4.6 (8) Carotaggio e Microcarotaggio Di Elementi in Cls

Dipartimento di Architettura Costruzioni e StruttureUniversit Politecnica delle Marche

Corso di Tecniche Diagnostiche

per lEdilizia AA 2009/2010

Modulo 4

Analisi delle anomalie negli elementi strutturali1

8. CAROTAGGIO E MICROCAROTAGGIO

DI ELEMENTI STRUTTURALI IN CLS

TECNICHE DIAGNOSTICHE PER LEDILIZIA - AA 2009-2010

MODULO 4 Analisi delle Anomalie degli Elementi Strutturali

Prof. Alberto Giretti




Modulo 4


Carotaggio di elementi strutturali in cls

Per la valutazione della resistenza meccanica del calcestruzzo in situ si ricorre alla tecnica del prelievo di campioni cilindrici di calcestruzzo indurito mediante l'ausilio di macchina carotatrice a solo rotazione (e non a roto-per-cussione).

La norma di riferimento per il prelievo la: UNI EN 12504-1:2002 Prove sul calcestruzzo nelle strutture - Carote - Prelievo, esame e prova di compressione.

Per la prova di compressione la 12504-1:2002 rimanda alla 12390-3:1999




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Essa costituita da un motore che fa

ruotare un "carotiere" munito di

corona a diamanti impregnati raffreddata

ad acqua, di tipo adatto alla du-rezza del

conglomerato ed al tipo di aggregato in

esso contenuto.

Il blocco motore-carotiere viene fissato

alla struttura sottoposta ad indagine

mediante un telaio e l'operatore,

mediante rotazione di un volantino,

regola l'avanzamento del carotiere

all'interno del materiale.




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Caratteristiche tecniche

Lunghezza utile colonna mm. 700

Profondit massima foratura mm. 550 unica corona

Diametro massimo foratura mm. 300

Potenza motore 2800 Watt

Alimentazione motore Volt. 220/ 50Hz

N Giri motore 270/700/1250 min

Attacco motore 1 - 1/4 UNC

Possibilit basamento sotto vuoto NO

Frizione sicurezza SI

Interruttore elettronico SI

Protezione termica SI

Garanzia macchina ANNI UNO

Peso complessivo 32,0 Kg.

Dimensione macchina (Ingombro)300 x 500 x 1280

mm.




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L'operazione di estrazione va eseguita in modo da arrecare il minimo disturbo al campione.

Il carotiere va ancorato in modo opportuno al gruppo motore e l'operazione di avanzamento deve avvenire senza indurre vibrazioni e spostamenti, cos da ottenere una

carota con diametro co-stante ed asse rettilineo.

Occorre eseguire il carotaggio perpendicolarmente alla superficie in modo da non danneggiare le carote e tenere la carotatrice rigidamente posizionata durante il carotaggio.

Immediatamente dopo l'estrazione necessario richiudere immediatamente i foriprovocati dalle operazioni di carotaggio, impiegando apposite malte o be-toncini

preferibilmente a ritiro compensato

Si dovr aver particolare attenzione ad impiegare una velocit moderata in modo che il campione non risulti disturbato e quindi non utilizzabile ai fini della prova di rottura.

Le carote dovrebbero essere sempre passanti su tutto l'elemento al fine di consentire un prelievo indisturbato del campione.

Nel caso di prelievo non passante, si deve fare in modo di ottenere un distacco del campione dal resto dell'elemento strutturale praticando una leggera e decisa azione di leva

sul bordo in vista del prelievo.




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Carotaggio di elementi strutturali in clsPosizione nei pilastri

Prima del carotaggio, cruciale considerare qualsiasi implicazione strutturale derivante dal prelievo di una carota.

Le carote dovrebbero essere prelevate preferibilmente in punti lontano da giunti o bordi dell'elemento di calcestruzzo e in cui non vi sia la presenza di armatura.

Si deve eseguire una preliminare indagine pacometrica, di eseguire il carotaggio nelle aree interessate dal passaggio delle armature ed in vicinanza dei cavi e dei fili di

precompressione.

Per i pilastri occorre scegliere quale zona oggetto di prove quella soggetta a modeste sollecitazioni tenendo presente che

si possono ottenere valori falsati, in quanto gli stati tensionali peggiori si hanno in prossimit della testa e del piede del pilastro, dove il conglomerato pu avere una

segregazione fra i componenti elevata;

la diminuzione della sezione resistente derivante dal prelievo pu comportare problemi in una zona particolarmente sollecitata ed in presenza di un calcestruzzo di

qualit scadente.

Pertanto si sceglier una zona in una fascia intermedia rispetto all'altezza del pilastro, dove il momento pressoch nullo.




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Posizione nelle travi

Per le travi il ragionamento molto analogo a quello affrontato per i pilastri.

In questo caso non si hanno in genere fenomeni di segregazione dei componenti del

conglomerato se non alla base della trave stessa.

Si sceglieranno, per comodit operative, travi alte e si eseguir l'eventuale carotaggio sul

fianco della trave, avendo cura, ove possibile, di porsi a circa 1 /5 della luce della trave.

Per evitare di tagliare le barre di armatura bisogna eseguire il campionamento in prossimit

della parte in cui si hanno le tensioni inferiori, cio nelle vicinanze dell'asse neutro.

E' da notare per che, se vero che nella zona descritta si hanno momenti bassi, anche

verosimile che in questa zona si possono trovare barre sagomate che assorbono le

sollecitazioni di taglio (a volte non facilmente rilevabili mediante l'indagine pacometrica).




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Lunghezza delle carote

Nel decidere la lunghezza delle carote da prelevare per le prove di resistenza, occorre considerare:

il diametro della carota;

il metodo di rettifica applicabile;

se il confronto deve essere effettuato con resistenza cubica o resistenza cilindrica.

Esame Dopo aver eseguito il carotaggio si procede ad un'accurata ispezione visiva del

campione in modo da identificare eventuali anomalie.

Eopportuno marcare in modo chiaro ed indelebile ciascuna carota, fotografarla eregistrare la posizione e l'orientamento all'interno dell'elemento dal quale stata

prelevata.

Successivamente si eseguono le misurazioni del diametro della carota, della lunghezza iniziale e della lunghezza dopo il completamento della preparazione finale.

Se una carota viene successivamente tagliata per creare un certo numero di provini, necessario marcare ciascun provino indicandone la posizione e l'orientamento all'interno

della carota originaria.




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Preparazione delle carote

La preparazione delle estremit delle carote per le prove di compressione

deve seguire le prescrizioni della UNI EN 12390-3:2003 "Appendice A".

Le superfici destinate a sopportare il carico devono essere preparate

mediante molatura o cappatura (vedi norma).

I rapporti preferenziali lunghezza/diametro sono:

2,0 se il risultato di resistenza deve essere paragonato alla resistenza

cilindrica;

1,0 se il risultato di resistenza deve essere paragonato alla resistenza cubica.




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Il rapporto tra la dimensione massima dell'aggregato presente nel calcestruzzo rispetto al diametro della carota influenza significatamene la

resistenza misurata, quando si avvicina a valori di 1:3 circa.

Nell'Appendice A alla norma UNI EN 12504-1:2002 si riporta che campagne sperimentali nelle quale sono state sottoposte a prove carote di 25

mm, 50 mm e 100 mm di diametro contenenti aggregati con dimensione

massime di 20 mm e 40 mm, hanno dimostrato che:

per aggregato di 20 mm: le carote di 100 mm di diametro erano del 7% circa pi resistenti delle carote di 50 mm di diametro; le carote di 50

mm di diametro erano del 20% circa pi resistenti delle carote di 25

mm di diametro;

per aggregato di 40 mm: le carote di 100 mm di diametro erano del 17% circa pi resistenti delle carote di 50 mm di diametro; le carote di

50 mm di diametro erano del 19% circa pi resistenti delle carote di 25

mm di diametro.




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Prova di compressione - UNI EN 12390-3:2003

Prima di procedere alla prova di compressione occorre registrare le condizioni del provino.

La velocit di carico deve essere mantenuta costante per tutta la durata della prova e compresa tra 0,2 MPa/sec e 1,0 MPa/sec.

Il carico deve essere applicato al provino senza colpi ed aumentato in modo continuo, alla velocit costante selezionata con tolleranza di 10%, fino a quando

non pu pi essere sopportato un ulteriore carico.

A questo punto si pu registrare il carico massimo indicato.

Questa serie di EN 12390 include le parti seguenti dove tra parentesi dato il numero con il quale ogni metodo di

prova stato pubblicato per l'inchiesta CEN: EN 12390 Testing hardened concrete

Parte 1: Shape, dimensions and other requirements for specimens and moulds (former prEN 12356:1996)

Parte 2: Making and curing specimens for strength tests (former prEN 12379:1996)

Parte 3: Compressive strength of test specimens (former prEN 12394:1996)

Parte 4: Compressive strength - Specification for testing machines (former prEN 12390:1996)

Parte 5: Flexural strength of test specimens (former prEN 12359:1996)

Parte 6: Tensile splitting strength of test specimens (former prEN 12362:1996)

Parte 7: Density of hardened concrete (former prEN 12363:1996)

Parte 8: Depth of penetration of water under pressure (former prEN 12364:1996)




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Carotaggio di elementi

strutturali in clsEspressione dei risultati

La resistenza alla compressione di ciascun provino

si ottiene dividendo il carico massimo per l'area

della sezione trasversale, calcolata dal diametro

medio; il valore cos ottenuto deve essere

arrotondato a 0,5 MPa.

Se la rottura non soddisfacente, ci deve essere

registrato facendo riferimento alla forma di

rottura.

Le rotture non soddisfacenti possono essere

provocate da:

insufficiente attenzione ai procedimenti di prova, in particolare al posizionamento del

provino;

un difetto della macchina di prova,La rottura della coppatura prima del calcestruzzo

considerata una rottura non soddisfacente.




Modulo 4



Il resoconto di prova dovr includere:

descrizione e identificazione del provino; dimensione massima nominale dell'aggregato; data del carotaggio; ispezione visiva, annotando qualsiasi anomalia identificata; armatura (se presente): diametro, in millimetri, posizione/i in millimetri; metodo utilizzato per la preparazione del provino (taglio, spianatura o rettifica); lunghezza e diametro della carota; rapporto lunghezza/diametro del provino dopo la sua preparazione; condizione di umidit della superficie al momento della prova; data di esecuzione della prova; resistenza alla compressione della carota, in megapascal o in newton per

millimetro quadrato;

qualsiasi deviazione dal metodo normalizzato dell'ispezione visiva o della prova di compressione;

dichiarazione della persona responsabile dell'ispezione e della prova attestante che sono state eseguite come da norma (eccetto per quanto specificato al punto

precedente).




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Interpretazione dei risultati

II valore della resistenza unitaria determinata con la prova di compressione eseguita sulle carote diverso da quello che si misurerebbe su un equivalente provino

standard, in quanto intervengono numerosi fattori che tendono a sottostimare il

valore della resistenza delle carote rispetto ad equivalenti provini standard.

Fra tali fattori si ricordano le diverse modalit di preparazione e stagionatura dei campioni, la posizione del prelievo all'interno della struttura, il disturbo che

inevitabilmente subisce il campione durante l'operazione di estrazione, la forma

e dimensione delle carote e l'eventuale presenza delle armature.

L'interpretazione dei dati un problema che non trova soluzione in alcuna norma, poich non esiste uno standard nazionale di riferimento sulla materia.

Di solito viene stimata ricorrendo all'uso di formule note in letteratura: BS 1881 Part. 120. Concrete Society. Cestelli Guidi. D.M. 9 gennaio 1996 art. 4.0.2 "Norme di calcolo - Resistenze di calcolo".

LENOVOFont monospaziofattore di incertezza in quanto i provini sono influenzati

LENOVOEvidenziato

LENOVOEvidenziato

LENOVOEvidenziato

LENOVOEvidenziato




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Terminologia

Rcar = Resistenza cilindrica unitaria determinata dalla rottura della carota avente un rapporto di snellezza = H/ (con H altezza del provino e diametro medio) qualsiasi;

Rcil| = Resistenza cilindrica, ovvero di un provino cilindrico di dimensioni definite standard, cio con rapporto di snellezza = H / uguale a 2.

Reff,cub = Resistenza effettiva cubica in situ, ovvero la resistenza che manifesterebbe un provino cubico di dimensioni standard dello stesso materiale costituente la carota ed

estratto al momento del carotaggio sulla struttura esaminata. Il valore si ottiene

moltiplicando Rcil per un fattore di correzione che tiene conto delle diverse dimensioni

di un provino cubico rispetto ad uno cilindrico (differente rapporto altezza-lato,

differente rapporto massa-superfici, differente direzione di prova).

Rcub,conv = Resistenza convenzionale, ovvero di un ipotetico calcestruzzo con 28 gg. di stagionatura, ottenuta da cubi confezionati al momento del getto in opera e maturati in

condizioni di temperatura ed umidit standard. Si ottiene incrementando Reff,cubmediante coefficienti correttivi che tengono conto dei fattori perturbativi dovuti alle

operazioni di getto, alle differenti condizioni termoigrometriche ed all'et di

maturazione.




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Carotaggio di elementi strutturali in clsIMetodo proposto dalle British Standard (BS) 1881 Part. 120.

Il metodo fornisce la resistenza effettiva cubica in situ Reff,cub del calcestruzzo attraverso

la procedura seguente:

1. determinazione di Rcar (resistenza cilindrica unitaria). Il valore viene assunto

dal dato fornito dal laboratorio prove (ufficiale o autorizzato);

2. rapporto di snellezza della carota, variabile tra 1 e 2;

3. applicazione di un fattore correttivo R1 che tiene conto della snellezza della

carota, variabile tra 0,92 (per rapporti di snellezza pari a 1 ) ed 1 (per rapporti di

snellezza pari a 2), ricavato dalla curva fornita dalle BS 1881

4. La resistenza cilindrica corretta Rcorr si ottiene mediante la seguente formula:

carcubeff RRR 1, 25.1




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B - Metodo proposto dalla Contrete Society.

Il metodo fornisce la resistenza cubica in situ Reff;cub e la resistenza cubica convenzionale

Rcub,conv del calcestruzzo attraverso la procedura seguente:

1. determinazione di Rcar (Resistenza cilindrica unitaria). Il valore viene assunto

dal dato fornito dal laboratorio prove (ufficiale o autorizzato);

2. determinazione del rapporto di snellezza della carota, variabile tra 1 e 2;

3. determinazione di Rcil (Resistenza cilindrica) che si ottiene tramite la seguente

formula:

4. valutazione della resistenza cubica attuale Reff;cub e Reff;conv

carcil RR

15,1

2

cilcubeff RR 25.1, cubeffconvcub RR ,, 30.1




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Microcarotaggio di elementi strutturali in cls

L'estrazione di campioni di calcestruzzo dagli elementi strutturali resa talvolta problematica

dalle dimensioni richieste per i campioni; dall'ingombro ed il peso delle macchine carotatrici; dall eventuale eccessivo indebolimento della struttura.

Per i comuni calcestruzzi il diametro minimo consigliato o ammissibile dovrebbe avere valori prossimi a 10 cm, giustamente commisurato alle dimensioni massime

degli inerti, ma relativamente grande se comparato con le dimensioni di molti

elementi strutturali di comune impiego in edilizia (ad esempio i pilastri).

Per questo motivo alcuni ricercatori hanno recentemente proposto di valutare la resistenza del materiale mediante prove di compressione su carote di piccolo diametro

(microcarote), approfittando del fatto che sono state prodotte per altri scopi macchine

particolarmente maneggevoli provviste di carotieri con diametro dell'ordine di 30

mm.

Il principale problema nell'uso delle microcarote risiede nel grado di disturbo introdotto dall'operazione di estrazione e di successiva lavorazione del provino,

dall'effetto scala e dal rapporto tra il diametro del provino e quello dell'inerte.




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Alcune ricerche sperimentali hanno evidenziato che

microcarote di diametro uguale a 28 mm con rapporto

tra altezza e diametro uguale a 1, ricavate per taglio

dopo essere state estratte da provini cubici confezionati

secondo le modalit previste dalle norme UNI EN

12390-1:2002 ed UNI EN 12390-2:2002, mostrano

sempre resistenze inferiori a quelle determinate su

provini cubici di dimensioni standard con rapporti

variabili da 0,92 per calcestruzzi di classe Rck = 45 MPa

a 0,80 per calcestruzzi di classe Rck = 20 MPa.

Inoltre le misure sulle microcarote appaiono

caratterizzate da una maggiore dispersione dei risultati.




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La prova di compressione su microcarote attualmente regolata dalla norma UNI

10766:1999 "Calcestruzzo indurito. Prove di compressione su provini ricavati da

microcarote per la stima delle resistenze cubiche locali del calcestruzzo in situ.

Secondo tale norma la valutazione della resistenza meccanica del calcestruzzo in situ

deve essere effettuata su almeno tre microcarote, aventi l'altezza pari al diametro che

di circa 30 mm ed in generale minore od uguale a 50 mm.

Per ottenere dei risultati attendibili e confrontabili ad esempio con le carote di

grande diametro necessario effettuare molti prelievi o ricorrere alla prova

combinata microcarotaggio-ultrasuoni.




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