Servizi per l'ingegneria strutturale COMUNE DI VITULANO PROVINCIA DI BENEVENTO Relazione relativa alle prove semidistruttive e non distruttive eseguite sull'ex palestra della scuola media sita alla via San Pietro nel Comune di Vitulano (BN) EDIL DIAGNOSIS Ing. Antonio Trosino REV. 0 DATA: DESCRIZIONE MODIFICA emissione DISK: EDIL DIAGNOSIS - Via Puglia Snc - 82030 Ponte (Bn)
INDICE 1. PREMESSA...2 2. UBICAZIONE PROVE...3 3. DESCRIZIONE DELLE PROVE IN-SITU...4 3.1 PACOMETRO A MICROPROCESSORE COVEMASTERCM9...4 3.2 ESTRAZIONE E PROVE DI ROTTURA A COMPRESSIONE SU CAROTE DI CALCESTRUZZO...6 3.3 MISURA DELLA PROFONDITA' DI CARBONATAZIONE...9 3.4 PRELIEVO DEI CAMPIONI D'ARMATURA...10 4. ANALISI DEI RISULTATI...11 4.1 INDIVIDUAZIONE DELLE BARRE DI ARMATURE...11 4.2 RISULTATI DELLE PROVE DI COMPRESSIONE A ROTTURA SULLE CAROTE PRELEVATE E CALIBRAZIONE DELLE RESISTENZE...11 4.3 PROVA DI TRAZIONE SULLE BARRE D'ARMATURA...12 5. INDAGINE TERMOGRAFICA...13 6. CONCLUSIONI...16 7. ALLEGATI...18 7.1 DOCUMENTAZIONE FOTOGRAFICA...18 7.2 CERTIFICATI DI LABORATORIO...27
Pag. 2 / 26 1 PREMESSA Nella presente relazione vengono riportati i risultati di saggi e prove semidistruttive e non, eseguite su alcuni elementi della struttura in conglomerato cementizio armato dell edificio denominato ex palestra - scuola media, sito alla via San Pietro del Comune di Vitulano (Bn). Tale campagna di indagine è stata eseguita dalla ditta Edil Diagnosis con sede in Ponte (BN), ed è stata condotta in conformità al D.M. 14.01.2008, all Ordinanza 3362/2004 e secondo le Linee Guida redatte dal Settore Programmazione Interventi di Protezione Civile sul Territorio e dal Settore Geologico Regionale della Regione Campania. In particolare, le prove sono state effettuate, riguardo alla tipologia, al numero ed alla posizione, in riferimento al livello di conoscenza limitata LC1, indicato nella Circolare del Consiglio Superiore dei LL.PP. Istruzioni per l applicazione delle Norme Tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14.01.2008 e sugli elementi strutturali ritenuti più significativi dal Progettista. Relativamente all accertamento dei dettagli costruttivi, in virtù di quanto precisato al par. C8A.1.B.3 della Circ. 617/2009, non essendo disponibili i disegni originali di progetto, si è effettuata una limitata verifica in-situ dei dettagli costruttivi. Anche per le proprietà meccaniche dei materiali si sono effettuate prove limitate in-situ. Più precisamente, per la determinazione della resistenza del calcestruzzo, sono stati effettuati dei prelievi di campioni cilindrici (carote), successivamente sottoposti a prove di rottura a compressione, integrati da prove non distruttive, quali le prove pacometriche. Relativamente all armatura, per la determinazione della resistenza, sono state effettuate delle prove di trazione su campioni prelevati in situ. Significativa è anche la valutazione del degrado del materiale nel tempo, che si esplica mediante prove di carbonatazione per il calcestruzzo. Le tipologie di prova utilizzate nel caso in esame sono riassumibili nel modo seguente: misure pacometriche; prelievo di carote; prove di carbonatazione su tutte le carote prelevate; prove di rottura a compressione delle carote prelevate; prove di trazione su campioni di armatura; indagini termografiche.
Pag. 3 / 26 L indagine in-situ è stata condotta con l ausilio della seguente strumentazione: pacometro a Microprocessore Covemaster CM9; carotatrice; soluzione di fenoftaleina; termocamera flir i7. Di seguito sono riportati gli schemi strutturali dell edificio con l indicazione degli elementi testati. 2.UBICAZIONE PROVE
PIANTA PIANO TERRA LEGENDA: prova pacometrica su pareti e pilastri 25 26 27 prelievo di ferri prelievo di carota 22 23 24 saggi su pilastri e travi 18 30 31 19 20 21 15 16 17 12 13 14 9 10 11 6 7 8 3 4 5 1 28 29 2
Pag. 4 / 26 3. DESCRIZIONE DELLE PROVE IN-SITU Per la determinazione della resistenza del calcestruzzo sono state prelevate in tutto due carote, entrambe all unico piano della costruzione (PIL.12 - PIL.30). Relativamente ai campioni di armatura, sono stati sottoposti a prova di trazione in laboratorio, due barre di armatura fi 18 e fi 16 prelevate rispettivamente dal pilastro 12 e dalla trave 12-13 del piano terra. 3.1 PACOMETRO A MICROPROCESSORE COVEMASTER CM9 Utilizzato per la localizzazione delle armature nel cls, per la misura del copriferro e calcolo automatico del diametro delle barre. Il pacometro CoverMaster CM9, prodotto dalla Protovale (Oxford) Ltd, a differenza della maggior parte degli altri pacometri che sfruttano il principio dell'induzione magnetica, si fonda sul principio operativo delle eddy current (correnti parassite), è essenzialmente costituito da un sonda con la quale si spazzola la superficie da esaminare e da una centralina di rilevamento, capace di emettere un segnale digitale e sonoro allorquando viene rilevata la presenza di un tondino d acciaio. Nella pratica operativa l operatore, in una prima fase, spazzola la superficie del pilastro (o trave) da esaminare con la sonda tracciando sulla stessa il graticcio individuato sulla scorta del segnale rilevato. Successivamente si individua il copriferro riponendo la sonda sulla maglia individuata e infine si procede alla determinazione dei diametri mediante una doppia misurazione effettuata posizionando la sonda prima parallelamente e poi ortogonalmente al ferro del quale si vuol conoscere il diametro; una speciale funzione dell attrezzatura fornisce il valore direttamente. Nel caso di presenza di un numero elevato di ferri non è possibile rilevare con certezza il diametro della barra. In ogni caso il valore fornito dalla misura, può avere una variazione di più o meno un diametro rispetto a quello effettivo della stessa.
Pag. 5 / 26 Pacometro I risultati ottenuti con l indagine pacometrica, eseguita sugli elementi innanzi menzionati, sono riportati in tabella 1. TABELLA 1 : INDAGINE PACOMETRICA PILASTRI E TRAVI Elemento indagato PIANO DI RIFERIMENTO ELEMENTO INDAGATO n e diametro barre longitudinali d'angolo n e diametro barre longitudinali inferiori n e diametro barre longitudinali lato corto n e diametro barre longitudinali lato lungo n e diametro barre longitudinali di parete per la parte indagata diametro staffe / passo in mezzeria cm PIANO TERRA PILASTRO 7 PIANO TERRA PILASTRO 10 PIANO TERRA PILASTRO 12 PIANO TERRA PILASTRO 28 PIANO TERRA PILASTRO 30 PIANO TERRA PILASTRO 17 PIANO TERRA PILASTRO 20 PIANO TERRA PILASTRO 23 PIANO TERRA PILASTRO 9
Pag. 6 / 26 PIANO TERRA TRAVE 12-13 PIANO PRIMO TRAVE 12-15 non rilevabile PIANO TERRA TRAVE 19-20 non rilevabile PIANO TERRA TRAVE 16-17 non rilevabile 3.2 ESTRAZIONE E PROVE DI ROTTURA A COMPRESSIONE SU CAROTE DI CALCESTRUZZO La determinazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo, in particolare della resistenza caratteristica a compressione, può essere effettuata attraverso una prova parzialmente distruttiva, ovvero il prelievo di campioni cilindrici (carote) mediante carotaggio (le modalità di esecuzione sono stabilite dalla norma UNI 6131), e la successiva prova di rottura a compressione (norma UNI 12504-1:2002). La prova può essere utilizzata per tarare le correlazioni utilizzate nei metodi non distruttivi indiretti. La misura della resistenza standard richiederebbe un campione di diametro ϕ = 150 mm e altezza H = 300 mm. Per limitare la quantità di materiale estratto e per le difficoltà che si possono incontrare nelle zone di congestione delle armature, si preferisce usare un diametro minore ϕ = 94 mm. L affidabilità dei risultati, tuttavia, dipende da una serie di fattori legati alle modalità con cui si prelevano i campioni da analizzare, all ambiente in cui si effettua il prelievo e in cui si svolge la prova, alla posizione del prelievo nell elemento strutturale, nonché da fattori intrinseci al provino stesso, quali forma e dimensioni. Sono presenti nella letteratura tecnica ed in alcune norme internazionali formulazioni di carattere sperimentale per la valutazione della resistenza cubica a partire dalla resistenza desunta dalle prove sulle carote di conglomerato, considerando diversi coefficienti correttivi. Questi dipendono principalmente dalla forma e dal diametro del provino, dal rapporto lunghezza/diametro, dalle condizioni di umidità, dalla presenza di armatura metallica e dalla direzione di perforazione. Per il calcolo della resistenza cubica si utilizzano varie relazione presenti in letteratura ed in particolare: (British Standard BSI 1881) R c = k 1 x (f car / 1.5 + d / h)
Pag. 7 / 26 f car = resistenza a compressione della carota d, h rispettivamente diametro e altezza del provino k 1 un coefficiente che tiene conto anche del disturbo arrecato al campione durante la perforazione ( k 1 = 2.5 per direzione di perforazione orizzontale, k 1 = 2.3 nel caso di perforazioni verticali) (Masi, 2005) f cis,i = (C h/d x C dia x C a x C d )/0,83 C h/d è il coefficiente correttivo per rapporti h/d diversi da 2, pari a: C h/d = 2/(1,5+D/ h); C dia è il coefficiente correttivo relativo al diametro, da assumere pari a 1.06, 1,00 e 0.98 per D pari, rispettivamente, a 50, 100 e 150 mm; C a è il coefficiente correttivo relativo alla presenza di armature incluse, variabile tra 1,03 per barre di piccolo diametro (Ø10) e 1.13 per barre di diametro maggiore di (Ø20); C d è il coefficiente correttivo per tener conto del disturbo arrecato alla carota nelle operazioni di estrazioni e preparazione. Oltre il valore costante suggerito nelle FEMA 274 pari a 1.06, la bibliografia propone di assumere il valore 1.10, in entrambi i casi per operazioni di prelievo condotte con estrema accuratezza. Tenendo però conto del fatto che il rimaneggiamento è tanto maggiore quanto minore è la qualità del calcestruzzo da carotare, appare più convincente far riferimento a quanto riportato in (Collepardi, 2002) e indirettamente in (UNI 10834, 1999), assumento C d = 1.20 per f car < 20 MPa, e C d = 1.10 per f car > 20 MPa (N. Augenti, 2003) R c = 0,83 x f car 1,10 /C Dove il coefficiente C tiene conto dell influenza delle dimensioni del provino h/d = 2 C=1 Il valore stimato per la resistenza cubica a compressione, pertanto, è rappresentato dalla media dei risultati delle tre correlazioni.
Pag. 8 / 26 Sulla struttura esaminata, come accennato in precedenza, sono stati prelevati n 2 campioni cilindrici al piano terra (PIL.12 - PIL.30). Prima di procedere all operazione di carotaggio, mediante rilievo magnetometrico, è stata individuata la posizione delle armature principali e delle staffe in modo da escluderle dall area interessata. Per il prelievo si è fatto uso di una macchina carotatrice elettrica a corona diamantata. I campioni, sono stati sottoposti a prove di compressione in laboratorio secondo la norma UNI EN 12390-3:2003. I risultati delle prove si evincono nel certificato allegato rilasciato dal laboratorio autorizzato (legge 1086/71) Geo-In srl (Laboratorio autorizzato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti concessione n 7333 del 09.11.2009), mentre di seguito si riportano in dettaglio le caratteristiche delle carote prelevate. Descrizione carote dopo il prelievo Piano Terra Pilastro 12 PIL.12 - P.T Descrizione carota H = 19,32 cm - Diam. = 9,43cm Qualità del provino da esame visivo: cls resistente Aderenza matrice inerte: buona Tipo di ciottoli: inerti di cava Rottura della carota: no Presenza di ferri: no Massima dimensione inerti: 2,0 cm Dimensione media inerte: 1,0 cm Profondità e distribuzione della carbonatazione: 1,5 cm Superficie della carota dopo estrazione: liscia Piano Terra Pilastro 30
Pag. 9 / 26 PIL.30 - P.T Descrizione carota H = 17,35 cm - Diam. = 9,43 cm Qualità del provino da esame visivo: cls resistente Aderenza matrice inerte: buona Tipo di ciottoli: inerti di cava Rottura della carota: no Presenza di ferri: no Massima dimensione inerti: 2,5 cm Dimensione media inerte: 1,5 cm Profondità e distribuzione della carbonatazione: 2,5 cm Superficie della carota dopo estrazione: liscia I valori della resistenza cilindrica innanzi riportata sono indicati nel seguente prospetto: ELEMENTO N PIANO Rcarota Pilastro 12 Terra 23,50 Pilastro 30 Terra 19,45 3.3 MISURA DELLA PROFONDITÀ DI CARBONATAZIONE La prova ha lo scopo di misurare la profondità di carbonatazione dello strato superficiale di calcestruzzo. Il calcestruzzo possiede un valore di ph di circa 12,5, che gli conferisce un carattere fortemente basico. Questa forte alcalinità di fatto costituisce una protezione naturale dell acciaio dell armatura contro la corrosione (passivazione). Il fenomeno chimico è conseguente all anidride carbonica dell aria che penetrando nei pori del calcestruzzo neutralizza la calce libera presente. Il ph dello strato superficiale del calcestruzzo si abbassa fino a scendere a valori inferiori a 9 provocando il fenomeno della carbonatazione.
Pag. 10 / 26 In questo stato il calcestruzzo è fortemente permeabile e riduce la capacità protettiva: fornisce, inoltre, allo strato superficiale, una maggiore durezza che tende ad ingannare i metodi di determinazione della resistenza a compressione basati su misure superficiali come lo sclerometro. L indagine consiste nello spalmare il liquido sulla superficie della carota dopo averla pulita accuratamente. La soluzione di fenoftaleina, all 1% di alcool etilico, reagisce con il calcestruzzo provocando un cambiamento di colore nella parte non carbonatata da bianco trasparente a rosso violetto. In presenza di carbonatazione il cls manterrà inalterata la sua colorazione. L analisi va condotta subito dopo il prelievo della carota, per evitare che si formi un film superficiale carbonatato lungo tutta la superficie, che impedirebbe la reazione con la fenoftaleina. La prova di carbonatazione è stata eseguita sulle due carote prelevate e in nessuna di queste è stato evidenziato tale processo di alterazione. 3.4 PRELIEVO CAMPIONI D ARMATURA Il prelievo degli spezzoni d armatura viene effettuato nelle zone meno sollecitate dell elemento strutturale in quanto il taglio della barra comporta sempre il rilascio, locale, delle tensioni. Nel caso specifico i due prelievi sono stati effettuati nella mezzeria della pilastrata e della travata precisamente: Pilastro 12 Piano TERRA Trave 12-13 Piano TERRA attraverso le seguenti fasi: 1. Messa a nudo della barra d armatura mediante rimozione del calcestruzzo che l avvolge; 2. Sovrapposizione di uno spezzone d armatura dello stesso diametro e ripristino della continuità, tale da garantire la trasmissione delle sollecitazioni presenti immediatamente dopo il taglio, mediante saldatura a doppio cordone; 3. Taglio e prelievo dello spezzone di barra di lunghezza di circa 50 cm; 4. Applicazione di speciale malta antiritiro per ripristinare il calcestruzzo e il copri- ferro.
Pag. 11 / 26 4. ANALISI DEI RISULTATI 4.1 INDIVIDUAZIONE DELLE BARRE DI ARMATURA L indagine pacometrica, per gli elementi strutturali analizzati, ha evidenziato, con la dovuta approssimazione, la presenza di barre longitudinali di diametro e con staffe per i pilastri e le travi in c.a. 4.2 RISULTATI DELLE PROVE DI COMPRESSIONE A ROTTURA SULLE CAROTE PRELEVATE E CALIBRAZIONE DELLE RESISTENZE Dai certificati allegati, relativi alle prove di compressione a rottura eseguite dal laboratorio autorizzato (legge 1086/71) Geo-In srl (Laboratorio autorizzato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti concessione n 7333 del 09.11.2009) sulle carote prelevate, si evince che la resistenze unitarie del calcestruzzo per i vari elementi indagati sono: ELEMENTO N PIANO Rcarota Pilastro 12 Terra 23,50 Pilastro 30 Terra 19,45 mentre le resistenze cubiche medie sono state ottenute mediante la media tra le formule (British standard 1881 1983, Augenti-2003, Masi-2005) secondo la tab. 5 di seguito riportata: TAB. 5 Media f c, car CALCOLO DEI VALORI DI RESISTENZA MEDIA DELLE CAROTE Piano di riferimento Elemento indagato Foto n H (mm) (mm) peso (gr) fc, car (British standard 1881-1983) (Augenti - 2003) (Masi - 2005) (MEDIA) PIANO TERRA PILASTRO 12 1,00 193,20 94,30 3106,00 23,50 29,55 26,75 34,18 30,16
Pag. 12 / 26 CALCOLO DEI VALORI DI RESISTENZA MEDIA DELLE CAROTE Piano di riferimento Elemento indagato Foto n H (mm) (mm) peso (gr) f c, car (British standard 1881-1983) (Augenti - 2003) (Masi - 2005) (MEDIA) PIANO TERRA PILASTRO 30 2,00 173,50 94,30 2810,00 19,45 23,79 21,72 27,52 24,35 RESISTENZA CUBICA MEDIA = MEDIA fc, car Eq (N/mmq) 27,25 4.3 PROVA DI TRAZIONE SULLE BARRE D ARMATURA Come riportato nel certificato n. 2359 del 14.11.2016 rilasciato dal laboratorio autorizzato (legge 1086/71) Geo-In srl (Laboratorio autorizzato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti concessione n 7333 del 09.11.2009) e relativo alla prova di trazione eseguita sulle barre prelevate, l acciaio testato ha le seguenti caratteristiche: barra prelevata dal Pilastro 12 del piano Terra fi 18 fy (tensione snerv.) (Mpa)= 489,7; ft (tensione di rottura) (Mpa)= 708,3; ε t (%) = 19,6; barra prelevata dalla Trave 12-13 del piano Terra fi 16 fy (tensione snerv.) (Mpa)= 489,7; ft (tensione di rottura) (Mpa)= 708,3; ε t (%) = 18,8;
Pag. 13 / 26 5. INDAGINE TERMOGRAFICA La tecnica termografica opera nella banda della radiazioni infrarosse servendosi di una speciale camera che trasforma le radiazioni termiche (IR) emesse dall oggetto investigato, in segnali elettrici che vengono riportati su un monoscopio e convertiti in immagini sotto forma di termogrammi. Ogni corpo emette energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche, la cui intensità è funzione della temperatura, che è determinata a sua volta dai valori di conducibilità specifica e calore specifico del materiale. Gli impieghi in edilizia della tecnica termografica possono essere ricondotti alla ricerca di anomalie termiche che possono mettere in evidenza: Composizione e tessiture murarie, individuazione degli elementi strutturali di fabbricati in cemento armato; orditura travetti di solai, etc. Lesioni, distacchi di intonaco, lastre di rivestimento di parametri murari. Particolari architettonici inglobati nelle pareti e mascherati da interventi successivi, come ad esempio tamponatura di aperture; finestre, etc. Passaggio di reti elettriche, impianti di riscaldamento, idrici, fognari, canne fumarie. STRUMENTO UTILIZZATO TERMOCAMERA FLIR i7: - risoluzione IR 120x120 pixels; -Sensibilità termica < 0,1 C - 25 C; -Memoria fino a 5.000 immagini JPEG; -Display LCD a colori da 2,8"; Termocamera FLIR i7
Pag. 14 / 26 DETTAGLIO DELLE SINGOLE SEZIONI Vista orditura solaio
Pag. 15 / 26 vista travi e pilastri
Pag. 16 / 26 6. CONCLUSIONI Le indagini effettuate sulla struttura hanno consentito di ottenere delle informazioni sul sistema costruttivo adottato, sulle caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati per la costruzione, nonché sullo stato di conservazione della struttura stessa. L organismo strutturale dell edificio, per la parte in elevazione indagata, risulta costituito da telai in conglomerato cementizio armato. L interpretazione della prova di schiacciamento sulle carote prelevate, condotta mediante le più accreditate formulazioni disponibili, hanno fornito valori della resistenza cubica pari a: CALCOLO DEI VALORI DI RESISTENZA MEDIA DELLE CAROTE Piano di riferimento Elemento indagato Foto n H (mm) (mm) peso (gr) fc, car (British standard 1881-1983) (Augenti - 2003) (Masi - 2005) (MEDIA) PIANO TERRA PILASTRO 12 1,00 193,20 94,30 3106,00 23,50 29,55 26,75 34,18 30,16 CALCOLO DEI VALORI DI RESISTENZA MEDIA DELLE CAROTE Piano di riferimento Elemento indagato Foto n H (mm) (mm) peso (gr) f c, car (British standard 1881-1983) (Augenti - 2003) (Masi - 2005) (MEDIA) PIANO TERRA PILASTRO 30 2,00 173,50 94,30 2810,00 19,45 23,79 21,72 27,52 24,35 e quindi un valore medio della resistenza cubica pari a 27,25 N/mmq. Mediante le prove pacometriche è stata accertata, negli elementi indagati, con la dovuta approssimazione, la presenza di barre longitudinali di diametro e con staffe per i pilastri e le travi in c.a.
Pag. 17 / 26 In base all epoca di costruzione dell edificio ed ai risultati delle due prove di trazione eseguite su un campione di armatura del tipo aderenza migliorata e su un campione di armatura liscio, si può definire l acciaio di costruzione di caratteristiche simili a quello siglato Fe B 44 con fy (tensione snervamento)mpa 430 e ft (tensione di rottura)mpa 540 per le barre ad aderenza migliorata e Fe B 32 con fy (tensione snervamento)mpa 315 e ft (tensione di rottura)mpa 490 per le barre lisce. Relativamente al degrado dei materiali si può concludere che per gli elementi investigati è stata riscontrata una scarsa carbonatazione del calcestruzzo. Novembre 2016 EDIL DIAGNOSIS Ing. Antonio Trosino
Pag. 18 / 26 7. ALLEGATI 7.1 DOCUMENTAZIONE FOTOGRAFICA PIL. 1 2 - P.T. Prelievo carota Pil.12 - P.T.
Pag. 19 / 26 Pil. 30 - P.T. Prelievo carota Pil. 30 - P.T.
Pag. 20 / 26 Prelievo ferro di armatura Trave 12-13 - P.T.
Pag. 21 / 26 Prelievo ferro di armatura Pilastro 12 - P.T.
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Pag. 26 / 26 Saggi e pacometriche su travi e solai 7.2 CERTIFICATI DI LABORATORIO