La valutazione di edifici in c.a. Il metodo combinato SONREB

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1 Corso di Riabilitazione Strutturale POTENZA, a.a La valutazione di edifici in c.a. Il metodo combinato SONREB Dott. Marco VONA DiSGG, Università di Basilicata

2 PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB Per ridurre gli errori commessi con le prove ultrasoniche e sclerometriche é stato sviluppato il metodo combinato SONREB SONic + REBound = ultrasuoni + sclerometro Si é infatti notato che il contenuto di umidità fa sottostimare l'indice sclerometrico e sovrastimare la velocità ultrasonica, e che, all'aumentare dell'età del calcestruzzo, l'indice sclerometrico aumenta mentre la velocità ultrasonica diminuisce

3 PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB L'uso combinato delle due prove consente quindi di compensare in parte gli errori commessi usando singolarmente le due metodologie L'applicazione del metodo Sonreb richiede la valutazione dei valori locali della velocità ultrasonica V e dell'indice di rimbalzo S, a partire dai quali è possibile ottenere la resistenza del calcestruzzo f c mediante espressioni del tipo: f c = a S b V c

4 PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB La valutazione della resistenza del CLS con il metodo SONREB richiede la conoscenza della velocità ultrasonica V e dell indice sclerometrico S S 52 Curve di isoresistenza (Rilem) Rc [N/mmq] fc = 20 MPa V [m/sec]

5 PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB In letteratura sono presenti numerose espressioni per l applicazione del metodo SONREB: f c = a S 1.4 b V 2.6 c Norme RILEM, 1993 f c = S V Gasparik, 1992 f c = S V Di Leo Pascale, 1994 f c = S V Del Monte et al., 2004 Nessuna di queste espressioni ha validità generale ed in particolare nel caso di calcestruzzi di bassa qualità

6 CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB DEFINIZIONE DELLA ESPRESSIONE SONREB VALIDA PER IL CALCESTRUZZO IN ESAME Si calcola la resistenza cilindrica media f cm del calcestruzzo di un edificio esistente utilizzando i risultati di prove distruttive e non distruttive effettuate negli stessi punti Nota la resistenza cilindrica a compressione delle carote f c prelevate, l indice di rimbalzo S e la velocità ultrasonica V, ottenute dalle prove non distruttive, si valutano i coefficienti a, b e c delle curve Sonreb che forniscono f c, effettuando una regressione lineare in ambiente EXCEL: f c = a S b V c

7 CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB CALCOLO DI f cm : Dati di partenza PROVE DISTRUTTIVE (CAROTAGGIO): f c (N/mm 2 ): resistenza cilindrica a compressione della carota h (mm) : altezza carota D (mm): diametro carota caratteristiche della carota PROVE NON DISTRUTTIVE (SCLEROMETRICHE E ULTRASONICHE): S : indice di rimbalzo sclerometro V (m/s): velocità ultrasonica

8 ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA Le PND non sono affidabili per stimare la resistenza del calcestruzzo, se non calibrate con risultati di test su carote Indice sclerometrico Velocità ultrasonica Carotaggi S (in N PND punti) V (in N PND punti) f c (in N CAR punti, N CAR < N PND ) S, V, f c best correlation f c = a S b V c Applicando l espressione ottenuta è possibile stimare la resistenza anche nei punti in cui sono state effettuate solo PND

9 ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA: ESEMPIO OGGETTO DELL ESEMPIO 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)

10 ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA: ESEMPIO OGGETTO DELL ESEMPIO Planimetria dell edificio scolastico

11 ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA: ESEMPIO OGGETTO DELL ESEMPIO P5 P2 P8 T4 P4 P9 P6 P3 EL3 T3 P1 EL2T2 P7 EL1 T1 Planimetria dell edificio scolastico

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

13 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 S e V delle tre terne prescelte Trave S V [m/s] f c [MPa] EL EL EL f c = E S V 2.737

14 METODI COMBINATI: Espressione Sonreb calibrata La maggiore affidabilità della procedura rispetto alle espressioni consolidate di letteratura è stata ampiamente dimostrata 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. Calibrata f c (Rilem) f c (Gasparik) f c (Pascale) f c (Del Monte)

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

16 CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB PROCEDURA PER IL CALCOLO DI f cm si valuta la resistenza cilindrica f c delle carote tenendo conto del rimaneggiamento, delle dimensioni D e (h/d), delle eventuali armature incluse si valutano i coefficienti a, b, c della curva Sonreb tramite regressione lineare a partire dai valori di S e V rilevati sugli elementi strutturali su cui sono state effettuate anche prove distruttive si calcolano le resistenze cilindriche nei punti in sono state eseguite solo le prove non distruttive impiegando la relazione trovata: f c = a * S b * V c si calcola la resistenza media f cm effettuando la media tra i valori ottenuti dalle prove distruttive e quelli valutati tramite le curve Sonreb

17 LA CARBONATAZIONE NEL CALCESTRUZZO La carbonatazione nel calcestruzzo consiste nella formazione di carbonato di calcio in uno strato superficiale del materiale più o meno profondo Si verifica per effetto della reazione dell anidride carbonica presente nell aria con l idrossido di calcio disciolto nella soluzione acquosa che permea la pasta di cemento: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O

18 LA CARBONATAZIONE NEL CALCESTRUZZO Non provoca danni al calcestruzzo Può avere invece significative conseguenze sulle 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 per assicurare condizioni di passività. La carbonatazione condiziona i risultati delle prove sclerometriche

19 MISURA DELLA PROFONDITÀ DI CARBONATAZIONE La determinazione dello spessore dello strato carbonatato può essere effettuata secondo la norma UNI 9944 Si asportano appositamente alcuni pezzi di calcestruzzo dalla superficie degli elementi in esame o si adoperano direttamente le carote prelevate, in modo da ottenere una sezione ortogonale alla superficie esposta all aria Su tale sezione, subito dopo l estrazione, si spruzza una soluzione alcolica di fenolftaleina: 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

20 MISURA DELLA PROFONDITÀ DI CARBONATAZIONE

21 LE PROVE SULLE ARMATURE La determinazione delle proprietà meccaniche dell acciaio insitu è operazione in genere complessa in quanto non esiste allo stato attuale una idonea procedura non distruttiva La stima diretta delle proprietà meccaniche richiede il prelievo di spezzoni di armatura da sperimentare successivamente in laboratorio. Gli spezzoni vanno prelevati con modalità ed, in particolare, in punti tali da non compromettere l integrità strutturale dell edificio riducendo al minimo il danno che ne deriva.

22 LE PROVE SULLE ARMATURE Poiché l acciaio è un prodotto industriale, dunque con una casistica limitata, il tipo può in molti casi essere identificato dalla semplice ispezione visiva tenendo conto del suo aspetto, del periodo di realizzazione dell opera e di eventuali informazioni, anche parziali, ricavabili dalla documentazione tecnica. A tale scopo è utile fare riferimento alle caratteristiche meccaniche degli acciai previsti dalle norme sulle costruzioni in c.a. succedutesi in passato. Normativa Resistenza [kg/cm 2 ] σ amm / Rottura Snervamento σ max Allung. a rottura R.D. 2229/39 Acciaio dolce % 20% D.M. 30/05/72 Controlli Acciaio semiduro % 16% 2/1000 Acciaio duro % 14% Barre lisce % camp. Barre ader. migl % (facoltativo se control. in stab.)

23 LE PROVE SULLE ARMATURE Gli spezzoni di armatura prelevati vanno sottoposti alla classica prova di trazione per la stima della tensione di snervamento, della resistenza e dell allungamento a rottura Le modalità di esecuzione e l interpretazione dei risultati della prova di trazione sono uguali al caso di strutture nuove Si raccomanda di porre attenzione nell individuare l eventuale presenza di processi di corrosione delle barre, in corso o già avvenuti. Tale condizione, oltre a poter ridurre la sezione resistente delle barre d acciaio, può condizionare negativamente ed in maniera significativa il legame di aderenza acciaiocalcestruzzo. La presenza di corrosione va indagata con particolare attenzione nel caso in cui la profondità di carbonatazione sia risultata superiore allo spessore medio del copriferro