Le prove di Laboratorio sui materiali da costruzione e il collaudo Roberto Felicetti 2 sommario • richiami sulle Norme Tecniche per le Costruzioni (collaudo e controllo sui materiali) • discussione critica di alcuni aspetti relativi a: - prove sui materiali (i cubetti di calcestruzzo) - prove non distruttive (lo sclerometro) - prove di carico ponendo l'accento sugli aspetti che coinvolgono direttamente il giudizio critico di un tecnico Le prove di laboratorio e il collaudo il collaudo secondo le Norme tecniche per le costruzioni 3 giudizio sul comportamento e le prestazioni delle parti dell’opera che svolgono funzione portante. quando vengono posti in opera elementi strutturali non più ispezionabili possono essere eseguiti collaudi parziali in corso d'opera 1. riguarda tutte le costruzioni la cui sicurezza possa comunque interessare la pubblica incolumità 2. eseguito da un ingegnere o da un architetto, iscritto all’albo da almeno dieci anni, che non sia intervenuto nella progettazione, direzione, esecuzione dell’opera. Il collaudo statico deve comprendere i seguenti adempimenti (a - i): a) controllo di quanto prescritto da: - DPR 6.6.2001 n. 380 (Testo unico in materia edilizia, art. 67) - legge n. 1086/71 (norme per la disciplina CA, CAP e metalliche) - legge n. 64/74 (Provvedimenti per le costruzioni in zona sismica) b) ispezione dell’opera nelle varie fasi costruttive con particolare riguardo alle parti strutturali più importanti; Le prove di laboratorio e il collaudo ...segue il collaudo secondo le NTC 4 c) esame dei certificati delle prove sui materiali - numero dei prelievi effettuati - risultati ottenuti compatibili con i criteri di accettazione d) esame dei certificati di cui ai controlli in stabilimento e nel ciclo produttivo e) controllo dei verbali e dei risultati delle eventuali prove di carico eseguite dalla Direzione Lavori f) esaminare il progetto dell’opera (l’impostazione generale, strutture, fondazioni, gli schemi di calcolo e le azioni considerate); g) esaminare le indagini eseguite nelle fasi di progettazione e costruzione h) esaminare la relazione a strutture ultimate del Direttore dei lavori i) nell’ambito della propria discrezionalità, il Collaudatore potrà richiedere di effettuare tutti quegli accertamenti, studi, indagini, sperimentazioni e ricerche utili per convincersi della sicurezza, della durabilità e della collaudabilità dell’opera in particolare: - prove di carico; - prove sui materiali messi in opera, anche mediante metodi non distruttivi; - monitoraggio programmato di grandezze significative da proseguire, eventualmente, anche dopo il collaudo della stessa. Le prove di laboratorio e il collaudo Definizione di materiale o prodotto strutturale Direttiva 89/106: Un prodotto strutturale è quello che consente all’opera ove è incorporato di soddisfare il requisito essenziale: Resistenza meccanica e stabilità Requisito soddisfatto se, a seguito dell’istallazione del prodotto nell’opera, questa, se adeguatamente progettata e costruita, consente di evitare: - Collasso dell’opera e di una sua parte - Deformazioni inammissibili - Danni ad altre parti od impianti - Danni non proporzionati alla causa che li ha innescati + DURABILITA’ Le prove di laboratorio e il collaudo Materiali per uso strutturale (NTC 2008: Cap. 11) Identificati Qualificati Le prove di laboratorio e il collaudo Accettati Materiali per uso strutturale (NTC 2008: Cap. 11) Identificati Qualificati Accettati Descrizione del materiale stesso e dei suoi componenti elementari. CHI: a cura del produttore Le prove di laboratorio e il collaudo Materiali per uso strutturale (NTC 2008: Cap. 11) Identificati Qualificati Accettati Processo di qualificazione condotto secondo le procedure indicate dalle NTC CHI: sotto la responsabilità del produttore Le prove di laboratorio e il collaudo Materiali per uso strutturale (NTC 2008: Cap. 11) Identificati Qualificati Accettati Acquisizione e verifica della documentazione di qualificazione e mediante prove sperimentali di accettazione CHI: Direttore dei Lavori Le prove di laboratorio e il collaudo Qualificazione di materiali e prodotti (NTC 2008: Cap. 11) (A) Marcatura CE (B) Qualificazione Nazionale Le prove di laboratorio e il collaudo (C) BTE o CIT Qualificazione di materiali e prodotti (NTC 2008: Cap. 11) (A) Marcatura CE (B) Qualificazione Nazionale (C) BTE o CIT Materiali e prodotti per uso strutturale per i quali sia disponibile una norma europea armonizzata il cui riferimento sia pubblicato su GUUE. Le prove di laboratorio e il collaudo Qualificazione di materiali e prodotti (NTC 2008: Cap. 11) (A) Marcatura CE (B) Qualificazione Nazionale (C) BTE o CIT Materiali e prodotti per uso strutturale per i quali non sia disponibile una norma armonizzata, per i quali sia invece prevista la qualificazione con le modalità e le procedure indicate nelle NTC. Le prove di laboratorio e il collaudo Qualificazione di materiali e prodotti (NTC 2008: Cap. 11) (A) Marcatura CE (B) Qualificazione Nazionale (C) BTE o CIT Materiali e prodotti per uso strutturale innovativi o non citati nelle NTC e non ricadenti in A) o B). Il produttore potrà pervenire alla Marcatura CE in conformità a Benestare Tecnici Europei (ETA), o, in alternativa, dovrà essere in possesso di un Certificato di Idoneità Tecnica (CIT) all’Impiego rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale sulla base di Linee Guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. Le prove di laboratorio e il collaudo Accettazione e Certificazione Il Ruolo della Direzione Lavori in fase di Accettazione Per i materiali dotati di Marcatura CE (caso A e caso C con ETA) - Accertarsi del possesso della marcatura stessa - Richiedere ad ogni fornitore, per ogni diverso prodotto, il Certificato ovvero la Dichiarazione di Conformità alla arte armonizzata della specifica norma europea (caso A) o allo specifico Benestare Tecnico Europeo (caso C) - Verificare che i prodotti rientrino nelle tipologie, classi e/o famiglie previsti nella detta documentazione Per i prodotti non recanti la Marcatura CE: - Accertarsi del possesso e del regime di validità dell’attestato di Qualificazione (caso B) o del Certificato di Idoneità Tecnica all’impiego (Caso C senza ETA) rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici Le prove di laboratorio e il collaudo Esempi di Qualificazioni Le prove di laboratorio e il collaudo Esempi di Qualificazioni Prestazioni: • Allungamento a rottura • Tolleranze dimensionali • Piegabilità • Resistenza di aderenza • Resistenza a taglio • Rapporto tra snervamento sforzo a rottura • Resistenza a trazione • Prestazioni sotto carico ciclico Le prove di laboratorio e il collaudo e Esempi di Qualificazioni ETA = Benestare/ Valutazione Tecnica Europea ETAG = Linee Guida di Benestare Tecnico Europeo CIT = Certificato di Idoneità Tecnica Le prove di laboratorio e il collaudo la resistenza dei cubetti standard 18 è diversa dalla resistenza in opera !! normalmente i campioni vengono confezionati con la massima attenzione compattando accuratamente il calcestruzzo e controllando le condizioni di temperatura e umidità durante la maturazione le prove standard certificano la qualità del calcestruzzo che viene consegnato in cantiere, indipendentemente da come verranno effettivamente svolte la compattazione e la maturazione nei calcoli strutturali, per tenere conto della resistenza effettiva del materiale nella struttura, si ricorre ad un coefficiente di sicurezza relativamente elevato, che compensa questo divario fcd = acc fck / gc fcd = resistenza di progetto fck = resistenza caratteristica acc = effetto della durata del carico = 0.8-1.0 gc = coefficiente di sicurezza = 1.5 Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa 19 variabilità della resistenza in opera è dovuta alla variabilità del materiale fornito (casuale) e alle diverse condizioni di compattazione e maturazione (più sistematiche) l'entità delle variazioni dipende dal tipo di calcestruzzo (più sensibile se ad alta resistenza), dalle dimensioni del getto, dalla tecnica costruttiva, ecc. trave parete Testing of Concrete in Structures J.H. Bungey, S.G. Millard, M.G. Grantham Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa 20 relazione tra resistenza standard di progetto e resistenza stimata con prove distruttive e non distruttive la valutazione in situ mediante prove Non Distruttive tiene già conto dell'influenza della posa e della maturazione quindi è possibile scontare il coefficiente di sicurezza fck atteso = 0.85 fck di progetto (EN 13791) gM = 1.2 invece di 1.5 (vecchia norma British Standard) alla variabilità statistica della resistenza (resist. caratteristica) si aggiunge l'incertezza della stima per via indiretta - che correlazione c'è tra esito della prova ND e resistenza? - qual è l'influenza di altri parametri? (umidità, temperatura, ecc) - le incertezze vanno considerate a favore di sicurezza? Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa Aspetti probabilistici nella definizione della resistenza dei materiali da costruzione I parametri che entrano in gioco nelle verifiche di sicurezza (resistenza dei materiali e azioni sulle strutture) non sono noti con certezza, ma sono variabili statistiche, che possono essere descritte da parametri quali valore medio, varianza, valore caratteristico, ecc = numero di misure in una classe diviso per il numero totale il valore caratteristico valore di resistenza che non viene raggiunto solo in 5 casi su 100 prove di e il collaudo Indagini diagnostiche su Le strutture in laboratorio c. a. - Normativa Prove di compressione su calcestruzzo EN 12390-1 - Operazioni preliminari 1) Misura dimensioni reali 2) Peso del provino 3) Verifica della planarità (±0.0006 d) e perpendicolarità delle facce Le prove di laboratorio e il collaudo d > 3.5 Da,max Prove di compressione su calcestruzzo EN 12390-3 Le prove di laboratorio e il collaudo Prove di compressione su calcestruzzo Certificato di prova Le prove di laboratorio e il collaudo la correlazione tra resistenza e densità Un calo di densità dovuto a scarsa compattazione è ben correlato con la resistenza A. Neville Properties of Concrete 4th edition, 1995 Wiley risultati anomali sono spesso dettati da una non perfetta planarità delle superfici il cilindro (h=2Ø) perdona più del cubo Tecniche Non Distruttive perdi Strutture in Calcestruzzo Le prove laboratorio e il collaudo prove non distruttive per strutture in C.A. alcuni testi di riferimento chiave di ricerca: testing of concrete in structures cvl.araku.ac.ir utilizzo delle tecniche ND posa in opera e valutazione ND Tecniche Non Distruttive perdi Strutture in Calcestruzzo Le prove laboratorio e il collaudo 27 misure di durezza superficiale Sclerometro (rebound hammer) messo a punto da Ernst Schmidt alle fine degli anni ’40 Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 28 tipi di sclerometro tipo energia di applicazioni percussione (J) L 0.74 elementi piccoli e sensibili agli urti, laterizi N 2.2 strutture ordinarie, ponti M 29 grossi getti, strade, piste aeroportuali P 0.88 calcestruzzi poco resistenti, intonaci, ecc. Rc = 5-25 N/mm² (0.5-8 N/mm² la versione PT) Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 29 principio di funzionamento Il rimbalzo della massa elastica dipende dalla durezza della superficie e fornisce informazioni su di uno strato spesso non più di 30 mm (modello N) Parte dell’energia viene dissipata per schiacciamento locale ed attrito interno (i comportamenti elastico ed inelastico dipendono dalla resistenza anche se la relazione può solo essere empirica) il risultato dipende anche dall'angolo di battuta, perché se la prova non viene effettuata in orizzontale la forza di gravità agisce sulla massa, modificando l'energia di battuta (±13%) e soprattutto l'ampiezza del rimbalzo Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 30 fattori che influenzano il risultato: il calcestruzzo Tipo di cemento scarsa influenza della finezza per cementi Portland (< 10%) cemento supersolfato: resistenza = 50% del valore stimato cemento alluminoso: resistenza = 200% del valore stimato Contenuto di cemento gli effetti sulla resistenza, lavorabilità e sul rapporto aggregato/cemento riducono il rapporto durezza/resistenza (solitamente errore < 10%) Aggregato grosso notevole influenza: a parità di resistenza un calcestruzzo calcareo può dare un risultato di 7 punti inferiore a quello di un calcestruzzo siliceo (6-7 N/mm²) attenzione agli aggregati leggeri (influenza anche del quantitativo di sabbia) attenzione ai calcestruzzi speciali (autocompattante, baritico, ecc) Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 31 esempi di influenza dell'aggregato Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 32 fattori che influenzano il risultato: la struttura Massa deve essere sufficiente ad evitare vibrazioni (che riducono la risposta) Compattazione in ogni caso la superficie deve essere liscia e compatta (la cattiva compattazione all’interno del getto non può essere identificata) Tipo di superficie le superfici lisciate a cazzuola sono solitamente più dure del restante materiale è rilevante anche l’effetto della permeabilità e della rugosità del cassero (un cassero che assorbe acqua aumenta la resistenza superficiale) evitare differenze di finitura superficiale tra il getto e i cubi di calibrazione Età, velocità di indurimento e tipo di maturazione la relazione durezza-resistenza varia nel tempo (trascurabile dopo i 3 mesi) attenzione a calcestruzzi molto vecchi (carbonatazione) Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 33 influenza della bassa stagionatura il calcestruzzo dovrebbe avere una resistenza di almeno 7 N/mm2 perché le letture sarebbero troppo basse per avere risultati corretti Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 34 fattori che influenzano il risultato: condizioni di esercizio Carbonatazione dipende dall’età del calcestruzzo e dall’ambiente (sovrastima fino al 50%) (4 mm in 6 mesi in ambiente urbano = scarsi effetti) la profondità di carbonatazione può essere rilevata con la fenolftaleina l’effetto può essere eliminato rimuovendo uno strato di calcestruzzo Condizioni di umidità rimbalzo minore per superfici umide (sottostima fino al 20%) attenzione alle condizioni di umidità all’interno Stato tensionale e temperatura Solitamente l’influenza è marginale rispetto agli altri fattori Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 35 influenza dell'umidità l'umidità ha un'influenza importante (calcestruzzo umido = minor rimbalzo) normalmente al momento della prova la superficie è asciutta mentre non è facile stabilire l'umidità all'interno della struttura l'umidità è uno dei fattori la cui influenza può essere ridotta mediante la combinazione di più metodi sclerometro + ultrasuoni (metodo sonreb) Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 36 Calibrazione mediante provini standard (cubetti) utile per il controllo in corso d'opera Dato il numero di fattori in gioco, la curva di calibrazione fornita dal costruttore dello strumento non fornisce risultati affidabili Andrebbe ricavata la curva propria dell’impasto esaminato, per il tipo di cassero impiegato, nelle condizioni di maturazione ed umidità del calcestruzzo in opera verificare il corretto funzionamento dello strumento (mediante l’incudine) si utilizzano cubi di almeno 150 mm di lato bloccati tra i piatti della pressa si applica un carico di confinamento di almeno 15% fc (7 N/mm² secondo BS) le condizioni del calcestruzzo in opera si possono riprodurre con una permanenza in ambiente di laboratorio per 24 ore (la resistenza non è però quella standard) (la resistenza del cubo umido è circa del 10% inferiore di quella del cubo asciutto) andrebbero provate almeno due facce orientate come le superfici provate in-situ (la direzione orizzontale è da preferire) dispersione dei risultati è elevata anche nelle prove di calibrazione in laboratorio (± 15%) e l’accuratezza difficilmente è migliore di ± 25% Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 37 verifica e calibrazione dello sclerometro incudine per la verifica del corretto funzionamento (indice rimbalzo = 80) effetto della pressione di confinamento sulle prove di calibrazione per diversi calcestruzzi Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo 38 esempi di curve di correlazione curva base della EN13791 (da traslare verticalmente) curve di letteratura http://www.omikk.bme.hu/collections/phd/Epitomernoki_Kar/2014/Szilagyi_Katalin/ertekezes.pdf Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo Il metodo SONREB (metodo combinato) 39 tentativo di valutare la resistenza del calcestruzzo in opera combinando i risultati di due prove diverse, che risentono in misura differente del disturbo indotto da altre variabili (umidità, carbonatazione, ecc) l'incertezza rimane elevata per es. utilizzando i risultati ottenuti su un edificio degli anni '30 Indice Rimbalzo = 38.6 e V=3.0km/s 40 EN 13791 una norma europea poco nota ma molto utile per la stima della resistenza a compressione del calcestruzzo • calcolo della resistenza caratteristica in opera mediante carotaggi • calibrazione delle tecniche ND (sclerometro, ultrasuoni, estrazione di inserti) applicazioni: strutture esistenti, controllo di accettazione non superato strategia operativa che ne discende: a) controllo diffuso con metodi ND (resistenza max, min, zone critiche) b) calibrazione dei metodi mediante carotaggi in punti significativi 41 Alternativa 2: "poche" carote (≥ 9), campo limitato di resistenze, correlazioni assegnate lower 10% fractile anche l'incertezza della curva di correlazione viene scontata in termini semiprobabilistici rebound hammer Ultrasonic Pulse Velocity pullout force lo sclerometro per metalli... 42 42 prove di durezza dinamica (metodo Leeb) dispositivo barra spianata e levigata correlazione con fy (dopo incendio) T = 500-1000°C sta inl es s QST 16 (L ee b nu m be r) 2 800°C m-alloyed ~ 0.2 QST 10 fy 1- (LeebT/ Leeb20)2 0.4 carbon 0.0 stainless 0.0 0.2 0.4 0.6 1- f T / f 20 y y § indice Leeb = rapporto velocità V2 / V1 x 1000 § strumento compatto e di facile uso (senza vincoli esterni per l'indentazione) § è necessaria una superficie piana e liscia (disco lamellare + tela smeriglio) § il campione deve essere massivo (≥ 5kg) o vincolato saldamente § utile per indagini comparative preparazione della superficie ed effetto del vincolo della barra 43 smerigliatrice + disco lamellare mini-trapano + tela smeriglio § correlazione lineare tra picco di accelerazione dello strumento e errore di misura § l'effetto del vincolo non supera il 10% sulla misura (20% sulla fy) Felicetti - Assessment of fire damage in concrete structures Norme Tecniche per le Costruzioni paragrafo 9.2 - Prove di carico Lo scopo è di verificare la corrispondenza tra la risposta teorica della struttura e il reale comportamento sotto carico Gli elementi devono aver raggiunto la resistenza richiesta per il loro normale esercizio Le prove riguardano il comportamento della struttura sotto i carichi di esercizio che sono rappresentati dai valori caratteristici dei carichi (combinazione rara) In relazione al tipo della struttura ed alla natura dei carichi le prove possono essere convenientemente protratte nel tempo, ovvero ripetute su più cicli L’esito della prova va valutato sulla base dei seguenti elementi: la proporzionalità tra carichi e deformazioni l'assenza di fratture, fessurazioni, deformazioni o dissesti che compromettano la sicurezza o la conservazione dell’opera la deformazione residua non superi una ragionevole quota parte di quella totale o comunuqe la struttura tenda ad un comportamento elastico. la deformazione elastica risulti non maggiore di quella calcolata. Le prove di laboratorio e il collaudo un interessante documento che estende notevolmente le indicazioni fornite dalle NTC 1. Introduction 2. Notation and terminology 3. History of load test, load factors, and acceptance criteria 4. Load factors 5. Load test protocol 6. Acceptance criteria 7. Summary 8. References App. A Determination of equivalent patch load App. B History of load test, load factors, and acceptance criteria Le prove di laboratorio e il collaudo in accordo con le normative recenti, il carico permanente è suddiviso in Dw = carico permanente strutturale (self weight, G1 nelle NTC) Ds = carico permanente non strutturale (superimposed, G2 nelle NTC) la quota del carico di progetto da applicare nelle prove di carico varia nei diversi paesi ed è evoluta nel tempo (dalle tensioni ammissibili al metodo degli stati limite) Le prove di laboratorio e il collaudo il documento ACI 437.1R-5 considera la condizione dello stato limite di esercizio (Dw + Ds + L) come caso significativo da includere tra i passi di carico suggerisce carichi massimi di prova più elevati per carichi generici ed elementi che ci si attende abbiano una rottura duttile (flessione con armatura debole) carico di prova = 1.2(Dw + Ds) carico di prova = 1.0Dw + 1.1Ds + 1.4L + 0.4(Lr or S or R) carico di prova = 1.0Dw + 1.1Ds + 1.4(Lr or S or R) + 0.9L Ds = carico permanente non strutturale; Dw = carico permanente strutturale; L = carico utile, o azioni conseguenti; Lr = carico sulla copertura, o azioni conseguenti; R = carico della pioggia, o azioni conseguenti; S = carico della neve, o azioni conseguenti valori leggermente più elevati nel caso di carichi applicati su porzioni limitate Le prove di laboratorio e il collaudo prove di carico con attuatori idraulici 230 carico flessimetro 210 4100 mm Le prove di laboratorio e il collaudo misure di spostamento - potenziometri lineari il principio di funzionamento è quello del partitore di tensione un cursore scorre su una resistenza e legge un potenziale intermedio tra quello dei due poli di alimentazione forniscono un segnale elevato, che non richiede condizionatori di segnale (può essere letto direttamente con una comune scheda di conversione A/D) soluzione vantaggiosa per corse lunghe (≥10mm) e spostamenti > 0.01mm adatto per la misura degli abbassamenti degli elementi inflessi ma in genere non per le misure di deformazione (rumore ~2mV/10V) Le prove di laboratorio e il collaudo dettagli del montaggio delle aste di sostegno dei flessimetri trasduttori potenziometrici - fondo scala = 25mm (disponibili anche corse inferiori) flessione massima misurata = 1.25 mm (solo il 5% del fondo scala) rumore elettrico @ 2mV / 10V = 5mm = 0.4% del valore massimo misurato errore di linearità = 0.2% f.s. = 50mm = 4% del valore misurato ma per piccole escursioni in genere l'errore locale è ben inferiore Le prove di laboratorio e il collaudo risposta al carico distribuito (5 attuatori attivi) Carico (kN) 30 0.0 1 2 3 4 5 Spostamento (mm) 5 20 10 0 10 0.5 15 20 25 1.0 30 kN 1.5 0.0 0.4 0.8 Spostamento (mm) 1.2 1 2 3 Posizione 4 5 Le prove di laboratorio e il collaudo risposta al carico concentrato (solo attuatore #3 attivo) Carico (kN) 30 0.0 4 3 5 Spostamento (mm) 1 5 2 20 10 10 0.1 15 20 0.2 25 30 kN 0.3 0 0.0 0.1 0.2 Spostamento (mm) 0.3 Le prove di laboratorio e il collaudo 1 2 3 Posizione 4 5 modello analitico della struttura: trave su suolo elastico (teoria di Winkler) la trave è rappesentata dal parapetto e dalla trave di bordo 0.0 il suolo elastico è rappresentato dalle mensole Spostamento (mm) Si trascura il comportamento a piastra P EIt k 0.1 10 kN 0.2 20 kN P = 30 kN 0.3 sperimentale teorico d 1 2 3 Posizione 4 5 k = 1 / (3.50m · dtotale) @ 10 kN/m / mm E = 30000 N/mm2 It @ 0.07 m4 a = (k / 4EIt)0.25 = 0.186 m-1 d = 8.75m l = 2p / a = 33.7 m Le prove di laboratorio e il collaudo f1 f2 P k f1 + f2 P dfless P = carico impresso da un martinetto (interasse = 3.50m) freccia sperimentale contributo della parte non caricata più deformabile di quanto atteso? Le prove di laboratorio e il collaudo prova di carico con serbatoi flessibili Le prove di laboratorio e il collaudo serbatoio flessimetri Le prove di laboratorio e il collaudo Carico e temperatura nel tempo Settembre: temperatura ambiente T @ 24°C l'acqua nei serbatoi è significativamente più fredda l'estradosso tende a contrarsi ! 30 intradosso Temperatura (°C) Volume (m3) 16 12 8 serbatoio 2 20 estradosso 10 max serbatoio 1 4 media (misure in 3 punti) min 0 0 0 2 3 Tempo (h) 1 4 5 0 1 2 3 tempo (ore) 4 5 Le prove di laboratorio e il collaudo deformazione lungo il cerchio di mezzeria: comportamento a piastra non trascurabile (il che rende difficile l'interpretazione dei risultati) 0.0 area caricata A2 C2 200 Spostamento (mm) Carico (kN) 300 D2 B2 100 78 1.0 157 196 2.0 235 275 314 kN circonferenza 2 0 0.0 D 3.0 1.0 2.0 Spostamento (mm) 3.0 Le prove di laboratorio e il collaudo 15 16 C B 17 18 19 Numero colonna A 20 sezione radiale: influenza dei semi-incastri alle estremità C4 area 0.0 caricata 78 C1 200 C3 100 1.0 157 196 235 2.0 sezione radiale C 0 275 314 kN colonna esterna n.17 Spostamento (mm) C2 setto interno Carico (kN) 300 3.0 0.0 1.0 2.0 Spostamento (mm) 3.0 0 Le prove di laboratorio e il collaudo interpretazione con un modello di trave elastica 4.0 m k1 k2 qprova EIs L = 14.85 m 1kN k1 k2 C3 C1 C2 0.012mm 0.11mm 0.020mm 1.40m 1.25 strato di pendenza getto integrativo pavimentazione 0.58m predalles pannello alveolare 1.20 1.92m Le prove di laboratorio e il collaudo 4 8 12 Coordinata (m) 16 il modello monodimensionale di trave trascura il comportmento a piastra ed è accettabile solo per una distesa di carico (lungo i cerchi) di larghezza superiore alla luce dei pannelli alveolari (lungo i raggi) i risultati che si sarebbero ottenuti con tale carico possono essere stimati applicando il teorema di reciprocità di Betti: lo spostamento in A2 sotto effetto di un carico centrato in C2 è lo stesso che si avrebbe in C2 con un carico in A2 inoltre, la simmetria della struttura permette di ripetere il ragionamento nel campo speculare rispetto al raggio C (quindi lo spostamento in A2 viene considerato 2 volte) misura in C2 : 2.41mm / 314kN = 7.7x10-3 mm/kN + 2 x misura in A2 : 2 x 1.0x10-3 mm/kN nel caso in esame il carico di prova si estende su un arco di 30° (=12 m) (7.7 + 2.0) x 10-3 mm/kN / 12 m = 0.116 mm/(kN/m) molto simile al risultato del modello di trave Le prove di laboratorio e il collaudo effetto della curvatura termica k1 k2 DT/ h + pavimentazione 4.0 m 4h 2h ordinata (m) getto integrativo 0.40 gradiente termico medio 0.20 intradosso predalles 0.00 -8 -4 0 variazione termica (°C) la curvatura termica è dettata dalla cinematica delle sezioni piane, che governa la deformazione totale del materiale (ipotesi di Bernoulli-Navier) Lo scostamento dall'andamento lineare del profilo delle dilatazioni termiche corrisponde a delle tensioni autoequilibrate, che non modificano la curvatura Le prove di laboratorio e il collaudo diagrammi carico spostamento dopo la correzione gradiente termico DT/h (°C/m) 12 Carico (kN) 300 f. depurata (7.7x10-3 mm/kN) secante freccia termica 8 200 freccia totale medio 4 100 freccia in C2 0 0 1 2 3 tempo (ore) 4 5 0 0.0 1.0 2.0 Spostamento (mm) 3.0 una misura della freccia residua il giorno successivo alla prova consente la rimozione dell'effetto termico senza passare per un modello strutturale e le sue incertezze Le prove di laboratorio e il collaudo analisi numerica con elementi piastra permette di considerare anche la ridistribuzione lungo i cerchi 0.0 Spostamento (mm) area caricata 1.0 sperimetale numerico nume nu meri me rico ri co 2 2.0 Ptot = 314 kN D C B A 3.0 15 carico q = 6.5kN/m2 + gradiente 2.3°C/m semi-incastro lungo i bordi circolari simmetria rispetto al raggio mediano tra i due serbatoi 16 17 18 19 20 Numero colonna data l'anisotropia del solaio, non è facile cogliere il comportamento a piastra Le prove di laboratorio e il collaudo 21 ...ritornando al documento ACI due possibili durate del carico 24 ore sotto il carico massimo più affidabile e realistico non sempre praticabile, per ragioni tecniche ed economiche carico di breve durata e verifica della stabilità sotto carico massimo meno affidabile è richiesta una maggior cura nell'osservazione della risposta sperimentale (deviazione dalla linearità, ripetibilità e permanenza) due possibili procedure di carico monotonica più facile da gestire se si usano zavorre per applicare il carico ciclica (ma quasi statica) possibile quando i carichi vengono applicati mediante attuatori idraulici Le prove di laboratorio e il collaudo criterio di accettazione per prove con durata del carico = 24h massima deformazione residua curvatura max = D deform.max / altezza L2/h is related to the max deflection criterio di accettazione per prove con carico ciclico ripetibilità della parte elastica della deformazione 95% - 105% è accettabile deform. residua / totale al secondo ciclo deve essere inferiore al 10% Le prove di laboratorio e il collaudo deviazione dalla linearità = 100% - linearità deve essere ≤ 25% A - 5 passi di carico, con incrementi non superiori al 10% del carico totale di prova. Il carico viene incrementato gradualmente tipicamente fino al carico di esercizio ma senza eccedere il 50% del carico totale di prova B - ripetizione del ciclo A che consente una verifica della ripetibilità C&D - due cicli identici ad un carico intermedio tra A-B e il carico totale di prova E&F - due cicli identici fino al carico max di prova Scarico per verificare il residuo, almeno 2 min dopo la rimozione del carico Le prove di laboratorio e il collaudo un esempio applicativo colonna rampe di accesso dello stadio di S.Siro Le prove di laboratorio e il collaudo posizione dei punti di misura carico di esercizio = 4kN/m2 carico di prova = 150% del carico di esercizio Le prove di laboratorio e il collaudo Le prove di laboratorio e il collaudo posizionamento dei puntelli con attuatori idraulici uno degli attuatori è munito di cella di carico Le prove di laboratorio e il collaudo puntelli di contrasto puntelli di contrasto puntelli di carico aste di misura Le prove di laboratorio e il collaudo Le prove di laboratorio e il collaudo Le prove di laboratorio e il collaudo deflection of the cantilever B4 B6 Le prove di laboratorio e il collaudo carico sulla sola mensola Le prove di laboratorio e il collaudo Le prove di laboratorio e il collaudo 78 considerazioni conclusive in alcuni casi le prove di laboratorio sui materiali da costruzione non si limitano al rilascio di un certificato da parte del produttore o di un laboratorio ma richiedono la piena comprensione della rappresentatività della prova dei fattori che la condizionano e della correlazione con altre proprietà le prove diagnostiche sono un utile strumento per la valutazione dell'omogeneità dei materiali o l'identificazione di difetti ma l'impiego in termini quantitativi richiede specifiche calibrazioni l'interpretazione delle prove di carico richiede un'attenta lettura dei meccanismi strutturali secondari, non considerati nel calcolo strutturale I carichi di prova indicati dalle NTC spesso non sono sufficienti per fornire indicazioni sul comportamento ultimo della struttura Le prove di laboratorio e il collaudo http://www.lpm.polimi.it 79 Le prove di laboratorio e il collaudo una nuova iniziativa nel campo della diagnostica strutturale PoliNDT : Laboratorio per la Diagnostica e il Monitoraggio Strutturale Dipartimenti coinvolti Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica - durabilità Elettronica, Informazione e Bioingegneria - sensori e monitoraggio Ingegneria Civile e Ambientale - strutture civili Meccanica - strutture meccaniche e impianti Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa 80