Vorrei approfondire l'argomento delle indagini sulle opere di c.a. in esercizio

I metodi di indagine più diffusi, per effettuare la caratterizzazione in opera dei calcestruzzi sono raggruppabili in base al livello di danno prodotto sulle strutture, nelle due seguenti categorie:

A. Metodi Semi-Distruttivi:
- Carotaggio;
- Prove di Penetrazione.
B. Metodi Non-Distruttivi:
- Prove Sclerometriche;
- Prove Ultrasonore;
- Prove Combinate.

A. Metodi Semi-Distruttivi

I metodi semi-distruttivi sono rappresentati principalmente dal carotaggio e dal metodo di penetrazione. Sono delle metodologie, che producono un danno seppure minimo alle strutture soggette ad indagine e necessitano sempre dell'uso del pacometro per identificare la presenza di barre nelle membrature e poter quindi operare solo sul calcestruzzo, evitando ostacoli per il.prelievo e la penetrazione.

Sicuramente il carotaggio è la metodologia di prova più valida per la determinazione delle resistenze in opera, infatti, i valori caratteristici sono valutati su provini cilindrici che provengono dall'immobile soggetto ad analisi, ed inoltre, sono rappresentativi dell'intera storia sotto il profilo della maturazione e della stagionatura del calcestruzzo in opera. Il grosso limite che è intrinseco all'uso del carotaggio è relativo all'impossibilità, a meno di produrre grossi danni all'immobile, di disporre di un numero sufficiente di campioni rappresentativi delle classi del calcestruzzo in opera.

A.1 Carotaggio

La metodologia di prova, basata sul prelievo di campioni in opera sotto forma di provini cilindrici rappresenta uno dei metodi semi-distruttivi più comuni. Il metodo consiste, appunto, nell'estrazione di una carota con diametro variabile tra i 30 (microcarotaggi) e i 200 mm utilizzando una carotatrice.

Le carote vengono estratte procedendo dalla superficie all'interno del corpo per una lunghezza proporzionale al diametro, è buona norma estrarre carote con rapporto lunghezza diametro almeno pari a 2.
L'impiego delle carote è un metodo diretto, in quanto fornisce una misura della resistenza a compressione, senza l'impiego di correlazioni con altri parametri. Una delle formulazioni per valutare la resistenza del calcestruzzo è data dalla Concrete Society:

fl = fx * D / (1,5 + l/x)

dove:

· fxè la resistenza misurata su carote aventi rapporto altezza / diametro pari a
· fl è la resistenza cubica attuale del calcestruzzo nella struttura;
· D è una costante che assume il valore 2,5 per carotaggio orizzontale e 2.3 per carotaggio verticale;
· x è il rapporto altezza / diametro della carota.

A.2 Metodo di Penetrazione

Altro metodo semi-distruttivo è il metodo di penetrazione, con esso la resistenza a compressione del calcestruzzo è correlata con la profondità di infissione di un chiodo su una parte in calcestruzzo.
La strumentazione con la quale si effettua questo tipo di prova è la Windsor Probe System. Essa è costituita da un propulsore (pistola di sicurezza) che utilizza cariche accuratamente dosate per infiggere astine di acciaio con velocità inizialmente uniforme. Uno dei limiti del metodo è relativo alle analisi dello stato di consistenza basato sulle caratteristiche superficiali del calcestruzzo mentre non si hanno valutazioni sull'intero spessore del getto in esame. Inoltre risente di eventuali difetti superficiali quali nidi di ghiaia e difetti non riscontrabili visivamente che possono alterare i risultati delle indagini.

B. Metodi Non-Distruttivi

I metodi distruttivi o semi distruttivi riescono a fornire utili e oggettive indicazioni sullo stato di consistenza del calcestruzzo, tuttavia la possibilità di poter analizzare tramite carotaggio, l'insieme delle classi rappresentative dei calcestruzzi presenti in opera, anche su strutture di modesta entità, è assai remota.
Originariamente alcuni metodi non distruttivi e più precisamente quelli ad ultrasuoni, trovarono e trovano ampia utilizzazione in campo meccanico, principalmente per la localizzazione di difetti, microfessurazioni e cricche. Da alcuni anni, il metodo ad ultrasuoni ha trovato un suo spazio applicativo anche nel campo dell'ingegneria civile, soprattutto per la stima delle proprietà dei materiali ed in particolare per la valutazione delle resistenze a compressione dei calcestruzzi e della loro omogeneità.
Accanto al metodo ultrasonoro è possibile anche applicare il metodo sclerometrico o della valutazione dell'indice di rimbalzo, il quale, combinato opportunamente con le velocità rilevate e con i valori di resistenza ottenuti da pochi e mirati carotaggi, permette di stimare parametri di resistenza sufficientemente affidabili. In generale quindi i metodi non distruttivi consentono di ottenere informazioni su:

- Omogeneità del calcestruzzo
- Analisi delle variazioni delle proprietà meccaniche
- Individuazione di fessure o difetti
- Variazione delle proprietà meccaniche per calcestruzzi soggetti a carico d'incendio

B.1 - Metodo Sclerometrico

Il campo di applicazione del metodo sclerometrico o della valutazione dell'indice di rimbalzo è rivolto soprattutto alla valutazione delle seguenti proprietà:
- Controllo della uniformità del calcestruzzo nelle diverse parti della struttura;
- Valutazione attraverso curve di taratura della qualità del calcestruzzo in opera;
- Valutazione delle variazioni delle proprietà del calcestruzzo nel tempo.

Il metodo si basa sul principio che il rimbalzo di una massa elastica dipende dalla durezza della superficie contro la quale la massa stessa viene proiettata. Il parametro non distruttivo del metodo è rappresentato dall'indice di rimbalzo.
Le modalità da seguire per la determinazione dell'indice di rimbalzo ed il campo di applicazione ditale metodo è regolato dalla norma UNI 9189. Gli elementi di calcestruzzo che si sottopongono a prova devono avere uno spessore minimo di almeno 150 mm.
La prova si deve effettuare su una superficie avente una circonferenza con diametro compreso tra 150 e 300 mm. Le impronte dell'urto non devono essere sovrapposte e devono distare almeno 30 mm dai bordi. Per ottenere l'indice medio di rimbalzo 'm si calcola la media aritmetica di tutte le misure effettuate con tre cifre significative, escludendo le misure lm per le quali non si verifica la seguente relazione:

0.8 Im < Im < 1.2 Im

B.2 Metodo ad Ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono delle vibrazioni che si propagano nel materiale con frequenze inferiori a quelle nel campo dell'udibile. Attraverso questi rilievi ultrasonici si deduce la velocità virtuale di propagazione degli impulsi dallo spessore del materiale attraversato e dal tempo impiegato. Da essa si possono trarre informazioni su:
- Omogeneità del calcestruzzo;
- Difetti di getto;
- Rilievo di spessori;
- Variazione delle proprietà causate dal degrado sul manufatto;
- Modulo elastico;
- Stima della resistenza del calcestruzzo attraverso opportune tarature con valori di resistenza ottenuti dai carotaggi;

Il sistema strumentale necessario per eseguire la prova ad ultrasuoni è composto dalle seguenti unità:
- Sonda emettitrice;
- Sonda ricevente;
- Dispositivo di amplificazione e trattamento del segnale;
- Un dispositivo che misura il tempo tra emissione e ricezione del segnale.

La sonda emettitrice o emettitore è costituita da un dispositivo che genera brevi impulsi elettrici e da un trasduttore che trasforma questi impulsi in vibrazioni meccaniche. L'applicazione del metodo ad ultrasuoni è regolato dalla norma UNI 9524. Per effettuare la misura dei tempi di propagazione degli impulsi di vibrazione i trasduttori possono essere disposti in tre diverse posizioni e le metodologie di lettura sono definite:

Metodo di trasmissione diretta;
Metodo di trasmissione semidiretta;
Metodo di trasmissione indiretta.

Una volta effettuata la misura della velocità è possibile risalire alla qualità generale del calcestruzzo.

B.3. Metodo Combinato

Le due metodologie di prova illustrate precedentemente è cioè il metodo ultrasonico ed il metodo sclerometrico, utilizzati in modo isolato non consentono una stima sufficientemente attendibile dei valori di resistenza del calcestruzzo in opera.
In particolare il metodo sclerometrico fornisce dei valori dell'indice di rimbalzo relativi esclusivamente alle proprietà superficiali dei getti, inoltre la disponibilità di indici di rimbalzo senza curve di correlazione che siano proprie dei calcestruzzi in opera, non consente una valutazione attendibile dei valori di resistenza.

Per quanto attiene invece al metodo ultrasonoro, è stato dimostrato che le velocità di trasmissione possono essere influenzate da diversi fattori, quali il livello di umidità, la presenza di armatura, l'assortimento granulometrico, e quindi il livello di compattezza. Anche in questo caso avere a disposizione valori di velocità o tempi di percorrenza dell'impulso, senza una curva rappresentativa dei calcestruzzi oggetto d'indagine, non consente una stima appropriata dei valori di resistenza.
Un modo per superare le difficoltà presentate dai due metodi è quello di utilizzarli in modo combinato.
L'uso combinato, è stato dimostrato, attenua i limiti, in quanto questi vengono compensati tra di loro. Sono state proposte diverse formulazioni in letteratura per la valutazione della resistenza cubica a compressione. Le relazioni proposte consentono di effettuare una taratura dei risultati utilizzando alcuni valori di resistenza a rottura ricavati su carote estratte in opera. E' buona norma effettuare, al fine di verificare anche lo stato di integrità della carote, misure ultrasonore sulle carote estratte. Inoltre nei punti di carotaggio prima dell'estrazione verranno valutate le velocità di trasmissione e gli indici di rimbalzo.
Una delle relazioni più diffuse per l'applicazione del metodo combinato è la seguente:

Rs = 1.2 * 10⁹ * Ir^1.058 * Vp^2.446 (MPa)
dove:
Rs = Resistenza cubica a compressione:
Ir = Indice di rimbalzo (in situ e sulle carote);
Vp = Velocità (in situ e sulle carote)

Con l'ausilio delle resistenze cilindriche ricavate sulle carote sarà possibile ricavare i coefficienti d'influenza globali, per ottenere i valori di resistenza attuali. Se inoltre i dati disponibili sono sufficientemente rappresentativi, può essere effettuata una elaborazione statistica e valutare i valori medi di resistenza, i valori caratteristici ed i coefficienti di variazione al fine di verificare il livello di omogeneità dei getti.