Appunti secondo modulo Diagnostica e sperimentazione delle strutture - Parte 2

Stiamo procedendo per due piani paralleli, da una parte abbiamo mandato le carote in laboratorio e dall’altra

siamo davanti alla nostra struttura intelaiata e dobbiamo valutare con metodi non distruttivi il calcestruzzo.

Intanto facciamo una premessa, ovvero che tutti i metodi non distruttivi vanno tarati, ciò significa che si va a

realizzare quella che è la curva di calibrazione o curva di taratura che mette in relazione l’output della prova

non distruttiva con la resistenza a compressione del CLS:

Per adesso abbiamo visto un output della prova non distruttiva che è lo sclerometro, in cui l’output della

prova sclerometrica è l’indice di rimbalzo. Per ottenere dall’indice di rimbalzo, la resistenza a compressione

del CLS, lo posso fare solo se mi sono creato una curva di calibrazione. Andiamo a vedere il seguente grafico,

per vedere come è stata progettata la curva di calibrazione:

Nell’asse delle ascisse abbiamo l’indice di rimbalzo, mentre

nell’asse delle ordinate abbiamo la resistenza a compressione

del CLS in Mpa. In laboratorio sono stati realizzati tanti cubetti

con tante resistenze a compressione diverse, ogni pallino di

questa curva corrisponde a un test a compressione, poi fatto

il cubetto faccio la prova sclerometrica. Quindi si ha la certezza

che a un certo indice di rimbalzo corrisponde un certo valore

di resistenza a compressione e ottengo questi punti, poi è

stata fatta la curva di calibrazione (linea nera) che alla fine è

una retta.

Ora come la uso questa curva di calibrazione?

Per questo CLS, faccio una misura con lo sclerometro che mi dà un indice di rimbalzo (ad esempio 30), poi

tracciamo una linea verticale intersecando la curva e tracciando una linea orizzontale otteniamo la resistenza

a compressione del CLS.: Però come si vede graficamente, c’è una certa dispersione dei

risultati, cioè allo stesso indice di rimbalzo (30) ho una

resistenza di compressione di 25 e di 32, quindi c’è un 15 % di

variabilità dei risultati facendo prove di laboratorio. In sito

questa variabilità arriva fino al 25 %, perciò significa che un

calcestruzzo che battezzo avere 30 Mpa di resistenza, se lo

andassi a schiacciare, potrebbe venire 22.5 o 37.5. E’ per

questo motivo che la prova sclerometrica, la sua diciamo

applicazione principale, è quella della verifica dell’uniformità

del CLS, perché questo passaggio anche con una curva di

calibrazione perfetta per quel CLS comunque ha dei margini di

errore abbastanza ampi, se non li verifico con un carotaggio.

Questa è una curva di calibrazione secondo i produttori di questo strumento che va bene per qualsiasi CLS,

cosa che abbiamo visto sopra non è possibile, per questo non si usa.

Test parzialmente distruttivi

Passando da quello completamente non distruttivo dello sclerometro a quello moderatamente invasivo

dell’astrazione della carota, ci sono dei test intermedi parzialmente distruttivi che sono:

• Resistenza alla penetrazione (metodo della pistola di Windsor e pin penetration test);

• Test di pull-out;

• Test di pull-off;

I test parzialmente distruttivi sono metodi che servono per la determinazione della resistenza a compressione

che causano un danno localizzato. Il danno è sufficientemente piccolo da non causare perdite nella

prestazione strutturale dell’opera, perché si parla di un danno limitato e superficiale. La valutazione della

resistenza a compressione è fatta con curve di calibrazione (o taratura), ci sono dei limiti di applicazione e

accuratezza che variano a seconda del metodo, ma tali prove sono importanti. La misura della resistenza è

immediatamente disponibile se ci sono le curve di calibrazione, a differenza delle carote, il test è meno

distruttivo e dannoso.

Con la seguente tabella vengono elencati i metodi di prova in base ai seguenti parametri di valutazione:

Partiamo dalla come dice la parola stessa, si determina quanto resiste il

resistenza alla penetrazione,

calcestruzzo alla penetrazione di una sonda in acciaio che viene fatta penetrare tramite lo strumento che

viene chiamato Pistola Windsor.

Metodo della Pistola Windsor

Per quanto riguarda la strumentazione, la sonda sparata nel CLS è di una lega di acciaio temprato, sono sonde

standardizzate di 6.5 mm di diametro e 80 mm di lunghezza e i cilindretti sotto sono la carica esplosiva, perché

viene proprio sparata:

Come vediamo nell’immagine di destra si ha la pistola che spara la sonda nel CLS, mentre lo strumento

digitale in giallo serve a misurare di quanto è penetrata la sonda. Siccome esistono svariate tipologie di

calcestruzzi, per calcestruzzi alleggeriti o di bassa resistenza sono disponibili sonde di diametro maggiore e

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.

vengono utilizzate sonde anche per calcestruzzi ad alta resistenza fino a 110 N/mm

Procedura:

Perciò si ha la sonda che viene caricata nella pistola, poi nella punta della pistola si ha un elemento metallico

orizzontale che ci permette sia di sbloccare la pistola, ovvero di azionarla, e sia di posizionare la pistola

perfettamente ortogonale alla superficie del calcestruzzo. La sonda viene sparata, penetra per una certa

profondità e poi attraverso lo strumento digitale viene misurato quanto degli 8 cm rimane fuori dal CLS.

La cartuccia è standardizzata, significa che lo sparo impartisce una quantità di energia costante

indipendentemente dall’orientamento della pistola. Il livello di energia può essere modificato se si utilizza

per CLS a bassa resistenza. La profondità di penetrazione può essere affetta dalla presenza di aggregati

resistenti, per questo è raccomandato che si facciano almeno 3 test e si determina un risultato medio. Viene

utilizzata una dima triangolare in modo che le sonde siano a distanza di 177 mm (per non avere zone di

influenza). Le distanze minime che la normativa descrive sono:

• 2

Se è attesa una resistenza minore di 26 N/mm , si utilizza il “low power mode”.

• Per resistenze maggiori, si utilizza lo “standard power mode”.

• Lontani dagli angoli/spigoli di almeno 100 mm (75 mm per low power mode).

• Lontani almeno 50 mm da una barra di armatura.

• L’elemento deve essere almeno 150 mm di spessore.

• La profondità di penetrazione dipende dalla durezza dell’aggregato, potrebbe

essere necessario determinarne il valore nella scala di Mohs (sistema per

classificare la durezza dei materiali da 1-più tenero a 10-più duro, l’uno

scalfisce quello subito sotto nella scala).

Questo è quello che succede nello sparo, si generano queste

fessure e questo è il calcestruzzo che è interessato dalla

compressione dello sparo. A differenza dello sclerometro qui

riusciamo ad andare più in profondità perché la sonda è

lunga 8 cm, non penetra del tutto però il bulbo di

calcestruzzo interessato dalla penetrazione è un po’ più

profondo, quindi riusciamo ad analizzare un po’ più

all’interno del nostro calcestruzzo rispetto a una misura

prettamente superficiale come quella dello sclerometro.

Ora andiamo a vedere una curva di calibrazione che è stata realizzata in laboratorio:

Perché ci sono due rette di calibrazione? Perché queste due rette

di calibrazione sono 1 relativa ad aggregati ad una certa durezza

numero 3, che sono aggregati meno duri rispetto alla curva di

calibrazione che è stata ottenuta con aggregati che hanno

durezza 7, che sono più duri. In ascissa abbiamo la parte fuori

della sonda, più la parte che rimane fuori è alta (ad esempio

arriva fino a 65 mm), ovvero significa che la sonda è penetrata

pochissimo, e più la resistenza a compressione è maggiore,

quindi meno penetra e più il calcestruzzo è resistente.

Vantaggi della prova:

• Solo una superficie coinvolta.

• Il metodo è una specie di test di durezza del cls vicino alla superficie ma la zona coinvolta è tra 25 e 75

mm sotto la superficie. Quindi la profondità è molto maggiore rispetto allo sclerometr.

• Più semplice rispetto ai carotaggi.

• Risultati veloci.

• Test non influenzato dall’operatore.

• Causa un piccolo danno che va riparato8.

Svantaggi della prova:

• Non è sicuro che il test sia utile nel caso di cls sconosciuto (difficile correlare la profondità di penetrazione

con la resistenza).

• Risultati basati solo sulla durezza dell’aggregato non sono completamente affidabili.

• Alto costo dell’equipaggiamento.

• Influenza dell’armature.

• Adeguata distanza di bordi.

• Adeguata distanza fra le sonde.

• Spessore almeno doppio rispetto alla profondità di penetrazione.

• Non riesce ad esaminare l’interno come fanno gli ultrasuoni8.

• La calibrazione è ostacolata dalla distanza minima dai lati che deve essere mantenuta per prevenire lo

splitting del campione.

• È possibile usare cubi di 150 mm o cilindri nel low power mode, il campione deve essere tenuto

saldamente.

• È consigliato realizzare almeno 6 campioni dello stesso getto di cui 3 testati a compressione e 3 con la

sonda.

• I risultati sono utilizzati per ottenere un punto nella curva di calibrazione.

Se il campione è troppo piccolo faremo il test su un cubetto di calcestruzzo che è un oggetto piccolo, di

conseguenza facendo lo sparo si rischia questo splitting del CLS, cioè queste fessure radiali aprono il

calcestruzzo e invalidano la prova.

Pin Penetration test

Questa tipologia di test è poco utilizzata, è simile a quella della pistola Windsor. L’apparato consiste in un

martello caricato a molla che fa penetrare nel CLS un chiodo di acciaio lungo 30.5 mm e di 3.56 mm diametro

e anche in questo caso si misura la profondità del buco creato e quanto sporge.

Vantaggi della prova:

• Veloce.

• Semplice.

• Basso costo.

• Basso danno.

• Basse profondità di penetrazione.

• Nessun influenza con le armature.

Svantaggi della prova:

• Studi limitati.

• Effetto della carbonatazione non sono noti.

• Non è molto diffuso.

Metodo del Pull-Off

Questo metodo è stato sviluppato per misurare la resistenza a trazione in sito del cls applicando una forza di

trazione diretta. Il metodo è utilizzato soprattutto per misurare l’adesione di compositi

al substrato9, ovvero al calcestruzzo sottostante, oppure di strati tipo intonaci o malte

applicati sul cls (coating), ad esempio su una struttura molto importante in cui è stato

applicato questo coating che sostanzialmente è un imper