIFORMITÀÀ del calcestruzzo in situ e per individuare e delimitare zone in cui sia di scarsa qualità o deteriorato

10 I METODI DI INDAGINE PROVE ULTRASONICHE Specifiche sono contenute nella UNI EN (2004) La prova richiede la misura della velocità di propagazione di onde ultrasoniche nell elemento in esame Tale velocità è poi correlata alle proprietà meccaniche del calcestruzzo ces mediante e curve Dalla fisica della propagazione di onde elastiche, la velocità ultrasonica V è proporzionale alla radice quadrata del modulo elastico E La relazione è molto complessa ed incerta in quanto il calcestruzzo non è un materiale elastico, omogeneo ed isotropo. Il legame risulta dipendented da numerosi fattori tra i quali il rapporto acqua/cemento, il contenuto di umidità, la presenza di armature, l età, ecc., ftt fattori che possono dt determinare resistenze it diverse a parità di velocità e viceversa

11 I METODI DI INDAGINE PROVE ULTRASONICHE Ltt Lettura per Trasparenza Ltt Lettura d Angolo L T T r T T x r T x T r L Lettura di Superficie T x T r1 T r2 L 1 L 2 T x T r1 T r2 L/2 L/2 L L

12 METODI COMBINATI: Espressione Sonreb calibrata Le PND non sono affidabili per stimare la resistenza del calcestruzzo, se non calibrate con risultati di test su carote Può essere adoperata una procedura in grado di fornire la relazione R c =as b V c, ricavata sperimentalmente (Masi, 2005) c Indice sclerometrico Velocità ultrasonica Carotaggi S (in N PND punti) V (in N PND punti) R c (in N CAR punti, N CAR < N PND ) S, V, R c best correlation R c = a S b V c Applicando l espressione ottenuta è possibile stimare la Applicando l espressione ottenuta è possibile stimare la resistenza anche nei punti in cui sono state effettuate solo PND

13 UN ESEMPIO APPLICATIVO PER IL CALCOLO DI f c Sono stati sottoposti a prove distruttive e non distruttive 14 elementi strutturali in c.a. prelevati da un edificio scolastico nel comune di Fivizzano (Toscana) realizzato nel 1977 come sopraelevazione di un edificio esistente realizzato nel 1959 (progettato per soli carichi verticali)

14 UN ESEMPIO APPLICATIVO PER IL CALCOLO DI f c P5 P2 P8 T4 P4 P9 T2 P6 P3 T3 P1 P7 T1 Planimetria dell edificio scolastico

15 Valori medi e variabilità dei risultati RISULTATI DELLE PND & PD Punti di Elemento Media Dev.St CV (%) misura/prelievo EL Sclerometro EL S EL Totale 132 EL Ultrasuoni (Trasp.) EL V[m/s] EL Totale 84 EL Carotaggi EL f c [MPa] EL Totale 21

16 RISULTATI DELLE PND & PD Sono stati correlati alcuni valori delle resistenze f c ai risultati delle corrispondenti PND selezionando in modo casuale tre terne di valori (S, V, fc), una per ognuno degli elementi EL1, EL2 e EL3 Prima di effettuare la regressione è stata controllata l esistenza di un legame di proporzionalità diretta tra i valori di resistenza fc ed i corrispondenti valori is e V dll delle tre terne prescelte V f c Trave S [m/s] [MPa] EL EL EL f c = E S V 2.737

17 METODI COMBINATI: Espressione Sonreb calibrata La maggiore affidabilità della procedura rispetto alle espressioni consolidate di letteratura t è stata t ampiamente dimostrata t in passati lavori EL1 EL2 EL3 Media Scarto Media CV Media CV Media CV Totale [MPa] (%) [MPa] (%) [MPa] (%) [MPa] (%) f c (carote) f c con espr. (3) c p ( ) 2.9 f c (Rilem) f c (Gasparik) f c (Pascale) f c (Del Monte)

18 METODI COMBINATI: Espressione Sonreb calibrata Confronto tra valori di f c stimati con diverse espressioni Sonreb e leresistenze it ottenute t di dai carotaggi [MPa] [MPa] fc Pascale Di Leo Rilem Gasparik Del Monte fc, Sonreb [MPa] fc fc, espr. CALIBRATA [MPa]

19 PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI: ESEMPIO Edificio progettato per soli carichi verticali e realizzato nella seconda metà degli anni 70 Struttura intelaiata in c.a. con 5 impalcati fuori terra Pianta rettangolare m x m L altezza di interpiano 3.00 m Sono disponibili gli elaborati progettuali Travi e pilastri hanno dimensioni costanti lungo l altezza dell edificio mentre, limitatamente ai pilastri, vi sono piccole differenze nei quantitativi i di armatura

20 PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI: ESEMPIO La collocazione dei punti di misura sulla superficie del piano tipo è condotta in modo da poter indagare elementi, sia pilastri che travi, con differenti funzioni strutturali e posizioni È considerata la posizione e ruolo nel sistema strutturale, in funzione del carico desunto dall area di influenza

21 PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI: ESEMPIO L analisi dei risultati delle PND appare opportuno individuare tre aree omogenee per il calcestruzzo dei pilastri due aree omogenee per il calcestruzzo delle travi Area P1 Area P2 Area P3 Area T1 Area T2 Estensione Pilastri del I livello Pilastri del II Area P3 Livello Pilastri III, IV e V livello Travi dei livelli I e Area P2 II Travi dei III, IV e V Area P1 livello Vi impalcato IV impalcato III impalcato II impalcato I impalcato Area T2 Area T1

22 PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI: ESEMPIO L analisi dei risultati delle PND appare opportuno individuare tre aree omogenee per il calcestruzzo dei pilastri due aree omogenee per il calcestruzzo delle travi Media Dev.St Media Dev.St S Area P1Area P2Area P3Area T1Area T2 V [m/s] Area P1Area P2Area P3Area T1Area T2

23 PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI: ESEMPIO Sulla base delle aree omogenee individuate è possibile pianificare ed eseguire la campagna di carotaggi Per poter applicare la procedura Sonreb Calibrata sono eseguiti 3 carotaggi per ciascuna area omogenea ad eccezione che nell Area P3 dove, in virtù dell estensione, sono eseguiti 6 carotaggi Carotaggi Area P1 Carotaggi Area T1

24 Risultati delle prove relativi alle varie aree PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI: ESEMPIO S V/100 fc, PD S V/100 fc, PD C.V S, V/10 00 [m/s], fc f [MPa] Area P1 Area P2 Area P3 Area T1 Area T2 0 Area P1 Area P2 Area P3 Area T1 Area T2

25 PIANIFICAZIONE DELLE INDAGINI: ESEMPIO f c,med per ciascuna area come media dei valori delle resistenze ottenute dalle PD e PND combinando i due metodi di prova f c = a Area P1 Area P2 Area P3 Area T1 Area T2 a 8.26E E E E E-02 Coefficienti i Sonreb b c f cmed c,med [MPa] f cd (elementi duttili) [MPa] f cd (elementi fragili) [MPa] S b V c Livello di Conoscenza LC3 Fattore di Confidenza FC = 1 Coefficiente parziale di sicurezza (elementi fragili) γ C =1.5 f cd [MP Pa] Area P1 Area P2 Area P3 Area T1 Area T2

26 CONCLUSIONI La resistenza del calcestruzzo deve essere determinata utilizzando sia prove distruttive (PD) che non distruttive (PND) La combinazione delle due metodologie deve essere condotta impiegando un apposita espressione per il calcestruzzo in esame (zone o aree omogenee) La pianificazione delle indagini deve essere condotta individuando preliminarmente le aree di calcestruzzo omogeneo nell ambito dell intera struttura Le caratteristiche i meccaniche ih determinate per ciascuna area omogenea sono necessarie per le operazioni di modellazione Le caratteristiche di resistenza determinate per ciascuna area omogenea sono quelle che devono essere utilizzate nelle operazioni di verifica degli elementi strutturali

27 RINGRAZIAMENTI Il presente lavoro anche grazie al contributo ottenuto nell ambito del progetto DPC-ReLUIS , Linea di ricerca n. 2 Valutazione e riduzione i della vulnerabilità di edifici i esistenti ti in c.a., Task MND, Metodi Non Distruttivi La stima della resistenza del calcestruzzo in-situ: impostazione delle indagini ed elaborazione dei risultati Masi, A., Vona M. Progettazione sismica, Anno I, No. 1/2008, IUSS Press GRAZIE PER L ATTENZIONE