Definire le proprietà meccaniche del calcestruzzo: le indagini non distruttive

I metodi di indagine non invasivi e parzialmente invasivi rivestono un ruolo cruciale come metodi di valutazione indiretta delle proprietà meccaniche del calcestruzzo, in particolare per la resistenza a compressione in situ.

Definizione delle proprietà meccaniche del calcestruzzo: indagini non distruttive

Questi metodi di indagine si suddividono in due categorie:

• Prove non distruttive, ossia metodi che includono sistemi di rilevamento delle armature con pacometro e la valutazione della qualità del calcestruzzo mediante prove sclerometriche e ultrasoniche;
• Prove parzialmente distruttive, tra le quali si impiegano frequentemente quelle di pull-out, che prevedono estrazioni di tasselli speciali inseriti negli elementi in calcestruzzo. Questo tipo di prova causa un danno solo superficiale, ma riparabile.

Utilizzare metodi non invasivi, ad esempio con sclerometro e ultrasuoni, per valutare la resistenza meccanica in opera richiede però una correlazione tra i rispettivi parametri indice di rimbalzo e velocità e la resistenza a compressione del calcestruzzo. Quest’ultima è determinata mediante prove di rottura su campioni estratti dalla struttura tramite carotaggio. È fondamentale notare che la calibrazione dei risultati ottenuti da tali metodologie richiede un numero sufficiente di campioni prelevati tramite carotaggio e sottoposti alle stesse prove non distruttive prima di portarli a rottura in laboratorio. Oppure è possibile far uso di correlazioni standard già disponibili in letteratura per il metodo utilizzato.

L'impiego di prove combinate e, in particolare, di quelle parzialmente distruttive (come il pull-out) migliora la precisione dei risultati mediante l'applicazione di tecniche statistiche di correlazione tra variabili multiple.

I principali 5 metodi indiretti per la caratterizzazione strutturale del calcestruzzo

Ci sono almeno 5 prove non distruttive che possono essere effettuate per valutare le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo in opera, ossia:

1. le prove pacometriche, che consentono di localizzare le armature all'interno degli elementi strutturali travi, pilastri e solai in calcestruzzo e di stimare sezione dei ferri e spessore del copriferro;
2. le prove sclerometriche, che utilizzano uno strumento dotato di massa battente, chiamato sclerometro, per misurare l’energia elastica assorbita dal calcestruzzo a seguito di un impatto. Dato che l’energia cinetica della massa battente è standardizzata, l’altezza di rimbalzo dipende dall’energia dissipata durante l’impatto, che a sua volta dipende dalla resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo. L’indice di rimbalzo è correlato alla resistenza meccanica del calcestruzzo, ma è dipendente da diversi fattori legati allo stato di conservazione della superficie del materiale. Questo metodo di prova permette una valutazione dell'uniformità dei getti di calcestruzzo;
3. le prove ultrasoniche, che si basano sulla misura della velocità di onde ultrasoniche nel calcestruzzo. Rispetto al metodo sclerometrico, che è influenzato dalle condizioni superficiali del getto di cls, le prove ultrsoniche “valutano” le proprietà meccaniche globali del materiale. La resistenza a compressione viene calcolata indirettamente in base alla velocità di trasmissione degli ultrasuoni, utilizzando correlazioni sperimentali.
4. Le prove pull-out, test che misurano la forza necessaria per estrarre un inserto metallico standard inserito nel calcestruzzo. La forza è applicata mediante un martinetto idraulico collegato all’inserto ed un anello di reazione, che contrasta con la superficie del calcestruzzo. Durante l’operazione viene estratto un cono di materiale e, pertanto, la prova è parzialmente distruttiva. La forza di estrazione è rappresentativa di uno stato di sollecitazione complesso ed è correlabile con la resistenza a compressione;
5. il metodo sonreb, che combina i risultati delle prove ultrasoniche e sclerometriche con la finalità di ridurre gli errori di misura che si verificano utilizzando un singolo metodo. Mediante formule di correlazione tra indice di rimbalzo, velocità ultrasonica e resistenza a compressione del calcestruzzo (ottenuta da prove di rottura) è possibile definire delle curve di calibrazione affidabili per lo specifico materiale e consentono una stima più precisa della sua resistenza in situ mediante i suddetti metodi non distruttivi.

Linee guida e norme tecniche per le prove sul calcestruzzo in opera

Nel contesto della caratterizzazione delle strutture in calcestruzzo armato, la Circolare n. 7 delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) 2018 indica 3 livelli di conoscenza a cui corrispondono un certo numero di campioni da caratterizzare mediante metodi distruttivi e non.

Ai 3 livelli di conoscenza corrispondono altrettanti verifiche da effettuare sulle proprietà dei materiali presenti nelle strutture. In particolare per quanto riguarda le prove da svolgere, la normativa indica le seguenti verifiche con livelli di approfondimento crescenti:

• verifiche limitate, prevedono il campionamento di un provino di calcestruzzo ogni 300 mq di superficie dell'edificio e un campione di armatura per piano dell’edificio.
• verifiche estese, prevedono il campionamento di due provini di calcestruzzo ogni 300 mq e due campioni di armatura per piano dell’edificio.
• verifiche esaustive, prevedono il campionamento di tre provini di calcestruzzo ogni 300 mq e tre campioni di armatura per piano dell’edificio.

Una disposizione interessante nella stessa circolare stabilisce che fino al 50% delle prove distruttive possono essere sostituite da un numero maggiore, almeno triplo, di prove non invasive o parzialmente invasive, tarate sulle prove distruttive. Tale disposizione consente di contenere il numero di carotaggi e di non danneggiare in modo eccessivo la struttura.