Misure di velocità di onde acustiche in elementi in
calcestruzzo armato
M. De Bonis, R. Ditommaso, A. Masi, M. Mucciarelli, M. Vona
DiSGG, Università degli Studi della Basilicata, Potenza
OBIETTIVI DEL LAVORO
• Definire una nuova metodologia di prova non distruttiva per una
valutazione della variabilità delle caratteristiche meccaniche del
calcestruzzo in situ
• Verificare l’affidabilità e l’attendibilità del metodo, anche grazie al
confronto con un metodo consolidato e modelli teorici
INQUADRAMENTO DELLA PROBLEMATICA
Le metodologie esistenti di indagine in situ sono di tipo:
• Buona affidabilità
• Distruttivo
• Danno strutturale
• Elevato costo di esecuzione
• Limitata estendibilità delle prove
• Moderata affidabilità
• Assenza di danno strutturale
• Non Distruttivo
• Minor costo di esecuzione
• Possibilità di maggiore diffusione
DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA DI PROVA
Metodo sonico
Misure della velocità di propagazione
di onde acustiche all’interno di elementi in calcestruzzo armato
Semplicità esecutiva
Costo minimo di esecuzione
Rapidità esecutiva
Danno strutturale nullo – non strutturale minimo
Semplice procedura di elaborazione dei dati
CAMPO DI INDAGINE
• Sette pilastri estratti da un edificio in corso di demolizione,
caratterizzati da:
• Calcestruzzo di bassa qualità
• Assenza di caratteristiche sismo-resistenti
• Copriferro di scarso spessore
• Un pilastro in opera, in reali condizioni di posizione e di carico,
con calcestruzzo di buona qualità
DESCRIZIONE DELLA MODALITÀ DI PROVA
• Fissare i velocimetri nell’elemento a distanze progressive (0.25,
0.5, 1, 1.5 m)
• Sollecitare l’elemento in un punto con una forzante impulsiva
d=1m
d = 0.25 m
• Memorizzare
in un unico centro di raccolta dati le tracce dei
segnali generati
SEGNALI REALI
Velocità
5
5
x 10
x 10
1
3
2
0.5
Primo
Primo
arrivo
arrivo
primo
secondo
segnale
segnale
1
m/s
0
0
-1
-0.5
-2
-3
-1
Primo picco
primo segnale
Primo picco
secondo segnale
-4
0.0945
0.1
0.095
0.0955
0.12
0.096
0.14
0.0965
s
0.16
0.097
0.0975
0.18
0.098
0.2
0.0985
RISULTATI MISURE
Distribuzione
di velocità
nel pilastro
in dall'edificio
opera
Distribuzione
di velocità
nel pilastro
estratto
3500
3500
Velocità
calcolata
(m/s)
Velocità
calcolata
(m/s)
3000
3000
2500
2500
Battuta inf.
battuta sx
2000
2000
Battuta sup.
battuta dx
Media
media
1500
1500
1000
1000
500
500
00
0.25 0.25
0.5
0.5 0.75
1
0.75
Distanza Velocimetri
Distanza
Velocimetri(m)
(m)
1.25
1
1.5
1.25 1.75
MODELLAZIONE NUMERICA
Punto di
battuta
Punti di misura
1° strato
2° strato
3° strato
MODELLO COMSOL A STRATI
MODELLAZIONE NUMERICA – Propagazione impulso
VISUALIZZAZIONE RISULTATI NUMERICI
Distribuzione delle velocità nel modello
Velocità calcolata (m/s)
2500
2000
1500
1000
500
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Distanze tra i punti (m)
0.7
0.8
0.9
1
1.1
CONFRONTO CON VELOCITÀ ULTRASONICA
Velocità nostro esperimento (m/s)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Velocità ultrasonica (m/s)
• Equazione retta
y = 1.1065 x – 1582.7
• Coefficiente di correlazione R = 0.88
• Test di Fischer
confidenza pari al 90 %
RELAZIONE VELOCITÀ - FREQUENZA
4000
Velocità di Fase (m/s)
3500
3000
Velocità statica
2500
Velocità nostro
esperimento
2000
Velocità ultrasonica
1500
1000
1
10
100
1000
Frequenza (Hz)
10000
100000
CONCLUSIONI
• La metodologia proposta si colloca nell’ambito dei metodi non
distruttivi essendo caratterizzata dall’arrecare un danno minimo agli
elementi non strutturali
• Negli elementi esaminati, si osserva una variazione della velocità di
propagazione dell’onda al variare della distanza tra i ricevitori
• Ciò mette in evidenza l’eterogeneità dell’elemento legata alla presenza
di più strati dalle diverse caratteristiche meccaniche passando dalla
superficie al nucleo interno
CONCLUSIONI
• Nel modello numerico presentato, si osserva, in accordo con i risultati
sperimentali, una variazione di velocità al variare della distanza tra i
punti di misura
• E’ stato effettuato un confronto con le velocità ottenute tramite metodo
ultrasonico per trasparenza ed è stato possibile dedurre l’esistenza di
una buona correlazione tra le due serie di valori
SVILUPPI FUTURI
• Approfondimento e perfezionamento del metodo presentato, dal punto
di vista della modalità di prova e dell’installazione dei sensori
• Sviluppo di ulteriori modelli numerici in grado di avvicinarsi quanto più
possibile alle condizioni reali
• Stabilire ulteriori correlazioni con i risultati di altre prove
• In questo modo, con una minima invasività nell’elemento, sarà possibile
contribuire all’ottenimento di una stima sufficientemente
rappresentativa e affidabile della resistenza a compressione del
calcestruzzo in situ
Grazie