Prelievo di campioni di calcestruzzo e prelievo di campioni d’acciaio

Nel seguente articolo tratteremo del prelievo barra armatura e prelievo calcestruzzo. Effettuare il prelievo di campioni di barre al fine di determinare la resistenza del calcestruzzo. Estrazione barra d’armatura per la tua struttura. Prelievo campioni d’acciaio. Carotaggio e prelievo barre d’armatura

Perché si eseguono prelievi di campioni di calcestruzzo e di acciaio?

Nelle strutture in calcestruzzo armato, sia esistenti che di nuova costruzione, la conoscenza delle resistenze del calcestruzzo e dell’acciaio sono indispensabili per poter progettare qualsiasi tipo di intervento strutturale.

All’interno del §8 delle vigenti Norme tecniche per le costruzioni, viene specificato che qualsiasi intervento sull’esistente deve prevedere una caratterizzazione meccanica dei materiali.

Per le strutture in calcestruzzo armato le caratteristiche meccaniche da indagare sono:

Resistenza del calcestruzzo e, ove significativo, il modulo elastico E.
Tensione di snervamento, resistenza a rottura e allungamento dell’acciaio.

In questo contesto è fondamentale eseguire prelievi di campioni in sito sia per la determinazione diretta dei parametri già citati ma anche per tarare i risultati ottenuti da prove non distruttive. (PCQ LAB e la diagnotica). Il prelievo di barre d’armatura è anche finalizzato all’ identificazione della classe dell’acciaio. La quale è utilizzata con riferimento alla normativa vigente all’epoca della costruzione.

calcolo resistenza calcestruzzo

Anche per le nuove costruzioni può rendersi necessario valutare la resistenza del calcestruzzo in sito.

Le circostanze sono definite nella Circolare 21 gennaio 2019, n. 7 C.S.LL.PP. “Istruzioni per l’applicazione dell’Aggiornamento delle Norme tecniche per le costruzioni”, cioè quando:

Le resistenze a compressione dei provini prelevati durante il getto non soddisfino i criteri di accettazione della resistenza caratteristica prevista nel progetto.
Sorgano dubbi sulle modalità di confezionamento, conservazione, maturazione e prova dei provini di calcestruzzo.
Sorgano dubbi sulle modalità di posa in opera, compattazione e maturazione del calcestruzzo.
Si renda necessario valutare a posteriori le proprietà di un calcestruzzo precedentemente messo in opera.

Inoltre l’aggiornamento delle NTC del 2018 ha introdotto la necessità di eseguire le prove a compressione su cubetti (in conformità con le norme UNI EN 12390-3:2009), tra il 28° e il 30° giorno di maturazione e comunque entro 45 giorni dalla data di prelievo. In caso di mancato rispetto di tali termini le prove di compressione vanno integrate da quelle riferite al controllo della resistenza del calcestruzzo in opera.

Invasività del prelievo di carote in calcestruzzo e del prelievo di barre d’armatura

Carotaggio e prelievo barre d’armatura

Il carotaggio ed il prelievo di campioni di acciaio sono prove distruttive e creano danni irreversibili al materiale. Numerosi studi hanno dimostrato infatti come, negli elementi in calcestruzzo sottoposti a carotaggio, le tensioni migrano attorno al perimetro del foro ed anche a seguito di ripristino non ritornano alla configurazione iniziale.

Anche per quanto riguarda l’estrazione di barre, gli effetti sull’elemento strutturale non sono trascurabili in quanto viene interrotta la continuità della barra e si creano concentrazioni di sforzi nei cordoni di saldatura con cui verranno solidarizzate le nuove barre a quelle esistenti.

La posizione dei prelievi risulta pertanto estremamente delicata in quanto il vantaggio di avere valori diretti di resistenza a compressione in sito non deve essere vanificato da eccessivi danni che si possono arrecare alla struttura.

È necessario sfruttare al meglio il prelievo di campioni utilizzando i dati ottenuti per creare correlazioni con prove non distruttive, e riducendo così al minimo l’invasività sulla costruzione.

Il piano d’indagini deve quindi prevedere dei prelievi di carote e l’estrazione di barre d’acciaio nelle zone meno sollecitate.

Procedura per l’esecuzione del carotaggio

Carotaggio e prelievo barre d’armatura

La norma che definisce la metodologia per il prelievo di campioni di calcestruzzo indurito è la UNI EN 12504-1:2019. Per l’estrazione si utilizzano carotatrici (aventi corone diamantate periodicamente affilate) con potenze che vanno dai 2000 ai 6000 W ed altre attrezzature per definire il peso e le dimensioni dei campioni sottoposti a prova, come bilance (errore massimo pari allo 0,1% della massa), calibri (con errore massimo ammissibile dell’1%), livelle e squadre.

Preliminarmente alle operazioni di prelievo è necessario effettuare un’accurata indagine pacometrica in modo da mappare tutte le armature ed evitare di tagliare una barra durante le operazioni di carotaggio. Infatti se la barra viene tagliata questa andrà ripristinata ed oltre alla ridotta significatività della carota prelevata, si possono anche avere problemi durante l’estrazione (se la barra di armatura è parallela alla carota).

Una volta identificata la zona di carotaggio va definito il rapporto tra lunghezza e diametro del campione (da imporre pari a 2 se il risultato della prova a compressione verrà confrontata con una resistenza cilindrica o pari a 1 se il risultato andrà confrontato con una resistenza cubica).

Sempre preliminarmente alle operazioni di prelievo di campioni di calcestruzzo va tenuta in considerazione l’incidenza della dimensione dell’aggregato e del diametro della carota sulla resistenza a compressione.

Le attività si articolano poi secondo le seguenti fasi:

Ancoraggio rigido della carotatrice perpendicolarmente alla superficie dell’elemento.
Montaggio del sistema di raccolta delle acque di carotaggio.
Collegamento con la pompa per la fornitura d’acqua alla macchina (necessaria per eseguire un taglio in presenza d’acqua.

Avanzamento della carotatrice avendo cura di mantenere i giri del motore costanti.

Estrazione delle carote e Ripristino del foro mediante malta fibrorinforzata premiscelata, tixotropica, leggermente espansiva.

estrazione carote

Una volta estratte, le carote vanno esaminate accuratamente (rilevando eventuali anomalie e stimando i vuoti facendo riferimento a documentazione normalizzata oppure attraverso confronti con calcestruzzi di caratteristiche simili) per poi essere preparate alla prova di compressione mediante spianatura o cappatura.

Immediatamente dopo aver concluso le operazioni di estrazione della carota occorre asciugarla, marcarla e identificarla (registrando anche la posizione di barre tagliate durante la perforazione). È anche necessario proteggerle dall’essiccazione all’aria (condizioni ottimali sono la vasca o la camera di maturazione). Prima della prova di compressione i campioni devono essere tenuti per almeno 24 ore all’aria.

Le carote vengono sottoposte a prova di compressione utilizzando le procedure normalizzate riportate nella UNI EN 12390-3. Nella preparazione del provino occorrerà verificare che il rapporto tra lunghezza cappata/spianata ed il diametro sia compreso nell’intervallo 1,95-2,05 per carote classificate con rapporti 2:1, e che sia compreso tra 0,9-1,10 per carote classificate con rapporti 1:1.

Come si procede per l’estrazione di una barra d’armatura?

Carotaggio e prelievo barre d’armatura

Estrazione barra armatura

Anche per il prelievo di barre d’armatura (estrazione barra armatura) occorre individuare, mediante pacometro, la posizione del campione. Successivamente si procede:

Asportando localmente il copriferro in corrispondenza della barra individuata, mediante un demolitore, con messa a nudo ed isolamento laterale della barra di armatura per una lunghezza di almeno 80 cm. Occorre fare sempre attenzione a non urtare la barra da estrarre con la punta del demolitore.
Tagliando uno spezzone di armatura lungo 50÷60 cm con smerigliatrice angolare per prelevare il campione d’armatura.
Identificazione della barra indicando sigla, posizione, tipo, diametro.
Saldando in opera una seconda barra affiancata a quella oggetto del prelievo, di uguale diametro e di lunghezza di almeno 80 cm; Laddove possibile si può anche prevedere la saldatura di due barre in sostituzione di quella prelevata. I cordoni di saldatura saranno continui alle 2 estremità della zona di sovrapposizione tra barra oggetto del prelievo e la nuova barra.
Ripristinando il copriferro demolito mediante malta fibrorinforzata premiscelata, tixotropica, leggermente espansiva.
Preparazione del campione per l’esecuzione della prova di trazione.

Quando la posizione delle barre lo permette si può anche procedere effettuando prima la saldatura e poi l’estrazione della barra, facendo tuttavia attenzione a non intaccare i nuovi cordoni di saldatura. Usualmente si cerca di evitare l’apertura o il taglio delle staffe, ma qualora tali operazioni si rendano necessarie per l’estrazione della barra, allora occorrerà prevedere la richiusura della staffa o il ripristino di quelle tagliate.

Che risultati fornisce un prelievo di campioni di calcestruzzo?

Al termine del carotaggio e dell’esecuzione della prova a compressione (svolta secondo la UNI EN 12390-3:2009) si otterrà la resistenza a compressione del provino.

Tale valore verrà espresso al più prossimo 0,1 Mpa. Occorre precisare come tale valore risulta specifico dell’elemento su cui è stata effettuata l’operazione di prelievo e per ottenere una valutazione della resistenza a compressione in sito ci si dovrà basare su almeno 3 carote (così come riportato nella UNI EN 13791).

La stima, e quindi il giudizio, della qualità del calcestruzzo in opera, formulata sulla scorta della resistenza determinata su carote prelevate, deve fare ricorso anche a fattori correttivi.

Questi fattori prendono in considerazioni l’effetto del disturbo causato dalle operazioni di prelievo: detensionamento del campione, deterioramento del legame all’interfaccia legante-aggregato dovuto alle azioni meccaniche di prelievo, annullamento del confinamento degli aggregati e del provino nel suo insieme.

Per la stima della resistenza caratteristica in sito di una struttura o di parte di essa (R_ck,is o f_ck,is), si fa riferimento al procedimento contenuto nella norma EN 13791, la quale, in funzione della effettiva numerosità dei campioni prelevati, considera: un approccio statistico, se la numerosità dei campioni è superiore a 15, ed un approccio forfettario, se la numerosità dei campioni è inferiore a 15.

Pertanto la resistenza caratteristica strutturale in situ si determina utilizzando le formule riportate di seguito:

a) Per un numero di carote prelevate maggiore o eguale a 15

la resistenza cilindrica (l/d=2) o cubica (l/d=1) caratteristica in sito f_ck,is (R_ck.is) è il valore inferiore tra:

Formule

f_ck,is = f_m(n),is – 1.48 * s

f_ck,is = f_{is, lowest} + 4

dove:

n = numero di campioni prelevati.

f_m(n),is = valore medio della resistenza a compressione degli n campioni.

f_{is, lowest} = valore minore fra le resistenze degli n campioni.

s = scarto quadratico medio.

b) Per un numero di carote compreso tra 4 e 14.

la resistenza cilindrica (cubica) caratteristica in sito f_ck,is (R_ck.is) è il valore inferiore tra:

f_ck,is = f_m(n),is – k

f_ck,is = f_{is, lowest} + 4

dove:

k = 5 per n (numerosità dei campioni prelevati) compreso tra 10 e 14.

k = 6 per n compreso tra 7 e 9.

ed infine k = 7 per n compreso tra 4 e 6 (caso da prendere in considerazione solo per opere di particolare semplicità).

Nel caso di costruzioni esistenti, non si farà riferimento ai valori f_ck ed R_ck, bensì si calcoleranno i valori medi cilindrici f_m(n)is o cubici R_m(n)is, ai quali andranno applicati i “fattori di confidenza” che ridurranno preliminarmente, in base al livello di conoscenza conseguito nelle indagini conoscitive, i valori medi di resistenza dei materiali della struttura esistente.

Che risultati fornisce l’estrazione di una barra d’armatura?

i risultati portati dall’ Estrazione barra armatura, detta anche Prelievo campioni d’acciaio

Una volta che la barra viene prelevata occorre predisporre il campione per l’esecuzione della prova di trazione il cui scopo è ottenere:

Tensione di snervamento.
Resistenza a rottura.
Allungamento percentuale a rottura.

Salvo casi particolari e specifici, la prova viene effettuata seguendo le indicazioni riportate nella norma UNI EN ISO 6892-1 “Materiali metallici – prova di trazione – Parte 1: Metodo di prova a temperatura ambiente” che specifica le geometrie del provino da utilizzare e la strumentazione di misura da utilizzare durante la prova.

Nei risultati la tensione di snervamento viene indicata con i termini R_p, R_eh, R_el, dove:

R_p è la tensione misurata per una certa percentuale di l’allungamento plastico.
R_eh è la massima tensione misurata che precede il primo decremento di forza.
Ed infine R_el è la tensione minima misurata durante lo snervamento, trascurando qualsiasi effetto transitorio iniziale.

La resistenza a rottura viene indicata nei risultati col termine R_m che identifica la tensione misurata al massimo livello di forza raggiunto durante la prova.

Infine l’allungamento percentuale a rottura viene indicato nei risultati con i termini A_gt, A_g,A_t dove:

A_gt è la deformazione totale (elastica + plastica) in percentuale misurata al massimo livello si forza.
A_g è la deformazione plastica in percentuale misurata al massimo livello si forza.
Ed infine A_t è la deformazione totale (elastica + plastica) misurata alla rottura del provino.