4 Valutazione della Resistenza del Calcestruzzo
Al fine di poter effettuare le verifiche sulla struttura del campanile si è resa necessaria l’esecuzione di opportune prove sui materiali.
L’intera costruzione è risultata costituita da cemento armato, dunque la caratterizzazione del calcestruzzo del campanile è stato l’oggetto del presente Capitolo.
In base alla strumentazione disponibile presso il laboratorio del Dipartimento di Ingegneria Strutturale dell’Università di Pisa, si è ritenuto opportuno eseguire prove non distruttive, quali prove sclerometriche e prove di velocità di propagazione degli ultrasuoni, come illustrato nel seguito.
4.1 Prove sperimentali sul conglomerato
La valutazione della resistenza di un calcestruzzo può essere effettuata secondo metodologie diverse, sia in dipendenza degli scopi, che delle condizioni in cui si opera e dei mezzi a disposizione.
La proprietà più importante del calcestruzzo è senz’altro la resistenza a compressione, anche perché tutte le altre proprietà risultano ad essa correlate.
Si è dunque provveduto ad una stima della resistenza caratteristica a compressione del calcestruzzo costituente il campanile (telaio e pannelli di rivestimento) al fine di caratterizzare il modello anche nei confronti della resistenza dei materiali, per poter eseguire poi le verifiche ritenute necessarie alle analisi proposte in questa tesi.
Per le modalità esecutive e le conseguenti analisi dei dati rilevati nelle prove, si è fatto esplicito riferimento all’Allegato 2 del D.M. Min. LL. PP. 9/1/96, inerente appunto ai controlli sul conglomerato.
Occorre notare infatti che, pur operando in condizioni normalizzate, i risultati delle prove presentano una certa dispersione; in dipendenza di questo, occorre riferirsi alla resistenza caratteristica , definita come il frattile di ordine 0,05 della distribuzione statistica delle resistenze stimate con ogni singola esecuzione di una prova.
ck R
Detta dunque la resistenza media, un coefficiente che dipende dalla numerosità del campione ed lo scarto quadratico medio, desunto dalle prove sperimentali, si ha:
m R k s ks R Rck = m −
Il D.M. Min. LL. PP. 9/1/96 fissa in Appendice 2 il valore di k =1,4 per una numerosità del campione pari o superiore a 15, mentre per un numero inferiore fissa il valore di
2 5 , 3 N mm ks= .
4.1.1 Strumentazione impiegata
Si sono impiegate per la sperimentazione uno sclerometro ed una attrezzatura dotata di sonde ad ultrasuoni per valutare la resistenza caratteristica a compressione del calcestruzzo costituente il campanile.
Per posizionare le sonde della strumentazione ad ultrasuoni impiegata si è proceduto alla localizzazione delle barre di armatura attraverso l’utilizzo di un pacometro.
Le modalità delle prove eseguite ed i risultati ottenuti sono riportati in quanto segue.
4.1.2 Analisi dei dati ricavati da prove sclerometriche
Le battute sclerometriche sono state fatte sulle colonne e sui pannelli di rivestimento, alla base del campanile ed in quota (in corrispondenza della cella campanaria).
La prova sclerometrica è una delle prove non distruttive, basata sul principio che il rimbalzo di una massa elastica dipende dalle caratteristiche di resistenza e rigidezza della superficie su cui urta.
Nella figura seguente viene proposta una illustrazione schematica della prova:
Si ricorda che tra i difetti di tale tipo di indagine la correlazione tra indice di rimbalzo e resistenza del calcestruzzo non è univoca, che la prova sclerometrica interessa solo uno strato di piccolo spessore (da 1cm a 3cm circa) e che ad esempio la presenza di uno strato carbonatato comporta un indice di rimbalzo maggiore di quello che compete al calcestruzzo più interno.
Le misure inoltre sono influenzate da condizioni locali quali la corrispondenza di inerti di grosse dimensioni laddove si esegue la battuta, o all’opposto la presenza di bolle d’aria in zone di inerti molto fini.
Per tener conto di queste evenienze si è seguita l’indicazione di compiere le misure su di un area quadrata di circa 20cm per lato, priva di difetti superficiali, lontana dalle barre di armatura (preventivamente localizzate mediante l’impiego di un pacometro) ed adeguatamente preparata e pulita per eliminare eventuali asperità superficiali.
Nella zona si sono fatte 15 battute e per l’analisi dei dati sperimentali così ottenuti si sono scartati poi quelli che differivano di almeno 5 unità dal valor medio.
Ricavata pertanto la resistenza media e lo scarto quadratico medio dei dati sperimentali, si è calcolata la resistenza caratteristica.
Le battute sono state fatte sia sul calcestruzzo della cella campanaria, nei punti indicati in fig. 4.2, che sul calcestruzzo alla base della costruzione, nei punti indicati in fig. 4.3.
20 70 300 70 440 E G F
20 70 300 70 440 C A B D
fig. 4.3 Battute sclerometriche alla base del campanile
Si riportano rispettivamente in tab. 4.1 e 4.2 i risultati della campagna di indagine alla quota della cella campanaria ed alla base del campanile:
LETTURE SCLEROMETRICHE - [MPa]
Descrizione: c.a. in vista - colonne cella campanaria e pannello Punti di battuta E F G 43 42 44 39 44 43 40 46 46 42 40 43 38 42 42 42 38 41 37 40 45 44 41 44 44 40 44 41 38 43 45 40 38 40 41 42 38 40 40 44 41 42 44 40 44 media 41,40 40,87 42,73 dev. st. 2,61 2,07 2,02 Resistenza caratteristica 37,74 37,97 39,91 tab. 4.1
I punti di battuta sono stati contrassegnati con le lettere A, B, C, D (pannello di rivestimento alla base, vedi tab. 4.2), ed E, F e G (pannello di rivestimento alla cella campanaria, vedi tab. 4.1).
LETTURE SCLEROMETRICHE - [MPa] Descrizione: c.a. in vista - colonne alla base e pannello
Punti di battuta A B C D 42 43 42 50 43 47 39 50 39 39 43 47 43 38 43 47 35 37 42 50 32 42 43 46 45 35 37 51 36 43 38 46 41 41 43 51 39 41 41 48 45 39 43 46 45 37 40 48 43 43 41 47 36 44 38 47 42 47 37 46 media 40,40 41,07 40,67 48,00 dev. st. 4,07 3,58 2,32 1,89 Resistenza caratteristica 34,71 36,06 37,42 45,35 tab. 4.2
Le prove eseguite hanno evidenziato la presenza di un buon calcestruzzo, per il quale si è adottata una resistenza caratteristica a compressione pari a Rck =35MPa.
4.1.3 Analisi dei dati ricavati da prove ultrasoniche
Il metodo della velocità di propagazione degli ultrasuoni di basa sul principio secondo cui gli impulsi vibrazionali si propagano in un mezzo (nel caso specifico la massa di calcestruzzo) in funzione delle caratteristiche elastiche del mezzo stesso e della sua densità.
La valutazione del calcestruzzo in opera allora consiste nella misura della velocità di propagazione longitudinale delle onde ultrasonore.
Si evidenzia fin da subito l’elevata sensibilità della strumentazione in rapporto alla disomogeneità del materiale (percentuale vuoti, forma e dimensione aggregati, presenza di barre d’armatura, ecc) e pertanto l’affidabilità del metodo in sé è piuttosto scarsa.
Si è ritenuto però utile affiancare tale tipo di indagine, non distruttiva, alle precedenti prove sclerometriche.
In fig. 4.4 si riporta una illustrazione schematica della prova di misura della velocità di propagazione degli ultrasuoni:
fig. 4.4 Misura della velocità propagazione degli ultrasuoni
Data l’elevata presenza di barre d’armatura nei pilastri alla base del campanile, si è ritenuta ivi inefficace un eventuale indagine con ultrasuoni.
La prova è stata allora limitata ai soli pilastri della cella campanaria, che presentavano una percentuale d’armatura tale da non influenzare troppo le rilevazioni (accertata preventivamente mediante l’impiego del pacometro).
Operando però ad alta quota, non è stato ovviamente possibile porre la sonda trasmittente e quella ricevente su due facce opposte di un pilastro.
Data infine la presenza del pannello di rivestimento e della struttura portante delle campane, la superficie dei pilastri, sulla quale andare a fare le misure, è risultata assai limitata.
Sebbene in tali condizioni tale tipo di misura risulti ancor più incerta ed inaffidabile, si riportano comunque i dati ricavati.
Misurando dunque la velocità delle onde ultrasonore in direzione diagonale, come riportato nella fig. 4.5 seguente, si sono ricavati i dati di tab. 4.3.
70 70 staffe 8/25 8 30 sonda emittente sonda ricevente 15 15 21
fig. 4.5 Schema di rilevazione dei dati della prova ultrasonica
LETTURE ULTRASONICHE - [m/s]
Descrizione: c.a. in vista - colonne cella campanaria e pannello Punti di indagine E F G 4013 3738 4566 4299 4061 4661 4365 4131 4610 4422 4266 4619 4432 4288 4628 4434 4266 4566 tab. 4.3
I punti nei quali è stata eseguita la prova con ultrasuoni sono gli stessi punti E, F e G nei quali si sono fatte in precedenza le battute sclerometriche (vedi fig. 4.2).
Per la stima della resistenza a compressione la Norma Belga NBN B15-229/1976 suggerisce la seguente espressione: 184 , 6 21 10 88 , 1 L c V R = ⋅ − ⋅ in cui: L
V è la velocità di propagazione degli ultrasuoni in m s
c
R è la resistenza cubica convenzionale in N mm2
I risultati ottenuti si sono dimostrati in accordo con l’assunzione di una resistenza caratteristica a compressione pari a Rck =35MPa; i dati ricavati nei due tipi di indagine possono infine venire considerati contemporaneamente secondo il metodo Sonreb.
