LA QUALITA’ DEL CALCESTRUZZO

La resistenza a compressione è la proprietà più
qualificante del calcestruzzo
 Il metodo per determinare la resistenza a
compressione è la prova a compressione per
schiacciamento
 Per opere in costruzione si effettua su provini
confezionati con calcestruzzo fresco in fase di
getto secondo metodologie standardizzate
RESISTENZA CONVENZIONALE
 Per il calcestruzzo indurito (costruzioni esistenti)
si effettua su campioni estratti dagli elementi
strutturali
RESISTENZA IN OPERA
RESISTENZA
CONVENZIONALE
RESISTENZA IN OPERA
rispondenza del prodotto
alle caratteristiche
di norma e di progetto
sulle strutture finite

resistenza caratteristica
• in fase di collaudo
• in strutture “datate”
RESISTENZA
CONVENZIONALE
Prove di compressione
su campioni standard
prelevati in fase di getto
dimensioni
confezione
normalizzate
compattazione
maturazione
RESISTENZA IN OPERA
Prove di compressione
su campioni prelevati
dalle strutture finite
RESISTENZA
CONVENZIONALE
risultati
• convenzionali
• ripetibili
• confrontabili
con le richieste
RESISTENZA IN OPERA
rispecchiano l’effettiva
qualità del cls in opera
RESISTENZA
CONVENZIONALE

RESISTENZA IN OPERA
• Condizioni di posa, compattazione,
stagionatura
• Pressione degli strati superiori durante la
presa e l’indurimento
• Perdita di umidità
• Segregazione degli inerti
• …
GRADO DI COMPATTAZIONE
massa volumica della carota
mc
gc 
m0
massa volumica
campione standard
R %   1  g c   500
POSIZIONE NELL’ELEMENTO
4500
4400
4300
4200
zona superiore
15
4100
zona inferiore
20
zona superiore
4000
25
zona inferiore
3900
30
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
3800
35
STRUTTURALE
3700
valori più elevati dell'indice di
rimbalzo e della velocità
ultrasonica nella zona inferiore
dei pilastri rispetto alle zone
superiori
VL
10
5
51
49
47
45
43
41
39
37
35
0
Ir
questo può essere spiegato da fenomeni di segregazione degli inerti che possono
verificarsi in fase di getto: gli inerti di dimensioni maggiori tendono a sedimentare
sul fondo mentre quelli più leggeri, insieme all'acqua, tendono a risalire.
Resistenza cilindrica standard
Si determina su cilindri con rapporto altezza su diametro pari a 2
2
1.8
h=2d
Rh/d = resistenza cilindrica campione con
rapporto altezza/diametro = h/d
1.6
Rh/d/Rcil
Rcil
Rcil = resistenza cilindrica standard (h/d=2)
1.4
1.2
d
1
0.8
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
4
3.5
h/d
Cilindri di diverso rapporto altezza/diametro
d
per calcestruzzi di media resistenza:
d
Rh/d
Rcil
Rcil  Rh d *
h=2d
2
d
1,5 
h
2
Rcil = resistenza cilindrica standard (h/d=2)
1.8
Rh/d = resistenza cilindrica campione con
rapporto altezza/diametro = h/d
Rh/d
1.6
Rh/d/Rcil
R cil =14 Mpa
1.4
R cil =26 Mpa
1.2
ASTM
R cil =52 Mpa
1
0.8
0.5
1
1.5
h/d
2
Provini cubici e cilindrici
Rcil
Rc

R c  25 N mm 2


Rcil  0,80 * Rc
25  R c  60 N mm 2

R c  60 N mm 2
Rcil  0,83 * Rc


Rcil  0,83 * Rc
R cil  0,85 * R c
Linee guida
sul calcestruzzo
strutturale, 1996
Valutazione della resistenza del calcestruzzo in opera
La norma europea EN 13791 del 2007 tratta della valutazione
della resistenza a compressione in situ nelle strutture ed
elementi strutturali in calcestruzzo.
Tale norma fornisce indicazioni sul numero e tipo di prove
necessarie ed i criteri di elaborazione dei risultati delle prove ai
fini della stima della resistenza in opera.
E' specificato che la determinazione della resistenza deve essere
effettuata per lotti omogenei di calcestruzzo (test region); pertanto
ogni indicazione, relativa anche al numero di prove, deve
intendersi con riguardo ad insiemi di elementi strutturali costituiti
da calcestruzzo di caratteristiche omogenee.
Resistenza a compressione per schiacciamento su campioni
prelevati mediante carotaggio
Si effettua la prova di compressione sulle carote estratte dagli
elementi strutturali.
Occorre controllare:
• che i campioni non siano disturbati
• non includano spezzoni di armature
• il diametro della carota rispetto a quello max degli inerti
Se interessa la resistenza cubica, il campione può avere altezza
uguale al diametro.
Se interessa la resistenza cilindrica, il campione può avere altezza
uguale a 2 volte il diametro.
Se il rapporto altezza/diametro è intermedio, si deve fare la
conversione
Microcarotaggio
Microcarote: diametro inferiore a 3 volte il diametro massimo
dell'inerte
Risultati delle prove su microcarote molto dispersi

distribuzione casuale degli inerti:

inerti piccoli o frantumi di inerti possono distaccarsi dalla
superficie laterale indebolendo la sezione, in misura
maggiore quanto più questa è piccola
Per ottenere risultati affidabili, occorre effettuare le prove su un
numero maggiore di campioni.
Si estraggono microcarote sufficientemente lunghe, in modo da
poter ricavare più campioni da ciascuna.
Metodi distruttivi
Metodi non distruttivi
misure indirette
misure dirette
correlazioni
resistenza del cls
maggiore attendibilità dei risultati
limitazione nel numero di prove
resistenza del cls
minore attendibilità dei risultati
indagini estese
Individuazione di zone omogenee
Individuazione di difetti
Metodo dello sclerometro
o dell'indice di rimbalzo
La dispersione dei risultati riguardanti uno stesso tipo di
materiale è piuttosto piccola; pertanto, le prove sclerometriche si
prestano bene per rilevare l'uniformità delle caratteristiche del
calcestruzzo nelle strutture o per misure di confronto con
calcestruzzi di caratteristiche note.
Misura dell'indice sclerometrico per la stima della resistenza
del cls
Nella determinazione della resistenza del calcestruzzo in situ,
invece, sono molti i fattori che influenzano le misure
sclerometriche: tipo di cemento, tipo di aggregato, tipo di
superficie, umidità superficiale, carbonatazione, età del
calcestruzzo, modalità di maturazione, compattazione.
E' quindi molto importante tener conto degli effetti dei vari fattori
di influenza per una corretta interpretazione delle prove
sclerometriche.
Correlazione Rc - Ir
600
+
75
500
70
400
65
300
90


200


100
 [kg/cm2]
80
700
Wmax = Wm + 
Wmin = Wm - 
0
=
60
90
+
45
20
25
30
35
40
indice di rimbalzo, n
45
50
55
dispersione
resistenza alla compressione sul cubo Wm [kg/cm2]
metodi diversi, ciascuno caratterizzato da un diverso campo di
applicazione e una diversa precisione.
curva di taratura fornita insieme allo
strumento, che correla il valore
dell'indice di rimbalzo con la
resistenza cubica convenzionale, è
stata ottenuta su calcestruzzi con
cemento Portland, con materiale
sabbia-ghiaia resistente, età da 14 a
56 giorni, superficie liscia ed asciutta.
Nella EN 13791:2007, il metodo di valutazione della resistenza in
opera mediante prove non distruttive prevede l'applicazione di
curve di correlazione di base, tarate per ogni singola zona di prova
sulla base del confronto con valori ottenuti da prove su carote.
curva di base:
60
fR
50
curva di
correlazione
specifica
40
f R  1.25  R  23
f
f R  1.73  R  34.5
30
dfi
20
20  R  24
24  R  50
curva di base
10
0
20
25
30
35
40
45
50
R
55
R = indice sclerometrico
fR = resistenza stimata attraverso l'indice
sclerometrico
METODO DELLA VELOCITA’
DI PROPAGAZIONE DEGLI ULTRASUONI
Consiste nell'analisi delle modalità di propagazione di onde
elastiche di vibrazione attraverso il materiale in esame,
modalità che sono strettamente collegate con le caratteristiche
elastiche del mezzo (modulo di elasticità e modulo di Poisson
dinamici) e con la sua densità:
Impulsi
Timer e
Display
VP 
Sonda trasmittente
Sonda ricevente
L
Ed
1  d
 1   d 1  2 d 
Misura della velocità degli ultrasuoni per la stima della
resistenza del calcestruzzo
Stima della resistenza a compressione del calcestruzzo attraverso
misure della velocità di propagazione delle onde ultrasonore:
la correlazione non è molto chiara.
La resistenza a compressione si riferisce ad uno stato del materiale
in cui si ha rottura dei legami e formazione di fratture; il modulo
elastico, invece, e quindi la velocità di propagazione, sono relative
al comportamento del materiale in un campo di sollecitazioni molto
lontano dai valori di crisi.
Pertanto queste caratteristiche non risultano direttamente correlate.
Per stimare la resistenza si usano correlazioni empiriche
Correlazione Rc - V
EN 13791:2007
45
fR 40
curva di base:
curva di
correlazione
specifica
35
30
25
f
20
f v  62.5  v 2  497.5  v  990
15
10
dfi
curva di base
5
0
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
v
4.8
4  v  4 .8
v = velocità degli ultrasuoni
fv = resistenza stimata attraverso la velocità degli ultrasuoni
METODI COMBINATI
Risultati migliori nella stima della resistenza di un calcestruzzo
attraverso metodi indiretti, si ottengono utilizzando combinatamente
più metodologie.
L'impiego di diverse metodologie di prova sullo stesso campione
offre innanzi tutto il vantaggio di poter confrontare i risultati delle
misure effettuate, in modo da poter individuare eventuali anomalie.
Tali anomalie possono derivare da un improprio utilizzo della
metodologia o da fattori che influenzano in misura diversa le diverse
metodologie.
In tali casi, è opportuno approfondire le indagini per individuare le
cause delle discordanze e comunque non procedere acriticamente alla
valutazione della resistenza del calcestruzzo tramite i valori misurati.
Metodo SONREB
Combina misure di velocità di onde ultrasonore con misure
dell'indice di rimbalzo, ottenute con uno sclerometro Schmidt
Il metodo consente di ottenere un'informazione più completa sul
materiale, in quanto prende in considerazione due parametri
legati a caratteristiche diverse: la velocità di propagazione,
legata alla densità e all'elasticità del materiale, e l'indice
sclerometrico, legato alla durezza superficiale.
L'influenza dell'umidità e del grado di maturazione si
compensano, avendo effetti opposti nei due metodi componenti
Le curve di isoresistenza, e la relazione che le descrive, sono state
ricavate per un calcestruzzo definito come standard; per
calcestruzzi di composizione diversa da quella standard, il metodo
suggerisce di moltiplicare il valore ottenuto dal grafico o dalla
formula per un coefficiente di influenza Ct.
Le curve di isoresistenza sono descritte dalla relazione:
R cil ,sonreb  7.695 * 10 11 * R 1.4 * v 2.6
Rcil,sonreb è la resistenza cilindrica ricavata secondo il metodo
Sonreb
R è l'indice sclerometrico
v è la velocità degli ultrasuoni.
All'applicazione sul campo, il metodo combinato si mostra
effettivamente più efficace dei singoli metodi indiretti. Dai dati
raccolti si è verificato che la resistenza stimata con il metodo
Sonreb è sempre piuttosto vicina a quella valutata tramite
schiacciamento delle carote, l'errore in media è del 10%, ed
inoltre il metodo tende a sottovalutare la resistenza, quindi risulta
in un certo senso cautelativo.
Anche nell'applicazione dei metodi combinati esiste la possibilità
di tarare i risultati ottenuti dall'applicazione delle correlazioni
classiche, di volta in volta sullo specifico campione analizzato.
5000
v [m/s]
4500
4
4000
1
2
Un esempio
3
6
5
3500
7
3000
8
2500
2000
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
R
60
dati cerchiati in rosso: setti in calcestruzzo molto degradati
superficialmente; valori dell'indice di rimbalzo piuttosto bassi a
causa delle condizioni superficiali del calcestruzzo, mentre la
velocità degli ultrasuoni non ne è troppo influenzata.
dati cerchiati in verde e azzurro: pilastri con spesso strato
superficiale carbonatato: l'indice sclerometrico presenta valori
relativamente elevati, mentre la velocità degli ultrasuoni è in
linea con la resistenza del calcestruzzo.
80
2
f [N/mm ]
carote
R
v
R+v
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
la valutazione della resistenza attraverso l'indice sclerometrico
porta a valori molto distanti da quelli ottenuti sulle carote,
mentre la valutazione attraverso la velocità ultrasonica e il
metodo Sonreb conducono a risultati accettabili.
In via generale, nei casi di discordanza delle due misure, è
consigliabile, dopo aver verificato le cause delle discordanze,
utilizzare solo le misure che appaiono meno affette da fattori di
disturbo.
Le prove considerate sono quelle oggetto delle norme europee
della serie EN 12504, che riguardano:

Carote. Prelievo, esame e prova di compressione.

Determinazione dell'indice sclerometrico.

Determinazione della forza di estrazione.

Determinazione della velocità di propagazione degli
impulsi ultrasonici.
CONCLUSIONI

La valutazione della resistenza del calcestruzzo è un problema
complesso: a seconda dei casi, i metodi applicabili sono diversi
e ciascun metodo fornisce un risultato in generale diverso, in
dipendenza di numerosi parametri.

Le prove distruttive forniscono risultati certamente più
attendibili.

Le prove non distruttive sono estremamente valide per la
possibilità di estendere le indagini a vaste zone delle strutture
senza arrecare alcun danno e con impegno economico
ragionevole.

Si possono ricavare informazioni globali sulla qualità dei getti
che sono altrettanto importanti dei livelli di resistenza: il grado
di omogeneità, la presenza di difetti, lo stato di degrado, ...

Le stime della resistenza del calcestruzzo che si ottengono
dai metodi indiretti sono affette da margini di errore talvolta
elevati.

Utilizzando più metodi combinatamente, si ottengono
risultati più attendibili.
Ma la maggior garanzia di ottenere risultati affidabili da
qualsivoglia metodologia è di non limitarsi ad effettuare
misure ed applicare correlazioni in maniera acritica: è invece
necessario raccogliere quante più informazioni possibile,
analizzarle criticamente sotto diversi aspetti, confrontare i
risultati di valutazioni diverse, sintetizzare i risultati ottenuti:
solo così alla fine sarà possibile esprimere la resistenza del
calcestruzzo con un numero significativo.
Normativa di riferimento
EN 13791:2007 - Assessment of in-situ compressive
strength in structures and precast concrete components.