Luigi Coppola: calcestruzzo, pillole sulla stima della resistenza in opera
Luigi Coppola (mi perdonerà se non lo chiamo Prof. Ing. come è, ma ci conosciato da troppo tempo) è uno dei principali esperti italiani e internazionali sul tema del calcestruzzo e dei materiali da costruzione. Ha avuto maestri eccellenti, primo fra tutti Mario Collepardi, ha collaborato con le principali aziende italiane del settore, e ha sempre avuto la capacità di unire la sua conoscenza sia degli aspetti di calcolo che di tecnologia dei materiali.
Da qualche tempo ha cominciato a creare delle pillole tecniche su alcuni temi di interesse, lanciandole su Linkedin. Uno strumento veloce per affrontare problematiche che riguardano l'attività di tanti professionisti.
Raccogliendo l'interesse di alcuni lettori, le riproponiamo su INGENIO, a partire dalle PILLOLE DI ... RESISTENZA'
Andrea Dari
"PILLOLE DI ... RESISTENZA" - INCIPIT
La stima della resistenza in opera del calcestruzzo rappresenta un'operazione di fondamentale importanza sia nelle nuove costruzioni - per accertarne o meno la collaudabilità - che nelle strutture esistenti ove la valutazione della resistenza residua del conglomerato cementizio è fondamentale per progettare l'intervento di adeguamento strutturale.
La determinazione di questa proprietà del calcestruzzo può avvenire mediante prove non distruttive (sclerometro, ultrasuoni, etc.) che debbono essere calibrate correlando le grandezze misurate (REB, SON, etc.) alla resistenza a compressione di carote estratte dalle strutture.
La resistenza in opera (in situ - EN 13791 - o strutturale - D.M.17/01/2018), tuttavia, non può essere ricondotta al mero valore grezzo sperimentale desunto dallo schiacciamento, che necessita di essere opportunamente corretto per tener conto dei fattori che lo influenzano.
Questo è il primo di una serie di post che vuole accompagnare il tecnico a stimare correttamente il valore della resistenza in opera in accordo alle norme nazionali (NTC 2018, LG CSLLPP 2017) ed europee (EN 13791:2019).
Per saperne di più e approfondire quanto trattato da queste pillole le tematiche sono trattare nel libro:
"Valutazione della collaudabilità delle strutture in c.a. e c.a.p"
di Luigi Coppola, Alessandra Buoso, Denny Coffetti ed Elena Crotti edito da Dario Flaccovio Editore.
Il volume è in vendita per i lettori di INGENIO con un esclusivo sconto del 15%. Basta collegarsi a questo LINK e digitale come codice promozionale "ingenio".
PILLOLE DI RESISTENZA #1 - FATTORE Fdia: IL DIAMETRO DELLA CAROTA
Per evitare pericolose sovrastime, è necessario tener presente che la resistenza a compressione delle carote di calcestruzzo è influenzata sia dal diametro del provino sia dal rapporto tra la dimensione massima dell’aggregato (Dmax) e il diametro della carota stessa (d); la buona prassi - così come la normativa vigente - evidenzia la necessità di garantire un rapporto d/Dmax almeno pari a 3.
Questo significa che per calcestruzzi ordinari con aggregati di dimensioni massime non superiori a 32 mm, la carota deve essere almeno da 100 mm. Fanno eccezione i casi in cui risulti praticamente impossibile estrarre cilindri da 100 mm privi di ferri longitudinali o quando ci si trovi di fronte ad un calcestruzzo con aggregati di grande dimensione per cui sarà richiesto il prelievo di campioni rispettivamente di piccolo (50 o 75 mm) o grande (150 mm) diametro.
Imposto il vincolo di un rapporto d/Dmax non inferiore a 3, la letteratura scientifica evidenza una sistematica influenza del diametro della carota sulle resistenze a compressione. La tabella in foto propone dei coefficienti moltiplicativi da applicare qualora il diametro sia diverso da 100 mm.
PILLOLE DI RESISTENZA #2 - FATTORE Fh/d: LA SNELLEZZA DELLA CAROTA
La snellezza della carota, determinata attraverso il rapporto tra la sua altezza (h) e il suo diametro (d), ha grande influenza sulla resistenza a compressione a causa dell’effetto di confinamento promosso dall’attrito tra il conglomerato cementizio e la piastra di acciaio della macchina di prova. In particolare, al crescere del rapporto h/d, diminuisce il confinamento e quindi si riduce la resistenza a compressione.
Tuttavia il confinamento, a pari snellezza, è influenzato anche dal modulo di Poisson, che diminuisce al crescere della resistenza del calcestruzzo.
Quindi, se l’obiettivo dei carotaggi è la stima della resistenza cubica del calcestruzzo, sarà necessario far ricorso ad un coefficiente moltiplicativo Fh/d - riportato nella tabella in foto - funzione sia della snellezza sia della resistenza “grezza” ottenuta dallo schiacciamento del campione di calcestruzzo.
PILLOLE DI RESISTENZA #3 - FATTORE Fcure: LA MATURAZIONE DEL CALCESTRUZZO IN OPERA
Le modalità e la durata della maturazione umida del getto rivestono un ruolo chiave per il conseguimento dei requisiti strutturali e di durabilità per le opere in calcestruzzo.
Infatti, un'adeguata/prolungata stagionatura umida consente di ridurre la porosità del copriferro, limitando la formazione di quadri fessurativi in fase plastica e accrescendo, quindi, la resistenza del manufatto nei confronti delle azioni aggressive dell’ambiente.
L’influenza negativa di un'erronea maturazione umida, però, è limitata agli strati cortecciali (spessore 20-30 mm) e non al “cuore” dell’elemento.
Per questo motivo, nella valutazione della resistenza in opera, al fine di evitare possibili sottostime, è opportuno rimuovere i primi 25-30 mm di calcestruzzo dalla carota prima di "schiacciarla".
In questo modo, il coefficiente Fcure, legato alle modalità e alle tempistiche di stagionatura umida dell'opera da cui la carota viene estratta, di difficile quantificazione, può essere posto pari a 1. Questa operazione è sempre da farsi anche quando a seguito del taglio si ottiene una carota h/d
PILLOLE DI RESISTENZA #4: IL FATTORE Fmc
Tra i numerosi fattori che influenzano il valore della resistenza a compressione di una carota in calcestruzzo vi è anche quello legato alle modalità di conservazione.
I dati disponibili in letteratura mostrano che campioni asciugati in stufa per 48 ore raggiungono resistenze superiori di circa il 14% rispetto a provini estratti dalla stessa struttura conservati sott’acqua.
In generale, al crescere del tasso di umidità nel campione, diminuisce la resistenza meccanica.
Pertanto, è necessario introdurre un coefficiente moltiplicativo Fmc (dall’inglese moisture content) che varia a seconda delle condizioni di conservazione delle carote nelle 24-48 ore che precedono la prova di schiacciamento (Fmc = 1 per carote conservate in aria, 1.09 per carote conservate in acqua e 0.96 per carote essiccate in stufa).
Se le carote vengono lasciate all'aria nell'ambiente di laboratorio per 24-48 ore (come peraltro suggerito dalle Linee Guida) Fmc=1.
Se vengono estratte da una struttura realizzata da meno di 28 giorni e non vengono schiacciate entro 24-48 ore, allora verranno conservate sott'acqua fino a 24-48 ore prima della prova (per permettere un corretto sviluppo delle resistenze) e poi lasciate all'aria in laboratorio prima di sottoporle al test.
PILLOLE DI RESISTENZA #5: IL COEFFICIENTE Ffe
Durante l’estrazione di carote da strutture esistenti occorre prelevare campioni privi di ferri di armatura, che possono influenzare il risultato.
Per questo motivo è necessario utilizzare il magnetometro per individuare le zone di calcestruzzo prive di armature da cui estrarre la carota.
Molto spesso, però, la conformazione degli elementi strutturali non consente l’estrazione di carote prive di ferri; in questi casi è necessario tenere in considerazione che:
- provini con ferri di armatura in direzione parallela all’asse della carota NON SONO UTILIZZABILI;
- carote con ferri in direzione perpendicolare all’asse della stessa possono essere impiegate ma richiedono l’utilizzo di un coefficiente moltiplicativo Ffe (riportato in foto) che dipende sia dal diametro dell’armatura (in relazione a quello della carota) sia dalla sua posizione (distanza dalla base più vicina). In particolare, il massimo "disturbo" del ferro si registra per una barra di grande diametro presente nella mezzeria di una carota di piccolo diametro.
PILLOLE DI RESISTENZA #6: IL FATTORE "TORMENTO" Ftor
Quando si estraggono carote dalle strutture in calcestruzzo si generano inevitabili microlesioni interne sul campione prelevato che viene, di fatto, penalizzato dal punto di vista della resistenza a compressione.
Tale “disturbo” (denominato effetto “tormento”) può essere minimizzato - ma non annullato - eseguendo le operazioni di carotaggio “a regola d’arte”, avendo particolare cura nel fissare rigidamente il carotiere alla struttura.
La letteratura scientifica indica che l’effetto “tormento” è molto più accentuato quanto più scadente è la qualità del calcestruzzo.
Per questo motivo è necessario introdurre un coefficiente moltiplicativo Ftor (riportato in figura) che diminuisce al crescere della resistenza a compressione della carota estratta, fino a raggiungere un valore unitario per resistenze a compressione della carota maggiori di 40 MPa.
PILLOLE DI RESISTENZA #7: IL FATTORE Fdir
Tra i fattori che influenzano la resistenza a compressione delle carote vi è anche la direzione di prelievo rispetto a quella di getto.
Infatti, il carotaggio effettuato perpendicolarmente alla direzione di getto (si pensi a muri di sostegno, pilastri, etc.) intercetta le microfessurazioni promosse dal bleeding che si dispongono, durante la prova di schiacciamento, parallelamente alle isostatiche di compressione e determinano una sottostima della resistenza a compressione.
Tale penalizzazione risulta più marcata per le zone sommitali dell’elemento strutturale - generalmente più soggette al bleeding - rispetto alle zone basali.
Al contrario, invece, nei campioni di calcestruzzo prelevati parallelamente alla direzione di getto (come nel caso di pavimenti o fondazioni), questo effetto è trascurabile.
Per tener conto di tale penalizzazione, è quindi opportuno introdurre un coefficiente moltiplicativo Fdir, unitario nel caso di prelievo parallelo al getto e maggiore di 1 per carotaggi perpendicolari alla direzione di getto come riportato nella tabella in foto.
PILLOLE DI RESISTENZA #8: IL FATTORE Ft
La resistenza caratteristica a compressione Rck, utilizzata per il calcolo strutturale, è quel particolare valore di resistenza misurato su provini maturati per 28 giorni a 20°C cui corrisponde una probabilità massima del 5% di trovare valori più bassi di quello caratteristico.
Durante le operazioni per il controllo della resistenza in opera, però, è molto difficile che l’età della carota al momento dello schiacciamento coincida con i 28 giorni.
Per questo motivo, è necessario introdurre il coefficiente moltiplicativo Ft (in foto) legato all’età del conglomerato al momento dello schiacciamento delle carote.
Se ci troviamo di fronte a carote di età inferiore a 28 giorni (“giovani”), sarà necessario impiegare un fattore Ft maggiore di 1 per tener conto dell’ulteriore riserva di resistenza da sviluppare.
Al contrario, in presenza di carote “vecchie” (età superiore a 28 giorni), il valore di resistenza sarà maggiore di quello che il conglomerato aveva a 28 giorni.
Tuttavia, in questo caso, sarebbe poco sensato, ai fini della COLLAUDABILITÀ, o per valutare le caratteristiche
di resistenza residue, penalizzare il valore di resistenza a compressione. Per le carote “vecchie” si utilizza quindi un fattore Ft unitario.
PILLOLE DI RESISTENZA #9: IL FATTORE FT
La riserva di resistenza che il calcestruzzo possiede é funzione del tempo (come spiegato qui https://bit.ly/2II05J3) ma anche della temperatura di maturazione in opera.
Per carote estratte da strutture maturate a T 1 (vedi figura) in quanto, alle lunghe stagionature, il conglomerato recupera il deficit di resistenza, soprattutto in carote "giovani" estratte prima di 28 gg dal getto. La correzione verrà applicata anche a carote “vecchie” se estratte da strutture maturate a T tra 3 e 7°C.
Per strutture realizzate in clima caldo la maturazione favorisce un rapido sviluppo di resistenza cui, alle lunghe stagionature, consegue una minor resistenza rispetto ad un analogo calcestruzzo maturato a 20°C. In questo caso, FT sarà
La T viene definita come media ponderale delle T medie giornaliere registrate dal getto al momento dell'estrazione della carota (T medie giornaliere desunte da ARPAV). Per strutture massive, il calcolo della T non può prescindere dal riscaldamento del getto in condizioni adiabatiche.
PILLOLE DI RESISTENZA #10: ESEMPIO DI CALCOLO
Secondo il metodo riportato nelle “PILLOLE DI RESISTENZA", il calcolo della resistenza in opera (Rc-insitu) per la verifica della collaudabilità si esegue moltiplicando il valore di resistenza ottenuto dallo schiacciamento della carota (Rc-carota) per i coefficienti introdotti nei post precedenti, in accordo alla formula riportata in foto.
L’applicazione di questo metodo di calcolo è riportato, attraverso due esempi, nel documento disponibile al seguente link: https://we.tl/t-sPVVsn1G62
Conclusioni della serie di post "Pillole di resistenza".
In realtà, avrei voluto parlare della Resistenza Italiana o Partigiana, di un periodo della storia del nostro Paese che vide, tra gli altri, Sandro Pertini, poi amatissimo Presidente della Repubblica, tra le personalità di spicco della stessa.
La voglia era irrefrenabile, ma di fronte ad una estrema complessità nell'analizzare gli accadimenti successivi all'armistizio di Cassibile del settembre del '43, ho concluso che era meglio parlare di "Pillole di Resistenza a Compressione", lasciando agli storici e studiosi di occuparsi di Resistenza.
Ho meditato che era meglio parlare di quello di cui mi occupo giornalmente e ormai da trent'anni insieme a miei collaboratori.
Il messaggio di questa riflessione non è poi nemmeno tanto velato: in un periodo in cui tutti sono esperti di tutto, vi invito ad occuparvi e a parlare di quello di cui siete (siamo) esperti.
E quando non sappiamo di una cosa - perché complessa - si può anche rimanere in silenzio: "Better to remain silent and be thought a fool than to speak and remove all doubt".
Le Pillole di Luigi Coppola
Luigi Coppola: CALCESTRUZZO, PILLOLE SULLA STIMA DELLA RESISTENZA IN OPERA
Luigi Coppola: CALCESTRUZZO, PILLOLE DI RESPONSABILITÀ
Calcestruzzo Armato
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