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Cosa è il Metodo SonReb: Sonic-Rebound

Il metodo SonReb nasce dalla necessità di stimare la resistenza a compressione del calcestruzzo in sito riducendo al minimo le indagini distruttive . Per fare questo vengono combinati i risultati di due prove non distruttive: l’indice di rimbalzo della prova sclerometrica (REBound) e la velocità delle onde ultrasoniche (SONic) ottenuta con prova ultrasonica.

La combinazione dei risultati di prove sclerometriche e prove ultrasoniche per conoscere la resistenza del calcestruzzo in opera

La conoscenza della resistenza a compressione in sito è necessaria in diverse situazioni durante la vita utile dell’opera, per:

  • L’accettazione del calcestruzzo in opera, a carico del Direttore dei Lavori. In caso di non conformità di controlli di accettazione (rif. § 2.5 e 11.2.6 NTC 2018) o provati errori in fase di esecuzione.
  • Dichiarare collaudabile una struttura in calcestruzzo armato.
  • Individuare la resistenza di calcolo da inserire nelle verifiche di sicurezza. Valutazioni di vulnerabilità sismica di costruzioni esistenti (rif. §8.5.3 NTC 2018 – Caratterizzazione meccanica dei materiali), di classificazione sismica, o edifici colpiti dal sisma del 2016.
  • Individuare il valore di resistenza residua a seguito di aggressioni di tipo chimico (attacco solfatico, reazioni alcali aggregati, etc.). Fisico (sisma, vento, neve, temperatura, incendi, fatica, etc.), distorsioni significative imposte da deformazioni del terreno di fondazione.
  • Poter individuare il degrado e decadimento delle caratteristiche meccaniche dei materiali (in relazione alla durabilità dei materiali stessi).
  • Interventi per il cambio della destinazione d’uso o sopraelevazioni della costruzione o di parti di essa.

Perché combinare la prova sclerometrica e l’indagine ultrasonica?

L’indice di rimbalzo (proveniente dalla prova sclerometrica) permette di valutare la durezza superficiale del calcestruzzo (anche dopo breve periodo di maturazione). Il risultato riguarda la superficie corticale del calcestruzzo.

La velocità di propagazione degli ultrasuoni all’interno del getto di calcestruzzo, invece, operando per trasparenza (con sonda trasmittente e ricevente su due facce parallele) richiede generalmente l’accessibilità di due superfici opposte. Ma permette di fornire indicazioni sull’omogenietà del getto, sui propri difetti interni, ecc.

L’accoppiamento delle due prove permette di stimare un valore affidabile di resistenza a compressione del calcestruzzo in sito.

Come si esegue una Prova sclerometrica e gli strumenti utilizzati

La prova sclerometrica si basa sul metodo dell’indice di rimbalzo (Rebound number). Utilizza lo sclerometro per misurare l’energia elastica assorbita dal calcestruzzo a seguito di un impatto. (Massa scagliata da una molla che colpisce un pistone a contatto con la superficie della struttura) e l’incudine di taratura (per verificarne il corretto funzionamento).

In questa prova, la teoria del funzionamento è rappresentata dall’energia assorbita dal calcestruzzo, la quale viene correlata alla rigidezza ed alla resistenza meccanica, mediante relazioni empiriche.

L’utilizzo dello sclerometro deve essere sempre conforme alle indicazioni fornite da fabbricante. Considerando anche che la metodologia di prova è sensibile alle condizioni locali (presenza di aggregati di grande diametro o armature).

Per mitigare gli effetti di alterazione delle misure, è pertanto opportuno che nell’intorno d’ogni punto di prova siano eseguite più battute, adeguatamente distanziate fra di loro. (Motivo per il quale, a corredo degli strumenti, molti fabbricanti, includo delle griglie graduate e bucherellate, al fine di tracciare, sull’elemento disintonacato, la giusta posizione delle battute).

Fasi della Prova Sclerometrica

1- Individuazione di una zona di misura

  • La zona di misura individuata dovrà avere le seguenti caratteristiche:
    1. Superficie non ricoperta da intonaco, o da vernice, ecc.
    2. Assenza di ferri di armature in prossimità della superficie (da controllare mediante pacometro).
    3. Superficie priva di evidenti vespai, forti porosità o rilevanti irregolarità superficiali ecc.
    4. Superficie possibilmente asciutta.
    5. Spessore dell’elemento pari almeno a 100 mm.

2 -Pulizia e lisciatura della superficie

Pulizia e lisciatura della superficie con pietra abrasiva. (Pietra al carburo di silicio con tessitura granulare media o materiale equivalente, anch’essa spesso a corredo della strumentazione). Oppure utilizzando, se necessario, uno smerigliatore per asportare lo strato superficiale di calcestruzzo degradato o irregolare.

3 -Esecuzione di almento 9 battute

Esecuzione di almeno 9 battute sclerometriche. (Area di prova circa 300 mm x 300 mm e distanza tra i punti di almeno 25 mm e lontani 25 mm dal bordo dell’elemento). All’interno della zona di misura, secondo una griglia preliminarmente definita, mantenendo lo sclerometro perpendicolare alla superficie di misura.

sclerometro
ispettore metodo sonreb

4 -Calcolo della mediana dei valori

Calcolo della mediana dei valori degli indici di rimbalzo (l’indice va espresso in numero intero). Tenendo conto dell’angolo di inclinazione dello strumento rispetto all’orizzontale e verificare l’accettabilità del risultato in base al seguente criterio: se oltre il 20% di tutte le misure si discosta dalla mediana per più del 30% l’intera serie di dati deve essere scartata e le prove vanno ripetute in una nuova zona adiacente.

Lo sclerometro utilizzato va verificato prima e dopo ogni giornata di lavoro o sequenze di prove, utilizzando l’apposita incudine di riferimento. Questa è fornita dal fabbricante avente durezza minima 52 HRC (Durezza Rockwell effettuata con cono di diamante e carico complessivo di 1471 N). Massa di 16±1 kg e diametro di circa 150 mm a cui corrisponde il valore standard dell’indice di rimbalzo N0 (fornito dal fabbricatore); eseguendo una serie di battute (5 impatti e poi altri 5 per i quali vengono misurati gli indici di rimbalzo) con lo sclerometro in posizione verticale. Secondo quanto indicato nella norma UNI EN 12504-2 si ottiene il corrispondente valore di taratura Nt (misurato degli ultimi 5 impatti) che non deve superare il valore di N0 ± 3.

Come si esegue una prova Ultrasonica

La velocità delle onde ultrasoniche (SONic) nel calcestruzzo è il rapporto tra la distanza fra trasmettitore (trasduttore emittente) e ricevitore (trasduttore ricevente) ed il tempo impiegato a percorrerla.

La prova (qui trattiamo solo quella del calcestruzzo ma essa può essere condotta anche su altri tipi di materiali) consiste nello studio della propagazione di onde elastiche longitudinali all’interno del calcestruzzo.

Nella conduzione della prova, si deve tener presente, che le onde elastiche subiscono, all’interno dell’elemento esaminato, rifrazioni e riflessioni. Quest’ultime sono dovute alla presenza degli aggregati, di fessure, di vuoti, ecc. Ciò comporta un’attenuazione del segnale per effetto dell’assorbimento d’energia, motivo per il quale, con queta metodologia, è possibile indagare anche su eventuali discontinuità e difetti.

La prova si articola secondo le seguenti fasi:

  • Individuazione di una zona di misura idonea, si dovrà evitare la presenza di armature, quindi preliminarmente è fortemente consigliata un’indagine pacometrica).
  • Pulizia della superficie ed eventuale lisciatura e posizionamento dei punti di misura.
  • Pisura della distanza tra i punti estremi di ciascun percorso di misura (la distanza che in sostanza intercorre tra le due sonde).
  • Curare l’allineamento delle sonde (trasmittente e ricevente) nelle letture per trasparenza perché modifica la reale lunghezza del percorso dell’onda con conseguente riduzione della velocità apparente e porre particolare cura nel controllare che, nelle aree di contatto, non ci siano granuli sciolti.
  • Esecuzione delle misure nella zona individuata tramite sonde puntiformi o sonde a superficie piana previo accurato accoppiamento tra sonda e calcestruzzo. (Motivo per il quale si interpone tra superficie di calcestruzzo e sonda del grasso). In caso di misure dirette, in ogni area di misura si effettuano almeno 3 misure su percorsi diversi. Qualora le misure siano del tipo indirette, sono raccomandabili almeno 10 misure su percorsi opportunamente individuati.

Strumentazione utilizzata per l'Indagine Ultrasonica

L’indagine ultrasonica viene effettuata mediante un trasduttore elettroacustico che produce un treno d’onde convertito in segnale elettrico mediante il secondo trasduttore.

Dei circuiti di temporizzazione consentono di misurare il tempo di transito degli impulsi. L’apparrecchiatura di prova è così composta:

  • Generatore di impulsi (impulso di eccitazione con tempo di salita minore di ¼ del suo periodo naturale).
  • Coppia di trasduttori.
  • Un amplificatore e un dispositivo per la misurazione dell’intervallo di tempo (Misurare tempi di transito fino ad uno scostamento limite del ± 0,1µs e accuratezza del 2%).

La taratura della strumentazione consiste nella misura del tempo TT (in µs) impiegato dalle onde elastiche a percorrere, secondo la sua altezza, il cilindro o il prisma metallico di taratura fornito a corredo dello strumento.

Il tempo di percorrenza T0, predeterminato dal fabbricante, costituisce il riferimento di taratura. Se il valore di TT differisce per più di 3 unità dal valore di T0 lo strumento viene ricalibrato seguendo le istruzioni del fabbricante.

Per le più comuni applicazioni vanno utilizzate frequenze comprese tra i 40 kHZ ed i 60 kHz. (In generale tra i 20kHz e 150 kHz e si preferiscono alte frequenze per percorsi di lunghezze brevi e basse frequenze per percorsi di lunghezze maggiore.) Inoltre vanno utilizzate frequenze più basse di 40 kHz per indagare spessori elevati.

Risultati di prove sclerometriche ed ultrasoniche, come combinarle per ottenere la resistenza del calcestruzzo in opera

Al termine della prova sclerometrica viene fornito l’indice di rimbalzo (N) cioè una misura adimensionale. Tale misura è in termini percentuale. In linea teorica espressione dell’altezza di rimbalzo rispetto alla distanza percorsa della massa in movimento tra l’istante in cui è rilasciata e quando colpisce la superficie del calcestruzzo.

Ai singoli valori vanno applicate alcune correzioni:

  • Correzione degli indici di rimbalzo per tener conto della taratura dello strumento: gli indici di rimbalzo verranno moltiplicati per il coefficiente N0/ Nt.
  • La correzione degli indici di rimbalzo rilevati in funzione dell’angolo d’azione dello strumento, utilizzando le correlazioni fornite in proposito dal fabbricante dello strumento.
  • Correzione degli indici di rimbalzo per mettere in conto l’aumento della durezza superficiale causata dalla carbonatazione (0.95 per profondità di carbonatazione comprese tra i 50 e 60mm o 0.90 (per profondità maggiori o uguali ai 60 mm).
  • Correzione per temperature esterne non accettabili e presenza di acqua sulla superficie.

Per ciascuna zona d’indagine si provvederà al calcolo della mediana e del coefficiente di variazione (con due cifre decimali) dei valori utili degli indici di rimbalzo.

La correlazione tra indice di rimbalzo N e resistenza a compressione del calcestruzzo in sito Rc è del tipo rappresentato in

in cui i coefficienti A e B vanno essere calibrati sullo specifico calcestruzzo indagato, utilizzando ad esempio prove sul calcestruzzo di tipo distruttivo (carotaggi).

 

L’elaborazione delle misure di velocità di propagazione di micro-impulsi consiste invece nel calcolo delle velocità di propagazione Vp con la seguente relazione

La velocità viene espressa al più prossimo 0,01 km/s . Anche in questo caso la correlazione tra la resistenza a compressione in opera Rc e la velocità di propagazione Vp non risulta univoca ma strettamente connessa alle caratteristiche del calcestruzzo in opera. Nella letteratura corrente è spesso indicata una possibile correlazione (tra la resistenza del cls in opera Rc e la velocità di propagazione delle onde elastiche V, attraverso la seguente funzione esponenziale:

Oltre alla resistenza a compressione risulta spesso utile conoscere un’altra caratteristica del calcestruzzo in opera, cioè il modulo elastico dinamico:

dove:

Ed è il modulo elastico dinamico in MPa

ρ è la massa volumica in kg/m3

ν è il modulo di Poisson

In questo caso sarà necessario valutare con accortezza in coefficiente di poisson della struttura esistente. Tra i risultati della prova ultrasonica viene anche specificata la disposizione dei trasduttori e il metodo di trasmissione oltre alla lunghezza del percorso.

Il metodo SonReb si basa sulla combinazione dei risultati ottenuti, nelle stesse zone di prova, da prove sclerometriche e da indagini ultrasoniche. Correlando l’indice di rimbalzo (REBound) e la velocità delle onde ultrasoniche (SONic) con la resistenza a compressione in sito del calcestruzzo, attraverso una opportuna calibrazione della relazione che lega queste tre grandezze:

La disponibilità di risultati provenienti da diverse prove non distruttive sul calcestruzzo consente di ridurre al minimo le prove distruttive.

I risultati di prova riportano nel dettaglio gli elementi indagati, data luogo delle prove sul calcestruzzo, eventualmente anche l’età se conosciuta, specifiche tecniche della strumentazione utilizzata, indice di rimbalzo velocità di propagazione degli impulsi, eventuali scostamenti delle prove dagli standard.

 

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