Misure di velocità di onde acustiche in elementi in calcestruzzo armato

M. De Bonis, R. Ditommaso, A. Masi, M. Mucciarelli, M. Vona

DiSGG, Università degli Studi della Basilicata, Potenza

OBIETTIVI DEL LAVORO

• Definire una nuova metodologia di prova non distruttiva per una

valutazione della variabilità delle caratteristiche meccaniche del

calcestruzzo in situ

• Verificare l’affidabilità e l’attendibilità del metodo, anche grazie al

confronto con un metodo consolidato e modelli teorici

INQUADRAMENTO DELLA PROBLEMATICA

Le metodologie esistenti di indagine in situ sono di tipo:

• Distruttivo• Danno strutturale

• Elevato costo di esecuzione

• Limitata estendibilità delle prove

• Non Distruttivo

• Moderata affidabilità

• Assenza di danno strutturale• Minor costo di esecuzione

• Buona affidabilità

• Possibilità di maggiore diffusione

DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA DI PROVA

Semplicità esecutiva

Costo minimo di esecuzione

Rapidità esecutiva

Danno strutturale nullo – non strutturale minimo

Semplice procedura di elaborazione dei dati

Metodo sonico Misure della velocità di propagazione

di onde acustiche all’interno di elementi in calcestruzzo armato

CAMPO DI INDAGINE

• Sette pilastri estratti da un edificio in corso di demolizione,

caratterizzati da:

• Assenza di caratteristiche sismo-resistenti

• Copriferro di scarso spessore

• Un pilastro in opera, in reali condizioni di posizione e di carico,

con calcestruzzo di buona qualità

• Calcestruzzo di bassa qualità

DESCRIZIONE DELLA MODALITÀ DI PROVA

d = 0.25 m d = 1 m

• Fissare i velocimetri nell’elemento a distanze progressive (0.25,

0.5, 1, 1.5 m)

• Sollecitare l’elemento in un punto con una forzante impulsiva

• Memorizzare in un unico centro di raccolta dati le tracce dei

segnali generati

SEGNALI REALI

Velocità

0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

x 105

m/s

s

0.0945 0.095 0.0955 0.096 0.0965 0.097 0.0975 0.098 0.0985

-1

-0.5

0

0.5

1

x 105

Primo piccoprimo segnale

Primo arrivo secondo segnale

Primo piccosecondo segnale

Primo arrivoprimo segnale

RISULTATI MISURE

Distribuzione di velocità nel pilastro estratto dall'edificio

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75

Distanza Velocimetri (m)

Ve

loc

ità

ca

lco

lata

(m

/s)

battuta sx

battuta dx

media

Distribuzione di velocità nel pilastro in opera

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25

Distanza Velocimetri (m)

Ve

loc

ità

ca

lco

lata

(m

/s)

Battuta inf.

Battuta sup.

Media

MODELLAZIONE NUMERICA

Punto di battuta

Punti di misura

MODELLO COMSOL A STRATI

MODELLAZIONE NUMERICA – Propagazione impulso

VISUALIZZAZIONE RISULTATI NUMERICI

Distribuzione delle velocità nel modello

500

1000

1500

2000

2500

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Distanze tra i punti (m)

Vel

ocità

cal

cola

ta (m

/s)

CONFRONTO CON VELOCITÀ ULTRASONICA

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Velocità ultrasonica (m/s)

Ve

loc

ità

no

str

o e

sp

eri

me

nto

(m

/s)

• Equazione retta y = 1.1065 x – 1582.7

• Coefficiente di correlazione R = 0.88

• Test di Fischer confidenza pari al 90 %

RELAZIONE VELOCITÀ - FREQUENZA

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1 10 100 1000 10000 100000

Frequenza (Hz)

Ve

loc

ità

di F

as

e (

m/s

)

Velocità statica

Velocità nostroesperimento

Velocità ultrasonica

CONCLUSIONI

• La metodologia proposta si colloca nell’ambito dei metodi non

distruttivi essendo caratterizzata dall’arrecare un danno minimo agli

elementi non strutturali

• Negli elementi esaminati, si osserva una variazione della velocità di

propagazione dell’onda al variare della distanza tra i ricevitori

• Ciò mette in evidenza l’eterogeneità dell’elemento legata alla presenza

di più strati dalle diverse caratteristiche meccaniche passando dalla

superficie al nucleo interno

CONCLUSIONI

• Nel modello numerico presentato, si osserva, in accordo con i risultati

sperimentali, una variazione di velocità al variare della distanza tra i

punti di misura

• E’ stato effettuato un confronto con le velocità ottenute tramite metodo

ultrasonico per trasparenza ed è stato possibile dedurre l’esistenza di

una buona correlazione tra le due serie di valori

SVILUPPI FUTURI

• Approfondimento e perfezionamento del metodo presentato, dal punto

di vista della modalità di prova e dell’installazione dei sensori

• Sviluppo di ulteriori modelli numerici in grado di avvicinarsi quanto più

possibile alle condizioni reali

• In questo modo, con una minima invasività nell’elemento, sarà possibile

contribuire all’ottenimento di una stima sufficientemente

rappresentativa e affidabile della resistenza a compressione del

calcestruzzo in situ

• Stabilire ulteriori correlazioni con i risultati di altre prove

Grazie