f - Università degli Studi della Basilicata

Corso di
Riabilitazione Strutturale
POTENZA, a.a. 2011 – 2012
La valutazione di edifici in c.a.
Il metodo combinato SONREB
Dott. Marco VONA
DiSGG, Università di
Basilicata
[email protected]
http://www.unibas.it/utenti/vona/
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
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
fc mediante espressioni del tipo:
f c = a ⋅ S b ⋅V c
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
Curve di isoresistenza (Rilem)
S
Rc [N/mmq]
52
48
70
44
60
50
40
40
36
30
fc = 20 MPa
32
20
28
24
20
10
16
12
3000
3800
4000
V [m/sec]
5000
6000
PROVE NON DISTRUTTIVE: METODO SONREB
In letteratura sono presenti numerose espressioni per
l’applicazione del metodo SONREB:
b
a
c
f c = 7.7 ⋅ 10 −11 ⋅ S 1.4 ⋅ V 2.6
Norme RILEM, 1993
f c = 6.7 ⋅ 10 −8 ⋅ S 1.246 ⋅ V 1.85
Gasparik, 1992
f c = 1.0 ⋅ 10 −9 ⋅ S 1.058 ⋅ V 2.446
Di Leo – Pascale, 1994
f c = 3.7 ⋅ 10−7 ⋅ S 1.127 ⋅ V 1.690
Del Monte et al., 2004
Nessuna di queste espressioni ha validità generale ed in
particolare nel caso di calcestruzzi di bassa qualità
CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB
DEFINIZIONE DELLA ESPRESSIONE SONREB VALIDA
PER IL CALCESTRUZZO IN ESAME
•
Si calcola la resistenza cilindrica media fcm 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 fc
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 fc, effettuando una
regressione lineare in ambiente EXCEL:
f c = a ⋅ S ⋅V
b
c
CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB
CALCOLO DI fcm : Dati di partenza
PROVE DISTRUTTIVE (CAROTAGGIO):
•
•
•
•
fc (N/mm2): 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
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
S (in NPND punti)
Velocità ultrasonica
V (in NPND punti)
Carotaggi
S, V, fc
fc (in NCAR punti, NCAR < NPND)
best correlation
fc = a Sb Vc
Applicando l’espressione ottenuta è possibile stimare la
resistenza anche nei punti in cui sono state effettuate solo PND
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)
ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA: ESEMPIO
OGGETTO DELL’ESEMPIO
Planimetria dell’edificio scolastico
ESPRESSIONE SONREB CALIBRATA: ESEMPIO
OGGETTO DELL’ESEMPIO
P2
P5
T4
P8
P9
P6
P3
EL3
T3
P1
P4
EL2T2
P7
EL1
T1
Planimetria dell’edificio scolastico
RISULTATI DELLE PND & PD
Valori medi e variabilità dei risultati
Elemento
Sclerometro
S
Ultrasuoni (Trasp.)
V [m/s]
Carotaggi
fc [MPa]
EL1
EL2
EL3
Totale
EL1
EL2
EL3
Totale
EL1
EL2
EL3
Totale
Punti di
misura/prelievo
40
54
38
132
20
27
37
84
6
10
5
21
Media Dev.St CV (%)
34
35
32
1
3
2
3.2
7.4
5.6
3930
3890
3780
180
80
80
4.7
2.1
1.7
40.6
33.6
29.8
7.8
4.0
2.2
16.7
10.3
6.6
RISULTATI DELLE PND & PD
Sono stati correlati alcuni valori delle resistenze fc 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
V
fc
Trave
S
[m/s]
[MPa]
EL1
35
3810
36.8
EL2
33
3710
28.2
EL3
32
3780
27.8
f c = 1.88 E
−12
⋅S
2.256
⋅V
2.737
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]
fc (carote)
40.6
fc con espr. Calibrata 36.4
23.9
fc (Rilem)
fc (Gasparik)
24.0
fc (Pascale)
26.0
fc (Del Monte)
23.0
(%) [MPa] (%) [MPa] (%) [MPa] (%)
19.2 33.6 11.9 29.8 7.5 34.7
-16.6 35.6 18.6 29.0 5.0 33.7
-2.9
16.7 23.8 13.5 19.7 5.9 22.5 -35.2
12.5 24.3 10.8 21.0 3.8 23.1 -33.4
15.2 25.7 11.6 21.8 6.1 24.5 -29.3
11.4 23.2 9.8 20.3 3.5 22.1 -36.2
METODI COMBINATI: Espressione Sonreb calibrata
50
50
45
45
40
40
fc [MPa]
fc [MPa]
Confronto tra valori di fc stimati con diverse espressioni Sonreb e
le resistenze ottenute dai carotaggi
35
Pascale Di Leo
Rilem
Gasparik
Del Monte
30
25
35
30
25
20
20
20
25
30
35
40
fc , Sonreb [MPa]
45
50
20
25
30
35
40
45
fc, espr. CALIBRATA [MPa]
50
CALIBRAZIONE RISULTATI METODO SONREB
PROCEDURA PER IL CALCOLO DI fcm
• si valuta la resistenza cilindrica fc 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: fc= a * Sb * Vc
• si calcola la resistenza media fcm effettuando la media tra i valori
ottenuti dalle prove distruttive e quelli valutati tramite le curve
Sonreb
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 + CO2
CaCO3 + H2O
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
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
MISURA DELLA PROFONDITÀ DI CARBONATAZIONE
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.
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.
σamm/ Allung.
Rottura Snervamento σmax a rottura
Resistenza [kg/cm2]
Normativa
R.D. 2229/39
Acciaio dolce
Acciaio semiduro
Acciaio duro
Barre lisce
4200-5000
5000-6000
6000-7000
3400-5000
≥2300
≥2700
≥3100
2300-3200
28-33%
33-40%
29-40%
35-32%
20%
16%
14%
24-23
D.M. 30/05/72 Barre ader. migl. 4600-5500
3800-4400
48-40%
14-12
Controlli
2/1000
3 camp.
(facoltativo se
control. in stab.)
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