Le prove di Laboratorio sui materiali da costruzione e il collaudo

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Le prove di Laboratorio
sui materiali da costruzione
e il collaudo
Roberto Felicetti
2
sommario
• richiami sulle Norme Tecniche per le Costruzioni
(collaudo e controllo sui materiali)
• discussione critica di alcuni aspetti relativi a:
- prove sui materiali (i cubetti di calcestruzzo)
- prove non distruttive (lo sclerometro)
- prove di carico
ponendo l'accento sugli aspetti che coinvolgono
direttamente il giudizio critico di un tecnico
Le prove di laboratorio e il collaudo
il collaudo secondo le Norme tecniche per le costruzioni
3
giudizio sul comportamento e le prestazioni
delle parti dell’opera che svolgono funzione portante.
quando vengono posti in opera elementi strutturali non più ispezionabili
possono essere eseguiti collaudi parziali in corso d'opera
1. riguarda tutte le costruzioni la cui sicurezza
possa comunque interessare la pubblica incolumità
2. eseguito da un ingegnere o da un architetto, iscritto all’albo da almeno dieci anni,
che non sia intervenuto nella progettazione, direzione, esecuzione dell’opera.
Il collaudo statico deve comprendere i seguenti adempimenti (a - i):
a) controllo di quanto prescritto da:
- DPR 6.6.2001 n. 380 (Testo unico in materia edilizia, art. 67)
- legge n. 1086/71 (norme per la disciplina CA, CAP e metalliche)
- legge n. 64/74 (Provvedimenti per le costruzioni in zona sismica)
b) ispezione dell’opera nelle varie fasi costruttive
con particolare riguardo alle parti strutturali più importanti;
...segue il collaudo secondo le NTC
4
c) esame dei certificati delle prove sui materiali
- numero dei prelievi effettuati
- risultati ottenuti compatibili con i criteri di accettazione
d) esame dei certificati di cui ai controlli in stabilimento e nel ciclo produttivo
e) controllo dei verbali e dei risultati delle eventuali prove di carico
eseguite dalla Direzione Lavori
f) esaminare il progetto dell’opera (l’impostazione generale, strutture,
fondazioni, gli schemi di calcolo e le azioni considerate);
g) esaminare le indagini eseguite nelle fasi di progettazione e costruzione
h) esaminare la relazione a strutture ultimate del Direttore dei lavori
i) nell’ambito della propria discrezionalità, il Collaudatore potrà richiedere di effettuare
tutti quegli accertamenti, studi, indagini, sperimentazioni e ricerche utili per
convincersi della sicurezza, della durabilità e della collaudabilità dell’opera
in particolare:
- prove di carico;
- prove sui materiali messi in opera, anche mediante metodi non distruttivi;
- monitoraggio programmato di grandezze significative
da proseguire, eventualmente, anche dopo il collaudo della stessa.
Definizione di materiale o prodotto strutturale
Direttiva 89/106:
Un prodotto strutturale è quello che consente all’opera ove è incorporato
di soddisfare il requisito essenziale: Resistenza meccanica e stabilità
Requisito soddisfatto se, a seguito dell’istallazione del prodotto nell’opera,
questa, se adeguatamente progettata e costruita, consente di evitare:
-
Collasso dell’opera e di una sua parte
-
Deformazioni inammissibili
-
Danni ad altre parti od impianti
-
Danni non proporzionati alla causa che li ha innescati
+ DURABILITA’
Materiali per uso strutturale
(NTC 2008: Cap. 11)
Identificati
Qualificati
Accettati
(NTC 2008: Cap. 11)
Identificati
Qualificati
Accettati
Descrizione del materiale stesso e dei suoi componenti elementari.
CHI: a cura del produttore
(NTC 2008: Cap. 11)
Identificati
Qualificati
Accettati
Processo di qualificazione condotto secondo le procedure indicate dalle NTC
CHI: sotto la responsabilità del produttore
(NTC 2008: Cap. 11)
Identificati
Qualificati
Accettati
Acquisizione e verifica della documentazione di qualificazione
e mediante prove sperimentali di accettazione
CHI: Direttore dei Lavori
Qualificazione di materiali e prodotti
(NTC 2008: Cap. 11)
(A)
Marcatura CE
(B)
Qualificazione
Nazionale
(C)
BTE o CIT
(NTC 2008: Cap. 11)
(A)
Marcatura CE
(B)
Qualificazione
Nazionale
(C)
BTE o CIT
Materiali e prodotti per uso strutturale per i quali sia disponibile una norma
europea armonizzata il cui riferimento sia pubblicato su GUUE.
(NTC 2008: Cap. 11)
(A)
Marcatura CE
(B)
Qualificazione
Nazionale
(C)
BTE o CIT
Materiali e prodotti per uso strutturale per i quali non sia disponibile una
norma armonizzata, per i quali sia invece prevista la qualificazione con le
modalità e le procedure indicate nelle NTC.
(NTC 2008: Cap. 11)
(A)
Marcatura CE
(B)
Qualificazione
Nazionale
(C)
BTE o CIT
Materiali e prodotti per uso strutturale innovativi o non citati nelle NTC e
non ricadenti in A) o B). Il produttore potrà pervenire alla Marcatura CE in
conformità a Benestare Tecnici Europei (ETA), o, in alternativa, dovrà
essere in possesso di un Certificato di Idoneità Tecnica (CIT) all’Impiego
rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale sulla base di Linee Guida approvate
dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.
Accettazione e Certificazione
Il Ruolo della Direzione Lavori in fase di Accettazione
Per i materiali dotati di Marcatura CE (caso A e caso C con ETA)
- Accertarsi del possesso della marcatura stessa
-
Richiedere ad ogni fornitore, per ogni diverso prodotto, il Certificato ovvero la
Dichiarazione di Conformità alla arte armonizzata della specifica norma europea
(caso A) o allo specifico Benestare Tecnico Europeo (caso C)
-
Verificare che i prodotti rientrino nelle tipologie, classi e/o famiglie previsti nella
detta documentazione
Per i prodotti non recanti la Marcatura CE:
- Accertarsi del possesso e del regime di validità dell’attestato di Qualificazione (caso
B) o del Certificato di Idoneità Tecnica all’impiego (Caso C senza ETA) rilasciato dal
Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici
Esempi di Qualificazioni
Prestazioni:
• Allungamento a rottura
• Tolleranze dimensionali
• Piegabilità
• Resistenza di aderenza
• Resistenza a taglio
• Rapporto tra
snervamento
sforzo
a
rottura
• Resistenza a trazione
• Prestazioni sotto carico ciclico
e
ETA = Benestare/ Valutazione Tecnica Europea
ETAG = Linee Guida di Benestare Tecnico Europeo
CIT = Certificato di Idoneità Tecnica
la resistenza dei cubetti standard
18
è diversa dalla
resistenza in opera !!
normalmente i campioni vengono confezionati con la massima attenzione
compattando accuratamente il calcestruzzo e controllando le condizioni di
temperatura e umidità durante la maturazione
le prove standard certificano la qualità del calcestruzzo
che viene consegnato in cantiere, indipendentemente da come verranno
effettivamente svolte la compattazione e la maturazione
nei calcoli strutturali, per tenere conto della resistenza effettiva
del materiale nella struttura, si ricorre ad un coefficiente di sicurezza
relativamente elevato, che compensa questo divario
fcd = acc fck / gc
fcd = resistenza di progetto
fck = resistenza caratteristica
acc = effetto della durata del carico = 0.8-1.0
gc = coefficiente di sicurezza = 1.5
Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa
19
variabilità della resistenza in opera
è dovuta alla variabilità del materiale fornito (casuale)
e alle diverse condizioni di compattazione e maturazione (più sistematiche)
l'entità delle variazioni dipende dal tipo di calcestruzzo (più sensibile se
ad alta resistenza), dalle dimensioni del getto, dalla tecnica costruttiva, ecc.
trave
parete
Testing of Concrete in Structures
J.H. Bungey, S.G. Millard, M.G. Grantham
20
relazione tra resistenza standard di progetto
e resistenza stimata con prove distruttive e non distruttive
la valutazione in situ mediante prove Non Distruttive
tiene già conto dell'influenza della posa e della maturazione
quindi è possibile scontare il coefficiente di sicurezza
fck atteso = 0.85 fck di progetto (EN 13791)
gM = 1.2 invece di 1.5 (vecchia norma British Standard)
alla variabilità statistica della resistenza (resist. caratteristica)
si aggiunge l'incertezza della stima per via indiretta
- che correlazione c'è tra esito della prova ND e resistenza?
- qual è l'influenza di altri parametri? (umidità, temperatura, ecc)
- le incertezze vanno considerate a favore di sicurezza?
Aspetti probabilistici
nella definizione della resistenza dei materiali da costruzione
I parametri che entrano in gioco nelle verifiche di sicurezza
(resistenza dei materiali e azioni sulle strutture)
non sono noti con certezza, ma sono variabili statistiche, che possono essere
descritte da parametri quali valore medio, varianza, valore caratteristico, ecc
= numero di misure in una classe
diviso per il numero totale
il valore
caratteristico
valore di resistenza
che non viene raggiunto
solo in 5 casi su 100
prove di
e il collaudo
Indagini diagnostiche su Le
strutture
in laboratorio
c. a. - Normativa
Prove di compressione su calcestruzzo
EN 12390-1 - Operazioni preliminari
1) Misura dimensioni reali
2) Peso del provino
3) Verifica della planarità (±0.0006 d)
e perpendicolarità delle facce
d > 3.5 Da,max
EN 12390-3
Certificato di prova
la correlazione tra resistenza e densità
Un calo di densità dovuto
a scarsa compattazione
è ben correlato
con la resistenza
A. Neville
Properties of Concrete
4th edition, 1995 Wiley
risultati anomali sono spesso dettati
da una non perfetta planarità delle superfici
il cilindro (h=2Ø) perdona più del cubo
Tecniche Non Distruttive
perdi
Strutture
in Calcestruzzo
Le prove
laboratorio
e il collaudo
prove non distruttive per strutture in C.A.
alcuni testi di riferimento
chiave di ricerca:
testing of concrete in structures
cvl.araku.ac.ir
utilizzo delle tecniche ND
posa in opera e valutazione ND
Tecniche Non Distruttive
perdi
Strutture
in Calcestruzzo
Le prove
laboratorio
e il collaudo
27
misure di durezza superficiale
Sclerometro (rebound hammer)
messo a punto da Ernst Schmidt alle fine degli anni ’40
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
28
tipi di sclerometro
tipo
energia di
applicazioni
percussione (J)
L
0.74
elementi piccoli e sensibili agli urti, laterizi
N
2.2
strutture ordinarie, ponti
M
29
grossi getti, strade, piste aeroportuali
P
0.88
calcestruzzi poco resistenti, intonaci, ecc.
Rc = 5-25 N/mm² (0.5-8 N/mm² la versione PT)
29
principio di funzionamento
Il rimbalzo della massa elastica dipende dalla durezza della superficie
e fornisce informazioni su di uno strato spesso non più di 30 mm (modello N)
Parte dell’energia viene dissipata per schiacciamento locale ed attrito interno
(i comportamenti elastico ed inelastico dipendono dalla resistenza
anche se la relazione può solo essere empirica)
il risultato dipende anche
dall'angolo di battuta, perché
se la prova non viene effettuata
in orizzontale la forza di gravità
agisce sulla massa, modificando
l'energia di battuta (±13%)
e soprattutto l'ampiezza del rimbalzo
30
fattori che influenzano il risultato: il calcestruzzo
Tipo di cemento
scarsa influenza della finezza per cementi Portland (< 10%)
cemento supersolfato: resistenza = 50% del valore stimato
cemento alluminoso: resistenza = 200% del valore stimato
Contenuto di cemento
gli effetti sulla resistenza, lavorabilità e sul rapporto aggregato/cemento
riducono il rapporto durezza/resistenza (solitamente errore < 10%)
Aggregato grosso
notevole influenza: a parità di resistenza un calcestruzzo calcareo può dare un
risultato di 7 punti inferiore a quello di un calcestruzzo siliceo (6-7 N/mm²)
attenzione agli aggregati leggeri (influenza anche del quantitativo di sabbia)
attenzione ai calcestruzzi speciali (autocompattante, baritico, ecc)
31
esempi di influenza dell'aggregato
32
fattori che influenzano il risultato: la struttura
Massa
deve essere sufficiente ad evitare vibrazioni (che riducono la risposta)
Compattazione
in ogni caso la superficie deve essere liscia e compatta
(la cattiva compattazione all’interno del getto non può essere identificata)
Tipo di superficie
le superfici lisciate a cazzuola sono solitamente più dure del restante materiale
è rilevante anche l’effetto della permeabilità e della rugosità del cassero
(un cassero che assorbe acqua aumenta la resistenza superficiale)
evitare differenze di finitura superficiale tra il getto e i cubi di calibrazione
Età, velocità di indurimento e tipo di maturazione
la relazione durezza-resistenza varia nel tempo (trascurabile dopo i 3 mesi)
attenzione a calcestruzzi molto vecchi (carbonatazione)
33
influenza della bassa stagionatura
il calcestruzzo dovrebbe avere una resistenza di almeno 7 N/mm2
perché le letture sarebbero troppo basse per avere risultati corretti
34
fattori che influenzano il risultato:
condizioni di esercizio
Carbonatazione
dipende dall’età del calcestruzzo e dall’ambiente (sovrastima fino al 50%)
(4 mm in 6 mesi in ambiente urbano = scarsi effetti)
la profondità di carbonatazione può essere rilevata con la fenolftaleina
l’effetto può essere eliminato rimuovendo uno strato di calcestruzzo
Condizioni di umidità
rimbalzo minore per superfici umide (sottostima fino al 20%)
attenzione alle condizioni di umidità all’interno
Stato tensionale e temperatura
Solitamente l’influenza è marginale rispetto agli altri fattori
35
influenza dell'umidità
l'umidità ha un'influenza importante (calcestruzzo umido = minor rimbalzo)
normalmente al momento della prova la superficie è asciutta
mentre non è facile stabilire l'umidità all'interno della struttura
l'umidità è uno dei fattori
la cui influenza può essere
ridotta mediante la combinazione
di più metodi
sclerometro + ultrasuoni
(metodo sonreb)
36
Calibrazione mediante provini standard (cubetti)
utile per il controllo in corso d'opera
Dato il numero di fattori in gioco, la curva di calibrazione fornita
dal costruttore dello strumento non fornisce risultati affidabili
Andrebbe ricavata la curva propria dell’impasto esaminato, per il tipo di cassero
impiegato, nelle condizioni di maturazione ed umidità del calcestruzzo in opera
verificare il corretto funzionamento dello strumento (mediante l’incudine)
si utilizzano cubi di almeno 150 mm di lato bloccati tra i piatti della pressa
si applica un carico di confinamento di almeno 15% fc (7 N/mm² secondo BS)
le condizioni del calcestruzzo in opera si possono riprodurre con una permanenza
in ambiente di laboratorio per 24 ore (la resistenza non è però quella standard)
(la resistenza del cubo umido è circa del 10% inferiore di quella del cubo asciutto)
andrebbero provate almeno due facce orientate come le superfici provate in-situ
(la direzione orizzontale è da preferire)
dispersione dei risultati è elevata anche nelle prove di calibrazione
in laboratorio (± 15%) e l’accuratezza difficilmente è migliore di ± 25%
37
verifica e calibrazione dello sclerometro
incudine per la verifica
del corretto funzionamento
(indice rimbalzo = 80)
effetto della pressione di confinamento sulle
prove di calibrazione per diversi calcestruzzi
38
esempi di curve di correlazione
curva base della EN13791
(da traslare verticalmente)
curve di letteratura
http://www.omikk.bme.hu/collections/phd/Epitomernoki_Kar/2014/Szilagyi_Katalin/ertekezes.pdf
Il metodo SONREB (metodo combinato)
39
tentativo di valutare la resistenza del calcestruzzo in opera combinando i risultati
di due prove diverse, che risentono in misura differente del disturbo indotto
da altre variabili (umidità, carbonatazione, ecc)
l'incertezza rimane elevata
per es. utilizzando i risultati ottenuti
su un edificio degli anni '30
Indice Rimbalzo = 38.6 e V=3.0km/s
40
EN 13791
una norma europea poco nota
ma molto utile per la stima
della resistenza a compressione
del calcestruzzo
• calcolo della resistenza caratteristica in opera mediante carotaggi
• calibrazione delle tecniche ND (sclerometro, ultrasuoni, estrazione di inserti)
applicazioni: strutture esistenti, controllo di accettazione non superato
strategia operativa che ne discende:
a) controllo diffuso con metodi ND (resistenza max, min, zone critiche)
b) calibrazione dei metodi mediante carotaggi in punti significativi
41
Alternativa 2: "poche" carote (≥ 9),
campo limitato di resistenze, correlazioni assegnate
lower 10%
fractile
anche l'incertezza
della curva di correlazione
viene scontata in termini
semiprobabilistici
rebound hammer
Ultrasonic Pulse Velocity
pullout force
lo sclerometro per metalli...
42
42
prove di durezza dinamica (metodo Leeb)
dispositivo
barra spianata e levigata
correlazione con fy (dopo incendio)
T = 500-1000°C
sta
inl
es
s
QST 16
(L
ee
b
nu
m
be
r) 2
800°C
m-alloyed
~
0.2
QST 10
fy
1- (LeebT/ Leeb20)2
0.4
carbon
0.0
stainless
0.0
0.2
0.4
0.6 1- f T / f 20
y
y
§ indice Leeb = rapporto velocità V2 / V1 x 1000
§ strumento compatto e di facile uso (senza vincoli esterni per l'indentazione)
§ è necessaria una superficie piana e liscia (disco lamellare + tela smeriglio)
§ il campione deve essere massivo (≥ 5kg) o vincolato saldamente
§ utile per indagini comparative
preparazione della superficie
ed effetto del vincolo della barra
43
smerigliatrice + disco lamellare
mini-trapano + tela smeriglio
§ correlazione lineare tra picco di accelerazione dello strumento e errore di misura
§ l'effetto del vincolo non supera il 10% sulla misura (20% sulla fy)
Felicetti - Assessment of fire damage in concrete structures
Norme Tecniche per le Costruzioni
paragrafo 9.2 - Prove di carico
Lo scopo è di verificare la corrispondenza tra la risposta teorica della struttura
e il reale comportamento sotto carico
Gli elementi devono aver raggiunto la resistenza richiesta per il loro normale
esercizio
Le prove riguardano il comportamento della struttura sotto i carichi di esercizio
che sono rappresentati dai valori caratteristici dei carichi (combinazione rara)
In relazione al tipo della struttura ed alla natura dei carichi le prove possono
essere convenientemente protratte nel tempo, ovvero ripetute su più cicli
L’esito della prova va valutato sulla base dei seguenti elementi:
la proporzionalità tra carichi e deformazioni
l'assenza di fratture, fessurazioni, deformazioni o dissesti che compromettano
la sicurezza o la conservazione dell’opera
la deformazione residua non superi una ragionevole quota parte di quella totale
o comunuqe la struttura tenda ad un comportamento elastico.
la deformazione elastica risulti non maggiore di quella calcolata.
un interessante documento
che estende notevolmente le indicazioni
fornite dalle NTC
1. Introduction
2. Notation and terminology
3. History of load test, load factors, and acceptance criteria
4. Load factors
5. Load test protocol
6. Acceptance criteria
7. Summary
8. References
App. A Determination of equivalent patch load
App. B History of load test, load factors, and acceptance criteria
in accordo con le normative recenti, il carico permanente è suddiviso in
Dw = carico permanente strutturale (self weight, G1 nelle NTC)
Ds = carico permanente non strutturale (superimposed, G2 nelle NTC)
la quota del carico di progetto da applicare nelle prove di carico varia nei diversi
paesi ed è evoluta nel tempo (dalle tensioni ammissibili al metodo degli stati limite)
il documento ACI 437.1R-5
considera la condizione dello stato limite di esercizio (Dw + Ds + L)
come caso significativo da includere tra i passi di carico
suggerisce carichi massimi di prova più elevati per carichi generici ed elementi
che ci si attende abbiano una rottura duttile (flessione con armatura debole)
carico di prova = 1.2(Dw + Ds)
carico di prova = 1.0Dw + 1.1Ds + 1.4L + 0.4(Lr or S or R)
carico di prova = 1.0Dw + 1.1Ds + 1.4(Lr or S or R) + 0.9L
Ds = carico permanente non strutturale;
Dw = carico permanente strutturale;
L
= carico utile, o azioni conseguenti;
Lr
= carico sulla copertura, o azioni conseguenti;
R
= carico della pioggia, o azioni conseguenti;
S
= carico della neve, o azioni conseguenti
valori leggermente più elevati nel caso di carichi applicati su porzioni limitate
prove di carico con attuatori idraulici
230
carico
flessimetro
210
4100 mm
misure di spostamento - potenziometri lineari
il principio di funzionamento
è quello del partitore di tensione
un cursore scorre su una resistenza
e legge un potenziale intermedio
tra quello dei due poli di alimentazione
forniscono un segnale elevato, che non richiede condizionatori di segnale
(può essere letto direttamente con una comune scheda di conversione A/D)
soluzione vantaggiosa per corse lunghe (≥10mm) e spostamenti > 0.01mm
adatto per la misura degli abbassamenti degli elementi inflessi
ma in genere non per le misure di deformazione (rumore ~2mV/10V)
dettagli del montaggio delle aste di sostegno dei flessimetri
trasduttori potenziometrici - fondo scala = 25mm (disponibili anche corse inferiori)
flessione massima misurata = 1.25 mm (solo il 5% del fondo scala)
rumore elettrico @ 2mV / 10V = 5mm = 0.4% del valore massimo misurato
errore di linearità = 0.2% f.s. = 50mm = 4% del valore misurato
ma per piccole escursioni in genere l'errore locale è ben inferiore
risposta al carico distribuito (5 attuatori attivi)
Carico
(kN)
30
0.0
1 2 3 4 5
Spostamento (mm)
5
20
10
0
10
0.5
15
20
25
1.0
30 kN
1.5
0.0
0.4
0.8
Spostamento (mm)
1.2
1
2
3
Posizione
4
5
risposta al carico concentrato (solo attuatore #3 attivo)
Carico
(kN)
30
0.0
4
3
5
Spostamento (mm)
1
5 2
20
10
10
0.1
15
20
0.2
25
30 kN
0.3
0
0.0
0.1
0.2
Spostamento (mm)
0.3
1
2
3
Posizione
4
5
modello analitico della struttura:
trave su suolo elastico (teoria di Winkler)
la trave è rappesentata dal parapetto e dalla trave di bordo
0.0
il suolo elastico è rappresentato dalle mensole
Spostamento (mm)
Si trascura il comportamento a piastra
P
EIt
k
0.1
10 kN
0.2
20 kN
P = 30 kN
0.3
sperimentale
teorico
d
1
2
3
Posizione
4
5
k = 1 / (3.50m · dtotale) @ 10 kN/m / mm
E = 30000 N/mm2
It @ 0.07 m4
a = (k / 4EIt)0.25 = 0.186 m-1
d = 8.75m
l = 2p / a = 33.7 m
f1
f2
P
k
f1 + f2
P
dfless
P = carico impresso da un martinetto (interasse = 3.50m)
freccia
sperimentale
contributo
della parte
non caricata
più deformabile
di quanto atteso?
prova di carico con serbatoi flessibili
serbatoio
flessimetri
Carico e temperatura nel tempo
Settembre: temperatura ambiente T @ 24°C
l'acqua nei serbatoi è significativamente più fredda
l'estradosso tende a contrarsi !
30
intradosso
Temperatura (°C)
Volume (m3)
16
12
8
serbatoio 2
20
estradosso
10
max
serbatoio 1
4
media (misure in 3 punti)
min
0
0
0
2
3
Tempo (h)
1
4
5
0
1
2
3
tempo (ore)
4
5
deformazione lungo il cerchio di mezzeria:
comportamento a piastra non trascurabile
(il che rende difficile l'interpretazione dei risultati)
0.0
area caricata
A2
C2
200
Spostamento (mm)
Carico
(kN)
300
D2
B2
100
78
1.0
157
196
2.0
235
275
314 kN
circonferenza 2
0
0.0
D
3.0
1.0
2.0
Spostamento (mm)
3.0
15
16
C
B
17
18
19
Numero colonna
A
20
sezione radiale:
influenza dei semi-incastri alle estremità
C4
area
0.0
caricata
78
C1
200
C3
100
1.0
157
196
235
2.0
sezione radiale C
0
275
314 kN
colonna esterna n.17
Spostamento (mm)
C2
setto interno
Carico
(kN)
300
3.0
0.0
1.0
2.0
Spostamento (mm)
3.0
0
interpretazione con un modello di trave elastica
4.0 m
k1
k2
qprova
EIs
L = 14.85 m
1kN
k1
k2
C3
C1
C2
0.012mm
0.11mm
0.020mm
1.40m
1.25
strato di pendenza
getto integrativo
pavimentazione
0.58m
predalles
pannello alveolare
1.20
1.92m
4
8
12
Coordinata (m)
16
il modello monodimensionale di trave trascura il comportmento a piastra
ed è accettabile solo per una distesa di carico (lungo i cerchi)
di larghezza superiore alla luce dei pannelli alveolari (lungo i raggi)
i risultati che si sarebbero ottenuti con tale carico
possono essere stimati applicando il teorema di reciprocità di Betti:
lo spostamento in A2 sotto effetto di un carico centrato in C2
è lo stesso che si avrebbe in C2 con un carico in A2
inoltre, la simmetria della struttura permette di ripetere
il ragionamento nel campo speculare rispetto al raggio C
(quindi lo spostamento in A2 viene considerato 2 volte)
misura in C2 : 2.41mm / 314kN = 7.7x10-3 mm/kN
+ 2 x misura in A2 : 2 x 1.0x10-3 mm/kN
nel caso in esame il carico di prova
si estende su un arco di 30° (=12 m)
(7.7 + 2.0) x 10-3 mm/kN / 12 m = 0.116 mm/(kN/m)
molto simile al risultato del modello di trave
effetto della curvatura termica
k1
k2
DT/ h +
pavimentazione
4.0 m
4h 2h
ordinata (m)
getto integrativo
0.40
gradiente
termico
medio
0.20
intradosso
predalles
0.00
-8
-4
0
variazione termica (°C)
la curvatura termica è dettata dalla cinematica delle sezioni piane,
che governa la deformazione totale del materiale (ipotesi di Bernoulli-Navier)
Lo scostamento dall'andamento lineare del profilo delle dilatazioni termiche
corrisponde a delle tensioni autoequilibrate, che non modificano la curvatura
diagrammi carico spostamento dopo la correzione
gradiente termico DT/h (°C/m)
12
Carico
(kN)
300
f. depurata
(7.7x10-3 mm/kN)
secante
freccia
termica
8
200
freccia
totale
medio
4
100
freccia in C2
0
0
1
2
3
tempo (ore)
4
5
0
0.0
1.0
2.0
Spostamento (mm)
3.0
una misura della freccia residua il giorno successivo alla prova
consente la rimozione dell'effetto termico
senza passare per un modello strutturale e le sue incertezze
analisi numerica con elementi piastra
permette di considerare anche la ridistribuzione lungo i cerchi
0.0
Spostamento (mm)
area caricata
1.0
sperimetale
numerico
nume
nu
meri
me
rico
ri
co 2
2.0
Ptot = 314 kN
D
C
B
A
3.0
15
carico q = 6.5kN/m2 + gradiente 2.3°C/m
semi-incastro lungo i bordi circolari
simmetria rispetto al raggio mediano tra i due serbatoi
16
17
18 19
20
Numero colonna
data l'anisotropia del solaio, non è facile cogliere il comportamento a piastra
21
...ritornando al documento ACI
due possibili durate del carico
24 ore sotto il carico massimo
più affidabile e realistico
non sempre praticabile, per ragioni tecniche ed economiche
carico di breve durata e verifica della stabilità sotto carico massimo
meno affidabile
è richiesta una maggior cura nell'osservazione della risposta sperimentale
(deviazione dalla linearità, ripetibilità e permanenza)
due possibili procedure di carico
monotonica
più facile da gestire se si usano zavorre per applicare il carico
ciclica (ma quasi statica)
possibile quando i carichi vengono applicati mediante attuatori idraulici
criterio di accettazione
per prove con durata del carico = 24h
massima deformazione residua
curvatura max
=
D deform.max / altezza
L2/h is related to the max deflection
criterio di accettazione
per prove con carico ciclico
ripetibilità della parte elastica
della deformazione
95% - 105% è accettabile
deform. residua / totale
al secondo ciclo
deve essere inferiore al 10%
deviazione dalla linearità = 100% - linearità
deve essere ≤ 25%
A - 5 passi di carico, con incrementi non superiori
al 10% del carico totale di prova.
Il carico viene incrementato gradualmente
tipicamente fino al carico di esercizio ma
senza eccedere il 50% del carico totale di prova
B - ripetizione del ciclo A
che consente una verifica della ripetibilità
C&D - due cicli identici ad un carico intermedio
tra A-B e il carico totale di prova
E&F - due cicli identici fino al carico max di prova
Scarico per verificare il residuo,
almeno 2 min dopo la rimozione del carico
un esempio applicativo
colonna
rampe di accesso dello stadio di S.Siro
posizione dei punti di misura
carico di esercizio = 4kN/m2
carico di prova = 150% del carico di esercizio
posizionamento dei puntelli
con attuatori idraulici
uno degli attuatori
è munito di cella di carico
puntelli di contrasto
puntelli di contrasto
puntelli di carico
aste di misura
deflection of the cantilever
B4
B6
carico sulla sola mensola
78
considerazioni conclusive
in alcuni casi le prove di laboratorio sui materiali da costruzione non si
limitano al rilascio di un certificato da parte del produttore o di un laboratorio
ma richiedono la piena comprensione della rappresentatività della prova
dei fattori che la condizionano e della correlazione con altre proprietà
le prove diagnostiche sono un utile strumento per la valutazione
dell'omogeneità dei materiali o l'identificazione di difetti
ma l'impiego in termini quantitativi richiede specifiche calibrazioni
l'interpretazione delle prove di carico richiede un'attenta lettura
dei meccanismi strutturali secondari, non considerati nel calcolo strutturale
I carichi di prova indicati dalle NTC spesso non sono sufficienti
per fornire indicazioni sul comportamento ultimo della struttura
http://www.lpm.polimi.it
79
una nuova iniziativa nel campo della diagnostica strutturale
PoliNDT : Laboratorio per la Diagnostica e il Monitoraggio Strutturale
Dipartimenti coinvolti
Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica - durabilità
Elettronica, Informazione e Bioingegneria - sensori e monitoraggio
Ingegneria Civile e Ambientale - strutture civili
Meccanica - strutture meccaniche e impianti
80

Le prove di Laboratorio sui materiali da costruzione e il collaudo

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