Claudio Barandoni Pisa 01/07/2015 Ingegnere Civile Edile Dottore di Ricerca in Materiali e strutture per L Architettura Via F. Rismondo, 39 56123 PISA MENSA UNIVERSITARIA CAMMEO VIALE CAMMEO n. 51 - PISA A4 RELAZIONE SUI MATERIALI IMPIEGATI PROPRIETA : Diritto Allo Studio Universitario Tel. 050 577665 Cod. Fisc. BRN CLD 71H01 G702F Part. I.V.A. 0152173 050 5
INDICE A4 RELAZIONE SUI MATERIALI IMPIEGATI... 3 A4.1 Calcestruzzo esistente... 3 A4.1.1 Campagna di indagini... 3 A4.1.2 Risultati della campagna di indagine... 4 A4.1.3 Classe di resistenza e fattore di confidenza... 6 A4.2 Armatura esistente... 6 A4.2.1 Campagna di indagini... 6 A4.2.2 Valori caratteristici e fattore di confidenza... 7 A4.3 Compositi Fibrorinforzati... 7 A4.3.1 Classificazione dei sistemi di rinforzo... 7 A4.3.2 Valori caratteristici... 9 2
A4 RELAZIONE SUI MATERIALI IMPIEGATI A4.1 Calcestruzzo esistente A4.1.1 Campagna di indagini Per la determinazione della classe di resistenza del calcestruzzo attuale della pilastrata centrale, oggetto di intervento, è stata condotta una campagna di indagini secondo quanto previsto nelle Istruzioni tecniche: criteri per lo svolgimento di indagini diagnostiche finalizzate alla valutazione della qualità dei materiali in edifici esistenti in cemento armato a cura della Regione Toscana Servizio Sismico Regionale. In particolare sono state condotte indagini, sia di tipo non distruttivo: prove Sonreb, sclerometriche e ultrasoniche, eseguite sui calcestruzzi dei pilastri, sia mediante prelievo di campioni, eseguito con carotatrice a rotazione con corona diamantata, e successiva prova a schiacciamento del provino. Alle prove di cui sopra si sono affiancate anche indagini endoscopiche eseguite sulla parete del prospetto principale di via Cammeo per individuare l eventuale presenza di pilastri in cemento armato incamiciati da una tessitura muraria ed altri saggi allo scopo di accertare la tipologia di alcune strutture portate e portanti come più avanti specificato. In merito alla ricerca dei risultati per determinare le caratteristiche meccaniche dei calcestruzzi esaminati, sulla base delle prove sonreb, oltre alle tre formule empiriche previste dal protocollo della Regione Toscana, si è fatto ricorso anche a quella denominata Bocca e Cianfronte. Tra queste si distinguono: due più cautelative (Giacchetti e Iacquaniti, Bocca e Cianfronte) e due meno prudenziali (Gasparirik; Di Leo e Pascale). Inoltre, nelle zone oggetto di prelievo dei campioni, si è potuto riscontrare la congruità dei risultati ottenuti con la metodologia empirica e con le prove di schiacciamento. Dai risultati delle prove è emersa una eterogeneità di composizione dei calcestruzzi delle strutture verticali esaminate, in quanto ad alcuni pilastri con caratteristiche di distribuzione granulometrica apparentemente assortita, fanno riscontro altri di minor omogeneità; soprattutto per quelli disposti nella stilata centrale (oggetto di intervento), dove, già alla vista, era stata rilevata, in superficie, la presenza nell impasto di inerti di grosse dimensioni, confermata poi dal campione estratto. Tali risultanze possono trovare riscontro nei risultati acquisiti; infatti, mentre nella pilastrata laterale posteriore sono stati ottenuti valori medi di resistenza riferibili ad una classe Rck250 (C20/25) con l unica eccezione del pilastro P/ZA/SO, quella centrale, peraltro 3
gravata da carichi ben più elevati, risulta di qualità assai bassa. Da sottolineare come il provino del pilastro P/V1/SO PILASTRO n. 4 (carota sottoposta a prove di laboratorio) ha fornito una resistenza alla prova di schiacciamento pari a 100 kg/cmq. Una possibile spiegazione circa la scarsa qualità del calcestruzzo può essere dipesa, sia dalle modalità di confezionamento del calcestruzzo, che di esecuzione dei getti. I pilastri in oggetto presentano un altezza piuttosto elevata (5,60 ml circa), quindi è possibile che siano stati realizzati con un unico getto dall alto e con una insufficiente vibrazione. In conseguenza di ciò saremmo in presenza del fenomeno di segregazione come effetto di separazione tra i costituenti a grana grossa rispetto a quelli più fini, così che la distribuzione nella massa complessiva sia risultata non uniforme. Ciò comunque non esime da un giudizio di scarsa qualità delle aree analizzate: dall osservazione dei provini emerge un assortimento dimensionale degli inerti assai irregolare che non lo favorisce nel rispetto della curva granulometrica più adatta al confezionamento del calcestruzzo. Anche la scarsa regolarità della forma della ghiaia, che deve risultare quanto più poliedrica e rotondeggiante, ha incidenza sui valori di resistenza del calcestruzzo. A4.1.2 Risultati della campagna di indagine Come riportato nel punto precedente, per determinare la classe di resistenza media del calcestruzzo della pilastrata centrale sono state condotte indagini non distruttive e distruttive. Nel caso specifico della pilastrata centrale sono stati sottoposti ad indagine n. 5 pilastri che nello stato attuale risultano liberi da tamponamenti e/o impianti. I pilastri analizzati sono stati così denominati: SIGLA DI PROVA DEL PILASTRO SIGLA PILASTRO TAVOLA 1S P/V1/SO PILASTRO n. 4 P/V2/SO PILASTRO n. 5 P/V3/SO PILASTRO n. 6 P/V4/SO PILASTRO n. 7 P/V5/SO PILASTRO n. 8 I risultati ottenuti sulla scorta della campagna di indagine effettuata sono i seguenti: 4
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A4.1.3 Classe di resistenza e fattore di confidenza Sulla scorta dei risultati ottenuti dalle prove, è stato deciso di adottare due differenti valori di resistenza media a compressione del calcestruzzo: PILASTRO CLASSE DI RESISTENZA CLS FATTORE DI CONFIDENZA 1 10 N/mmq 1,20 2 10 N/mmq 1,20 3 10 N/mmq 1,20 4 10 N/mmq 1,20 5 10 N/mmq 1,20 6 10 N/mmq 1,20 7 10 N/mmq 1,20 8 10 N/mmq 1,20 9 10 N/mmq 1,20 10 15 N/mmq 1,20 11 15 N/mmq 1,20 12 15 N/mmq 1,20 Per i pilastri dal n. 1 al n. 9 è stato considerato il valore minimo di resistenza scaturito dalle prove effettuate, mentre per i pilastri dal n. 10 al n. 12 (ovvero quelli separati dai precedenti da un giunto tecnico) è stato preso a riferimento il valore medio della resistenza del calcestruzzo. Alla luce delle prove effettuate, sia per determinare la dimensione resistente dei pilastri che per valutarne la resistenza a compressione, il livello di conoscenza della struttura può essere indicato pari a LC2 che corrisponde ad un fattore di confidenza di 1,20. Da sottolineare infine come sia stata già preventivata una ulteriore campagna di indagini da effettuare in concomitanza con l inizio dei lavori di consolidamento. A4.2 Armatura esistente A4.2.1 Campagna di indagini Rispetto a quanto effettuato per determinare la classe di resistenza del calcestruzzo, la campagna di indagini riguardo ai ferri di armatura presenti nei getti di calcestruzzo si è limitata all individuazione della presenza della stessa attraverso l impiego di ferroscan oltre a limitati saggi in sito (demolizione dell intonaco presente e del copriferro). 6
A4.2.2 Valori caratteristici e fattore di confidenza Per determinare i valori di resistenza da utilizzare per le verifiche della pilastrata centrale, considerata la limitata campagna di indagine effettuata, si è fatto riferimento alla tipologia di acciaio da armatura che venivano impiegati nel periodo di costruzione del fabbricato (anni 50). In particolare si è fatto riferimento all acciaio denominato Aq42, caratterizzato da un valore di resistenza allo snervamento pari a 230 N/mmq. Per quanto riguarda invece la dimensione dei ferri longitudinali di armatura presenti all interno delle strutture interessate dal presente progetto di consolidamento si è fatto riferimento a quanto riportato nel progetto di adeguamento sismico; nel dettaglio i pilastri risultano armati con n. 4 ferri di diametro 18 mm. Alla luce di quanto sopra esposto, considerato la scarsità di dati in nostro possesso, per determinare i valori di calcolo da utilizzare per le armature è stato considerato un fattore di confidenza pari a 1,35, corrispondente ad un livello di conoscenza LC1. A4.3 Compositi Fibrorinforzati A4.3.1 Classificazione dei sistemi di rinforzo Il consolidamento dei pilastri in cemento armato verrà effettuato mediante l utilizzo di materiali compositi fibrorinforzati, nel caso specifico fibre di carbonio individuate dalla sigla CFRP. Dal punto di vista morfologico, i sistemi di rinforzo realizzati con elementi fibrorinforzati sono distinti in: sistemi preformati (precured systems), costituiti da componenti di varia forma (lamine, nastri, barre o altro) preparati in stabilimento mediante pultrusione, o altri processi produttivi di comprovata validità tecnologica, ed incollati all elemento strutturale da rinforzare; sistemi impregnati in situ (es. wet lay-up systems), costituiti da fogli o tessuti di fibre unidirezionali o multidirezionali impregnati con una resina che può fungere anche da adesivo con il substrato interessato (es. calcestruzzo, muratura ); sistemi preimpregnati (prepreg systems), costituiti da fogli o tessuti di fibre uni o multidirezionali preimpregnati con resina parzialmente polimerizzata ed incollati al substrato da rinforzare con (o senza) l uso di resine aggiuntive. Dal punto di vista meccanico i suddetti sistemi sono classificati in base ai valori del modulo elastico e della tensione di rottura. Tali grandezze, valutate in regime di trazione 7
uniassiale nella direzione delle fibre, devono essere riferite, nel caso dei sistemi di rinforzo preformati, all unità di superficie complessiva del composito FRP (fibre e matrice); nel caso invece dei sistemi realizzati in situ, all area delle sole fibre secche del composito. I valori del modulo elastico e della resistenza a trazione devono risultare opportunamente stabili nei confronti del degrado indotto sul composito FRP da azioni ambientali. Nei compositi fibrorinforzati le fibre svolgono il ruolo di elementi portanti sia in termini di resistenza che di rigidezza. La matrice, oltre a proteggere le fibre, funge da mezzo di trasferimento degli sforzi tra fibra e fibra ed eventualmente tra queste e l elemento strutturale da rinforzare. Nella maggioranza dei casi i compositi sono costituiti da fibre caratterizzate da resistenza e rigidezza elevate, nonché da valori della deformazione a rottura inferiori a quelli della matrice. Legami costitutivi di fibre, matrice e corrispondente composito In figura sono rappresentati qualitativamente i legami costitutivi di un materiale fibrorinforzato unidirezionale e delle sue fasi costituenti: matrice e fibre. Il composito esibisce rispetto alle fibre una rigidezza inferiore ma la medesima deformazione a rottura, fib,max. Infatti, una volta superata tale deformazione, diviene impossibile il trasferimento degli sforzi dalla matrice alle fibre. Nel caso specifico si è scelto di impiegare il sistema impregnato in situ, in particolare con la metodologia wet lay-up systems. Tale sistema prevede l impregnazione manuale, dove la valutazione del modulo elastico e della resistenza in una specifica direzione è riferita, come consuetudine, alla sola area della sezione resistente retta di tessuto secco disposta nella suddetta direzione. 8
A4.3.2 Valori caratteristici Nel calcolo del consolidamento strutturale effettuato con CFRP sono stati assunti i seguenti valori di riferimento: Spessore equivalente del singolo strato di CFRP: tf = 0,167 mm; Modulo di elasticità normale nella direzione delle fibre: Ef = 240.000 N/mmq; Resistenza caratteristica a trazione CFRP: ffk = 3.500 N/mmq. Sono state impiegate strisce di larghezza 100 mm o 200 mm disposte secondo quanto riportato negli elaborati grafici allegati. Il calcolo dell area resistente del tessuto, ovvero dello spessore equivalente, è stato condotto in accordo a quanto riportato al paragrafo 2.2.3.1 della CNR-DT 200 R1/2013. IL PROGETTISTA DOTT. ING. CLAUDIO BARANDONI 9