La valutazione di edifici in c.a.

Corso diRiabilitazione Strutturale

POTENZA, a.a. 2011 – 2012

La valutazione di edifici in c.a.

Il metodo combinato SONREB

Dott. Marco VONADiSGG, Università di

Basilicatamarco.vona@unibas.it

http://www.unibas.it/utenti/vona/

PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB

Per ridurre gli errori commessi con le prove ultrasoniche esclerometriche é stato sviluppato il metodo combinatoSONREB

SONic + REBound = ultrasuoni + sclerometro

Si é infatti notato che il contenuto di umidità fa sottostimarel'indice sclerometrico e sovrastimare la velocità ultrasonica, e che,all'aumentare dell'età del calcestruzzo, l'indice sclerometricoaumenta mentre la velocità ultrasonica diminuisce

L'uso combinato delle due prove consente quindi di compensare inparte gli errori commessi usando singolarmente le duemetodologie

L'applicazione del metodo Sonreb richiede la valutazione deivalori locali dellavelocitàultrasonicaV e dell'indicedi rimbalzoS,

PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB

valori locali dellavelocitàultrasonicaV e dell'indicedi rimbalzoS,a partire dai quali è possibile ottenere la resistenza del calcestruzzofc mediante espressioni del tipo:

cbc VSaf ⋅⋅=

Curve di isoresistenza (Rilem) Rc [N/mmq]

50

60

70

40

44

48

52

S

La valutazione della resistenza del CLS con il metodoSONREB richiede la conoscenza della velocità ultrasonica V edell’indice sclerometrico S

PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB

10

20

30

40

12

16

20

24

28

32

36

40

3000 4000 5000 6000V [m/sec]38003800

fcfc = 20 = 20 MPaMPa

In letteratura sono presenti numerose espressioni perl’applicazione del metodo SONREB:

107.7 6.24.111 VSfc ⋅⋅⋅= − Norme RILEM, 1993

85.1246.18107.6 VSfc ⋅⋅⋅= − Gasparik, 1992

ba c

PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB

Nessuna di queste espressioni ha validità generale ed in particolare nel caso di calcestruzzi di bassa qualità

107.6 VSfc ⋅⋅⋅= Gasparik, 1992

446.2058.19100.1 VSfc ⋅⋅⋅= − Di Leo – Pascale, 1994

690.1127.17107.3 VSfc ⋅⋅⋅= − Del Monte et al., 2004

DEFINIZIONE DELLA ESPRESSIONE SONREB VALIDA PER IL CALCESTRUZZO IN ESAME

• Si calcola la resistenza cilindrica mediafcm del calcestruzzo diun edificio esistente utilizzando i risultati di prove distruttive enon distruttive effettuate negli stessi punti

• Nota la resistenzacilindrica a compressionedelle carote f

CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB

• Nota la resistenzacilindrica a compressionedelle carote fcprelevate, 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 fornisconofc, effettuando unaregressione lineare in ambiente EXCEL:

cbc VSaf ⋅⋅=

CALCOLO DI f cm : Dati di partenza

PROVE DISTRUTTIVE(CAROTAGGIO):• fc (N/mm2): resistenza cilindrica a compressione della carota • h (mm) : altezza carota• D (mm): diametro carota

CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB

• D (mm): diametro carota• caratteristiche della carota

PROVE NON DISTRUTTIVE(SCLEROMETRICHE E ULTRASONICHE):• S : indice di rimbalzo sclerometro• V (m/s): velocità ultrasonica

S (in NPND punti)

V (in NPND punti)

in N punti, N < N )

Le PND non sono affidabili per stimare la resistenza delcalcestruzzo, se non calibrate con risultati di test su carote

Indice sclerometrico

Velocità ultrasonica

Carotaggi

ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA

fc (in NCAR punti, NCAR < NPND)

S, V, fc best correlation

Carotaggi

Applicando l’espressione ottenuta è possibile stimare la resistenza anche nei punti in cui sono state effettuate solo PND

fc = a Sb Vc

Sono stati sottoposti a prove distruttive e non distruttive 14elementi strutturali in c.a. prelevati da un edificio scolastico nelcomune di Fivizzano (Toscana) realizzato nel 1977 comesopraelevazione di un edificio esistente realizzato nel 1959(progettato per soli carichi verticali)

OGGETTO DELL’ESEMPIO

ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA: ESEMPIO

OGGETTO DELL’ESEMPIO

ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA: ESEMPIO

Planimetria dell’edificio scolastico

T4P8

P5 P2

P9

OGGETTO DELL’ESEMPIO

ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA: ESEMPIO

Planimetria dell’edificio scolastico

T1

T3

T2

P7

P4

P9

P6 P3 P1

EL1

EL2

EL3

ElementoPunti di

misura/prelievoMedia Dev.St CV (%)

SclerometroS

EL1 40 34 1 3.2EL2 54 35 3 7.4EL3 38 32 2 5.6

Totale 132

Valori medi e variabilità dei risultati

RISULTATI DELLE PND & PD

Totale 132

Ultrasuoni (Trasp.)V [m/s]

EL1 20 3930 180 4.7EL2 27 3890 80 2.1EL3 37 3780 80 1.7

Totale 84

Carotaggifc [MPa]

EL1 6 40.6 7.8 16.7EL2 10 33.6 4.0 10.3EL3 5 29.8 2.2 6.6

Totale 21

Sono stati correlati alcuni valori delle resistenzefc ai risultati dellecorrispondenti PNDselezionando in modo casuale tre terne divalori (S, V, fc), una per ognuno degli elementi EL1, EL2 e EL3

Prima di effettuare la regressione è stata controllata l’esistenza diun legame di proporzionalità diretta tra i valori di resistenza fc edi corrispondentivalori SeV delletre terneprescelte

RISULTATI DELLE PND & PD

i corrispondentivalori SeV delletre terneprescelte

Trave SV

[m/s]fc

[MPa]EL1 35 3810 36.8EL2 33 3710 28.2EL3 32 3780 27.8

737.2256.21288.1 VSEfc ⋅⋅= −

METODI COMBINATI: Espressione Sonreb calibrata

La maggiore affidabilità della procedura rispetto alle espressioniconsolidate di letteratura è stata ampiamente dimostrata in passatilavori

EL1 EL2 EL3 Media Scarto

Media CV Media CV Media CV Totale

[MPa] (%) [MPa] (%) [MPa] (%) [MPa] (%)[MPa] (%) [MPa] (%) [MPa] (%) [MPa] (%)fc (carote) 40.6 19.2 33.6 11.9 29.8 7.5 34.7 --

fc con espr. Calibrata 36.4 16.6 35.6 18.6 29.0 5.0 33.7-2.9fc (Rilem) 23.9 16.7 23.8 13.5 19.7 5.9 22.5-35.2

fc (Gasparik) 24.0 12.5 24.3 10.8 21.0 3.8 23.1-33.4fc (Pascale) 26.0 15.2 25.7 11.6 21.8 6.1 24.5-29.3

fc (Del Monte) 23.0 11.4 23.2 9.8 20.3 3.5 22.1-36.2

Confronto tra valori difc stimati con diverse espressioni Sonreb ele resistenze ottenute dai carotaggi

40

45

50

40

45

50

METODI COMBINATI: Espressione Sonreb calibrata

20

25

30

35

20 25 30 35 40 45 50

fc

[MP

a]

fc , Sonreb [MPa]

Pascale Di LeoRilemGasparikDel Monte

20

25

30

35

20 25 30 35 40 45 50

fc

[MP

a]

fc, espr. CALIBRATA [MPa]

PROCEDURA PER IL CALCOLO DI fcm

• si valuta la resistenza cilindricafc delle carote tenendo conto delrimaneggiamento, delle dimensioni D e (h/D), delle eventualiarmature incluse

• si valutano i coefficientia, b, c della curva Sonreb tramiteregressione lineare a partire dai valori di S e V rilevati suglielementi strutturali su cui sono state effettuate anche prove

CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB

elementi strutturali su cui sono state effettuate anche provedistruttive

• si calcolano le resistenze cilindriche nei punti in sono stateeseguite solo le prove non distruttive impiegando la relazionetrovata:fc= a * Sb

* Vc

• si calcola la resistenza mediafcm effettuando la media tra i valoriottenuti dalle prove distruttive e quelli valutati tramite le curveSonreb

LA CARBONATAZIONE NEL CALCESTRUZZO

La carbonatazione nel calcestruzzo consiste nella formazione dicarbonato di calcio in uno strato superficiale del materiale più omeno profondo

Si verifica per effetto della reazione dell’anidride carbonicapresente nell’aria con l’idrossido di calcio disciolto nellapresente nell’aria con l’idrossido di calcio disciolto nellasoluzione acquosa che permea la pasta di cemento:

Ca(OH)2 + CO2 � CaCO3 + H2O

• Non provoca danni al calcestruzzo

• Può avere invece significative conseguenze sulle armature inquanto produce una riduzione del pHall’interno dello stratosuperficiale carbonatato a valori vicino alla neutralità.L’acciaio presente all’interno dello strato carbonatato si vienea trovarein un ambientecaratterizzatodaun pH benal disotto

LA CARBONATAZIONE NEL CALCESTRUZZO

a trovarein un ambientecaratterizzatodaun pH benal disottodi 11.5, valore minimo necessario per assicurare condizioni dipassività.

• La carbonatazione condiziona i risultati delle provesclerometriche

MISURA DELLA PROFONDITÀ DI CARBONATAZIONE

• La determinazione dello spessore dello strato carbonatato puòessere effettuata secondo la norma UNI 9944

• Si asportano appositamente alcuni pezzi di calcestruzzo dallasuperficie degli elementi in esame o si adoperano direttamente lecarote prelevate, in modo da ottenere una sezione ortogonale allasuperficie esposta all’aria

• Su tale sezione, subito dopo l’estrazione, si spruzza unasoluzione alcolica di fenolftaleina: il calcestruzzo carbonatatonon modifica il suo colore, mentre il calcestruzzo non ancorasoggetto a carbonatazione assume il classico colore rosa dellafenolftaleina in ambiente alcalino

MISURA DELLA PROFONDITÀ DI CARBONATAZIONE

LE PROVE SULLE ARMATURE

• La determinazione delle proprietà meccaniche dell’acciaio in-situ è operazione in genere complessa in quanto non esisteallo stato attuale una idoneaprocedura non distruttiva

• La stima diretta delle proprietà meccaniche richiede ilprelievo di spezzoni di armatura da sperimentareprelievo di spezzoni di armatura da sperimentaresuccessivamente in laboratorio.

• Gli spezzoni vanno prelevati con modalità ed, in particolare,in punti tali da non compromettere l’integrità strutturaledell’edificio riducendo al minimo il danno che ne deriva.

• Poiché l’acciaio è un prodotto industriale, dunque con unacasistica limitata, il tipo può in molti casi essere identificatodalla semplice ispezione visiva tenendo conto del suo aspetto, delperiodo di realizzazione dell’opera e di eventuali informazioni,anche parziali, ricavabili dalla documentazione tecnica.

• A tale scopo è utile fare riferimento alle caratteristichemeccanichedegli acciaiprevistidallenorme sulle costruzioni in

LE PROVE SULLE ARMATURE

meccanichedegli acciaiprevistidallenorme sulle costruzioni inc.a.succedutesi in passato.

Resistenza [kg/cm2] σσσσamm/

σσσσmax

Allung.

a rotturaControlli

Normativa Rottura Snervamento

R.D. 2229/39 Acciaio dolce 4200-5000 ≥2300 28-33% 20%

2/1000Acciaio semiduro 5000-6000 ≥2700 33-40% 16%

Acciaio duro 6000-7000 ≥3100 29-40% 14%

D.M. 30/05/72Barre lisce 3400-5000 2300-3200 35-32% 24-23 3 camp.

(facoltativo se

control. in stab.)Barre ader. migl. 4600-5500 3800-4400 48-40% 14-12

• Gli spezzoni di armatura prelevati vanno sottoposti allaclassicaprova 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 dellaprova di trazione sono uguali al caso di strutture nuove

• Si raccomanda di porre attenzione nell’individuare l’eventuale

LE PROVE SULLE ARMATURE

presenza di processi dicorrosione delle barre, in corso o giàavvenuti. Tale condizione, oltre a poter ridurre la sezioneresistente delle barre d’acciaio, può condizionare negativamenteed in maniera significativa il legame diaderenza acciaio-calcestruzzo.

• La presenza di corrosione va indagata con particolare attenzionenel caso in cui laprofondità di carbonatazione sia risultatasuperiore allo spessore medio del copriferro