La prova di estrazione (Pull-out)

Nelle strutture in calcestruzzo armato la stima della resistenza a compressione in sito può essere effettuata tramite l’estrazione di tasselli post-inseriti. Il metodo di prova Pull-out nasce dalla necessità di stimare la resistenza a compressione del calcestruzzo in opera riducendo al minimo le indagini distruttive. La standardizzazione del tassello ha eliminato le incertezze sui dati ed ha reso la prova maggiormente affidabile, soprattutto in termini di ripetibilità e riproducibilità.

Perché si eseguono prove di estrazione

Il vantaggio di questa prova è la velocità di esecuzione senza dover arrecare particolari danni alle strutture in calcestruzzo, si tratta infatti di una prova non distruttiva/semidistruttiva che non arreca variazioni significative dello stato tensionale dell’elemento indagato.

La forza di estrazione è il parametro con cui viene stimata la resistenza meccanica a compressione in sito, utilizzando opportune curve di correlazione tarate su resistenze a compressione di carote prelevate in sito.

Più in generale la conoscenza della resistenza a compressione in sito è necessaria in diverse situazioni durante la vita utile dell’opera, cioè 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.
  • individuare la resistenza di calcolo da inserire nelle verifiche di sicurezza e valutazioni di vulnerabilità sismica di costruzioni esistenti. (rif. §8.5.3 NTC 2018 – Caratterizzazione meccanica dei materiali).
  • 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.) e distorsioni significative imposte da deformazioni del terreno di fondazione.
  • 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.

La normativa di riferimento per la prova di estrazione è la UNI EN 12504-3:2005 “Prove sul calcestruzzo nelle strutture – Parte 3: Determinazione della forza di estrazione” che viene citata anche all’interno delle NTC 2018.

 

Cenni storici della prova di estrazione

La prova di pull-out era già conosciuta dal 1935, come prova non distruttiva per il controllo delle qualità meccanico del calcestruzzo e venne largamente utilizzata negli anni 60’ in Danimarca per testare la qualità dello strato corticale in strutture in calcestruzzo.

Dopo anni di ricerca è stato visto che la correlazione tra forza di estrazione e resistenza a compressione del calcestruzzo, non è influenzata dal tipo di cemento, dall’età e dalla carbonatazione ma solamente dalla presenza di inerti di grande o piccolo diametro.

La rivoluzione per questo tipo di prova è stata registrata con l’introduzione del tassello ad espansione geometrica controllata che è stato in grado di standardizzare le procedure di prova ed i risultati. Infatti anche le attuali “Linee guida per la valutazione delle caratteristiche del calcestruzzo in opera” pubblicate nel settembre 2017 dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici sconsigliano l’impiego di tasselli diversi da quelli ad espansione geometrica controllata.

Come si esegue una Prova di Pull-out

La prova consiste nella misura della forza necessaria ad estrarre un tassello “pre-inglobato” o un tassello “post-inserito” nel calcestruzzo indurito. Il metodo è basato sulla misura della forza necessaria ad estrarre dal calcestruzzo un inserto standard. Gli inserti possono essere installati nel calcestruzzo al momento del getto (pre-inglobato), predisponendoli nelle casseforme, o inseriti in fori effettuati nel calcestruzzo indurito (post-inserito).

Per la ricerca della resistenza a compressione su strutture in calcestruzzo recenti viene comunemente utilizzato il metodo del tassello post-inserito.

Per estrarre il tassello è necessario esercitare una forza, attraverso un martinetto idraulico, contro un anello di contrasto che andrà a contatto direttamente con la superfice in calcestruzzo. Il tassello è costituito da un disco a testa circolare di 25 mm ed uno stelo.

Per i tasselli post-inseriti, la dimensione della testa, pari a 25 mm, è ottenuta solo a seguito dell’espansione geometrica controllata.

L’anello di contrasto avrà invece in diametro interno di 55 mm.

prova pull out diagnostica

Steps prova pull-out

Il sistema di carico dovrà essere concentrico con l’anello di contrasto in modo da applicare un carico ortogonale alla superficie di prova.

Il primo step consiste nella preparazione della superfice di prova e riveste un ruolo di notevole importanza per l’affidabilità dei risultati ottenuti.

Inizialmente infatti va prevista un’indagine magnetometrica per l’individuazione delle barre d’armatura. Poi si procede con la definizione dei punti di estrazione, che vanno distanziati di 20 cm tra loro, di 10 cm dal bordo dell’elemento e lontani dalle barre di armatura per almeno una distanza pari al diametro della barra stessa.

I punti di estrazione non devono coincidere con zone in cui si possono notare aggregati affioranti.

Una volta individuato il punto di estrazione si procede con:

  • L’esecuzione di un foro con tassellatore.
  • La fase di alesaggio attraverso fresa con una punta tale da creare il perfetto alloggiamento per il tassello standard. Anche questa operazione va necessariamente eseguita ortogonalmente superficie di prova.
  • Evacuazione di tutti i residui polverosi dal foro per garantire la completa espansione del tassello standard.
  • Avvitamento dello stelo estrattore del martinetto oleodinamico al tassello.
  • Posizionamento, fissaggio, centratura del martinetto e collegamento dello stesso con la pompa mediante tubo idraulico ad alta pressione.

Applicazione del carico attraverso la pompa e rilievo della forza di estrazione misurata al manometro. Durante l’applicazione del carico è necessario mantenere un gradiente di carico costante e pari a 0,5±0,2 kN/s, fino alla frattura e prelievo di in frammento tronco conico di calcestruzzo. La forza massima rilevata andrà registrata, esprimendola al più vicino 0,05 kN.

forza di estrazione pull out
Prova di estrazione pull out
tassello pull out prove non distruttive

Prova di estrazione, che strumenti vanno utilizzati

Per eseguire una prova di estrazione è necessario avere:

  • un martinetto oleodinamico cavo dotato di manometro digitale con detentore di picco capace di registrare la massima pressione applicata. Questo martinetto dovrà garantire in carico concentrico allo stelo del tassello e perpendicolare al piano dell’elemento strutturale.
prova di estrazione pull out
  • una pompa idraulica manuale o elettrica collegata al martinetto attraverso un tubo flessibile.
pompai draulica manuale estrazione pull out
  • Inserti di forma geometrica standard.
Inserti di forma geometrica standard estrazione pull out
  • Smerigliatrice elettrica completa di fresa diamantata con punta ф18 e gambo ф11 e di manicotto guida (per consentire un alesaggio ortogonale alla superficie di prova).
  • Trapano a percussione con manicotto guida (per l’esecuzione di foro ortogonale alla superficie) e punta al Widia ф18.

Che risultati fornisce una prova di pull-out?

Correlazione con la resistenza a compressione in sito e metodo SonEx

Al termine della prova di estrazione si ottiene la forza di estrazione del tassello, che può essere correlata alla resistenza in sito del calcestruzzo ottenuta a seguito di prelievo di carote (UNI 12504-1:2019). Tale correlazione potrà essere stabilità sperimentalmente, circoscritta alla struttura indagata e quindi per il tipo di calcestruzzo in esame.

La resistenza all’estrazione F può essere calcolata secondo la seguente formula:

F= fp*A

In cui fp è la pressione applicata all’anello di contrasto durante l’estrazione (espressa in Mpa), mentre A è l’area della superficie di frattura.

In ogni caso la correlazione tra la forza di estrazione F e la resistenza a compressione Rc,is in sito è di tipo lineare:

Rc,is= a + b * F

in cui i coefficienti  e  sono opportunamente calibrati mediante prove distruttive a compressione su carote.

Una metodologia innovativa per ottenere informazioni esaurienti sulle condizioni del calcestruzzo è il metodo SonEx cioè la combinazione delle velocità delle prove ultrasoniche (SONic), delle forze di estrazione (Extration) per ottenerne una correlazione con la resistenza a compressione in sito del calcestruzzo.

Uno dei sistemi di combinazione più diffusi, è costituito dalla seguente equazione:

fc= a * Fb * Vc

Dove:

V è la velocità di transito degli impulsi ultrasonori (metodo trasmissione diretta).

–  F è la forza di estrazione tassello post-inserito.

fc  è la resistenza a compressione del calcestruzzo in sito stimata.

Questa metodologia va sempre tarata sui valori reali delle resistenze del calcestruzzo in opera. Il metodo SonEx applicato a tutti i risultati della campagna di controlli non distruttivi (prova di estrazione e prova ultrasonica) permette di estendere la numerosità dei dati disponibili attraverso prove non distruttive e stimare la resistenza del calcestruzzo in opera con un’elevata attendibilità, già sperimentata in diversi casi studio.

Testo a cura di: Mattia Falleroni

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