Prove per la stima delle proprietà meccaniche

Dopo aver illustrati i metodi non distruttivi per le indagini sullo stato di degrado delle barre si procede ora, ad illustrare le tecniche di indagine rivolte al controllo del degrado del calcestruzzo. Le tecniche non distruttive possono essere impiegate per determinare le proprietà del calcestruzzo indurito, per individuare difetti o discontinuità e per valutare le condizioni delle strutture in calcestruzzo. Queste tecniche non forniscono una misura diretta di una proprietà meccanica del calcestruzzo, ma è necessario conoscere la correlazione tra il risultato fornito dalla prova e la proprietà da stimare. Tali tecniche, ben interpretate, e correlate all’interpretazione dei dati delle prove elettrochimiche, consentono una conoscenza approfondita e puntuale delle sezioni indagate.

In mancanza di questa correlazione possono fornire solo un’indicazione riguardo all’omogeneità del materiale esaminato, senza giungere ad una determinazione quantitativa. Le prove non distruttive, peraltro, permettono di localizzare le zone degradate e, quindi, sono utili per individuare le zone in cui effettuare indagini più approfondite. Le tecniche di indagine, in tale senso, ritenute maggiormente significative allo scopo sono le prove sclerometriche e le prove di misura della velocità degli ultrasuoni (metodo abbinato SonReb).

Prove sclerometriche: lo sclerometro, o martello di Schmidt, è utilizzato per

valutare in situ l’uniformità del calcestruzzo, per stimare le variazioni nel tempo delle proprietà meccaniche del calcestruzzo. Questo metodo fornisce, inoltre, una stima approssimata della resistenza a compressione del calcestruzzo, anche se non sostituisce la prova di compressione. Come si è già detto in precedenza, infatti, il fenomeno della carbonatazione rende il calcestruzzo più compatto, restituendo, quindi, valori elevati dell’indice di rimbalzo calcolato con tale tipo di prova. Per ottenere questa stima si ricorre, dunque, a curve sperimentali che correlano l’indice di rimbalzo con la resistenza a compressione misurata su carote prelevate dalla struttura. Lo sclerometro consiste in una massa battente di acciaio azionata da una molla, che contrastando un’asta di percussione, lo stantuffo, a contatto sulla superficie di prova del calcestruzzo, rimbalza; l’entità del rimbalzo è misurata da un indice che scorre lungo una scala graduata presente sullo strumento.

Secondo la normativa UNI EN 12504-2:2012 [28] la prova deve essere condotta su una superficie di grandezza approssimativa di 30 x 30 cm², sulla quale devono essere eseguite almeno 9 - 10 battute, ad una distanza di almeno 25 mm l’una dall’altra e dal bordo esterno. La superficie di prova deve essere liscia e, pertanto, è necessario che sia preventivamente levigata tramite una pietra abrasiva).

La misura può essere condotta su una superficie orizzontale e verticale avendo cura, però, di tenere in considerazione il differente effetto dell’accelerazione di gravità sul rimbalzo. La misura sclerometrica ha scarsa validità nel caso della previsione della resistenza del calcestruzzo, in quanto non esiste una relazione univoca tra la durezza superficiale e la resistenza a compressione.

La natura del calcestruzzo ed i cambiamenti delle sue proprietà rendono la durezza funzione del tempo, dell’ambiente e della sua evoluzione; quindi il risultato della misura può essere influenzato da diversi fattori come: il tipo di cemento, il contenuto in peso di cemento, il tipo di aggregato, la ruvidità della superficie, le condizioni di umidità e dal valore di penetrazione della carbonatazione nel calcestruzzo (ad esempio, in presenza di una significativa penetrazione della carbonatazione la prova sclerometrica tende a sovrastimare la resistenza del calcestruzzo). Un degrado superficiale del calcestruzzo, anche se non visibile, può, però, essere rilevato da una diminuzione dell’indice sclerometrico.

Prove con ultrasuoni: le misure della velocità degli ultrasuoni si eseguono per la

determinazione delle caratteristiche elastiche e meccaniche di manufatti in calcestruzzo e sono attualmente considerate un importante mezzo di supporto per le indagini su omogeneità e qualità del calcestruzzo, difetti di getto, fessure, modulo di elasticità dinamico, stima della resistenza e individuazione di zone disomogenee o disgregate. In particolare, consistono nel rilevare la velocità di transito delle onde meccaniche nel manufatto. L’eventuale presenza di disomogeneità, soprattutto di vuoti, altera notevolmente tale velocità. L’apparecchiatura con cui è condotta la prova è costituita da diversi dispositivi:

· una sonda che emette impulsi in sincronia con un segnale elettrico;

· una sonda ricevente che riceve gli impulsi e li trasforma in segnali elettrici;

· un dispositivo di amplificazione regolabile e di trattamento del segnale emesso dalla sonda ricevente;

· un dispositivo di misura dell’intervallo di tempo tra istante di emissione ed istante di ricezione dell’impulso.

La misura dei tempi di propagazione degli ultrasuoni può essere eseguita secondo due modalità, in relazione alla direzione di propagazione degli impulsi rispetto alle superfici di emissione e di ricezione della struttura:

· metodo di trasmissione diretta: consiste nel posizionare le due sonde allineate su due facce opposte all’elemento da esaminare (i risultati delle misure riportati nel presente elaborato derivano tutti da prove effettuate con tale metodo);

· metodo di trasmissione indiretta: consiste nel posizionare le sonde in punti diversi di una stessa faccia dell’elemento da esaminare.

La superficie sulla quale è condotta la prova deve essere pulita, levigata e sufficientemente piana, tale da permettere un contatto uniforme con le sonde. Su questa deve essere applicato un materiale (in genere un gel) che eviti la presenza di aria tra la sonda e la superficie del calcestruzzo. Le sonde devono essere premute conto la superficie del calcestruzzo. Quando l’emettitore genera gli impulsi, di frequenza compresa tra 20 e 200 kHz, deve essere registrato il valore del tempo di propagazione t. Nota la lunghezza, L, del percorso degli impulsi, nella misura diretta, la velocità degli impulsi, v, può essere calcolata mediante opportune formule.

Utilizzando il metodo diretto, la velocità degli impulsi può essere correlata alle caratteristiche elastiche del mezzo e si può ricavare il modulo elastico dinamico, Ed

[MPa], mediante opportune formule. Il modulo elastico dinamico, in genere, è maggiore del modulo elastico statico, misurato con una prova meccanica di compressione. La misura diretta, oltre che in situ, può essere fatta anche in laboratorio su carote estratte da una struttura o su cubi, permettendo di stimare così il modulo elastico dinamico dei campioni considerati. Nella trasmissione indiretta non è possibile conoscere l’effettivo percorso di misure con le sonde a diversa distanza, d. La procedura più frequente prevede, quindi, che la sonda emittente sia mantenuta a contatto con la superficie del calcestruzzo in un punto fisso, mentre quella ricevente è progressivamente spostata lungo una retta e si effettuano letture a distanze differenti.

Si possono, quindi, riportare su un piano cartesiano i tempi di transito, t, in funzione della distanza tra le sonde; la pendenza della retta che interpola i punti ottenuti consente di stimare la velocità degli ultrasuoni nel materiale; essa è, però, in genere diversa da quella misurata col metodo diretto.

È comunque da sottolineare che nonostante la già discreta bibliografia in merito a questa tecnica, le letture dei risultati hanno matrice sperimentale. Pertanto, questo metodo è un metodo di indagine comparativo ed acquista carattere scientificamente oggettivo solo se abbinato a indicazioni di partenza concrete.

In letteratura tecnica esistono numerose formulazioni di natura empirica, per la determinazione della resistenza a compressione del calcestruzzo con il metodo combinato del Sonic Rebound. Nel seguito si espongono tre differenti formulazioni:

· la formulazione di Giacchetti e Lacquaniti [29],

ܴ_௖௨௕ ൌ ͹Ǥ͸ͻͷ ή ͳͲ െ ͳͳ ή ܫ_௥ή ͳǡͶ ή ܸ_௨௦ή ʹǡ͸ (8)

· la formulazione di Gašparik [30],

ܴ௖௨௕ ൌ ͲǡͲʹͺ͸ ή ܫ௥ή ͳǡʹͶ͸ ή ܸ௨௦ή ͳǡͺͷ (9)

· la formulazione di Di Leo e Pascale [31].

䯡 ܴ௖௨௕ ൌ ͳǡʹ ή ͳͲ െ ͻ ή ܫ௥ή ͳǡͲͷͺ ή ܸ௨௦ή ʹǡͶͶ͸ (10)

dove, Rcub, è la resistenza cubica a compressione, Ir, l’indice di rimbalzo [MPa] e Vus, la velocità degli ultrasuoni [m/s]. Nella formulazione di Gašparik la velocità degli ultrasuoni è, invece, riportata in [Km/s].

Come detto, però, troppi fattori influenzano tale tipologia di prova, pertanto, un professionista potrebbe trovarsi nell’incertezza di dover scegliere quale formulazione restituisce una stima della resistenza cubica a compressione, Rcub, prossima a quella reale. Nasce, quindi, l’esigenza di validare specifiche espressioni che presentino capacità previsionali del comportamento e dello stato di degrado, che vengano calibrate sul singolo edificio indagato. In tal senso è possibile riferirsi ad analisi di regressione che consentono di trovare una relazione matematica fra una variabile dipendente ed una o più variabili indipendenti Cristofaro et al. [32].

Nel caso del metodo SonReb la variabile dipendente è la resistenza cubica a compressione, R_cub, mentre, le variabili indipendenti sono rispettivamente l’indice di rimbalzo dello sclerometro, I_r, e la velocità di propagazione degli ultrasuoni, V_us.

L’equazione seguente esprime tale correlazione:

ܴ_௖௨௕ ൌ ܽ ή ܫ_௥ή ܾ ή ܸ_௨௦ή ܿ (11)

I parametri a, b e c rappresentano i valori da determinare per tarare la legge di correlazione al caso in esame, e con I_r [MPa] e V_us [m/s].