Le prove di Laboratorio
sui materiali da costruzione
e il collaudo Roberto Felicetti
Le prove di laboratorio e il collaudo
2
• richiami sulle Norme Tecniche per le Costruzioni
(collaudo e controllo sui materiali)
• discussione critica di alcuni aspetti relativi a:
- prove sui materiali (i cubetti di calcestruzzo)
- prove non distruttive (lo sclerometro)
- prove di carico
ponendo l'accento sugli aspetti che coinvolgono
direttamente il giudizio critico di un tecnico
sommario
Le prove di laboratorio e il collaudo
3 il collaudo secondo le Norme tecniche per le costruzioni
giudizio sul comportamento e le prestazioni
delle parti dell’opera che svolgono funzione portante.
quando vengono posti in opera elementi strutturali non più ispezionabili
possono essere eseguiti collaudi parziali in corso d'opera
1. riguarda tutte le costruzioni la cui sicurezza
possa comunque interessare la pubblica incolumità
2. eseguito da un ingegnere o da un architetto, iscritto all’albo da almeno dieci anni,
che non sia intervenuto nella progettazione, direzione, esecuzione dell’opera.
Il collaudo statico deve comprendere i seguenti adempimenti (a - i):
a) controllo di quanto prescritto da:
- DPR 6.6.2001 n. 380 (Testo unico in materia edilizia, art. 67)
- legge n. 1086/71 (norme per la disciplina CA, CAP e metalliche)
- legge n. 64/74 (Provvedimenti per le costruzioni in zona sismica)
b) ispezione dell’opera nelle varie fasi costruttive
con particolare riguardo alle parti strutturali più importanti;
Le prove di laboratorio e il collaudo
4 ...segue il collaudo secondo le NTC
c) esame dei certificati delle prove sui materiali
- numero dei prelievi effettuati
- risultati ottenuti compatibili con i criteri di accettazione
d) esame dei certificati di cui ai controlli in stabilimento e nel ciclo produttivo
e) controllo dei verbali e dei risultati delle eventuali prove di carico
eseguite dalla Direzione Lavori
f) esaminare il progetto dell’opera (l’impostazione generale, strutture,
fondazioni, gli schemi di calcolo e le azioni considerate);
g) esaminare le indagini eseguite nelle fasi di progettazione e costruzione
h) esaminare la relazione a strutture ultimate del Direttore dei lavori
i) nell’ambito della propria discrezionalità, il Collaudatore potrà richiedere di effettuare
tutti quegli accertamenti, studi, indagini, sperimentazioni e ricerche utili per
convincersi della sicurezza, della durabilità e della collaudabilità dell’opera
in particolare:
- prove di carico;
- prove sui materiali messi in opera, anche mediante metodi non distruttivi;
- monitoraggio programmato di grandezze significative
da proseguire, eventualmente, anche dopo il collaudo della stessa.
Le prove di laboratorio e il collaudo
Definizione di materiale o prodotto strutturale
Direttiva 89/106:
Un prodotto strutturale è quello che consente all’opera ove è incorporato
di soddisfare il requisito essenziale: Resistenza meccanica e stabilità
Requisito soddisfatto se, a seguito dell’istallazione del prodotto nell’opera,
questa, se adeguatamente progettata e costruita, consente di evitare:
- Collasso dell’opera e di una sua parte
- Deformazioni inammissibili
- Danni ad altre parti od impianti
- Danni non proporzionati alla causa che li ha innescati
+ DURABILITA’
Le prove di laboratorio e il collaudo
Materiali per uso strutturale
(NTC 2008: Cap. 11)
Identificati Qualificati Accettati
Le prove di laboratorio e il collaudo
Materiali per uso strutturale
(NTC 2008: Cap. 11)
Identificati Qualificati Accettati
Descrizione del materiale stesso e dei suoi componenti elementari.
CHI: a cura del produttore
Le prove di laboratorio e il collaudo
Materiali per uso strutturale
(NTC 2008: Cap. 11)
Identificati Qualificati Accettati
Processo di qualificazione condotto secondo le procedure indicate dalle NTC
CHI: sotto la responsabilità del produttore
Le prove di laboratorio e il collaudo
Materiali per uso strutturale
(NTC 2008: Cap. 11)
Identificati Qualificati Accettati
Acquisizione e verifica della documentazione di qualificazione
e mediante prove sperimentali di accettazione
CHI: Direttore dei Lavori
Le prove di laboratorio e il collaudo
Qualificazione di materiali e prodotti
(NTC 2008: Cap. 11)
(A)
Marcatura CE
(B)
Qualificazione
Nazionale
(C)
BTE o CIT
Le prove di laboratorio e il collaudo
Qualificazione di materiali e prodotti
(NTC 2008: Cap. 11)
(A)
Marcatura CE
(B)
Qualificazione
Nazionale
(C)
BTE o CIT
Materiali e prodotti per uso strutturale per i quali sia disponibile una norma
europea armonizzata il cui riferimento sia pubblicato su GUUE.
Le prove di laboratorio e il collaudo
Qualificazione di materiali e prodotti
(NTC 2008: Cap. 11)
(A)
Marcatura CE
(B)
Qualificazione
Nazionale
(C)
BTE o CIT
Materiali e prodotti per uso strutturale per i quali non sia disponibile una
norma armonizzata, per i quali sia invece prevista la qualificazione con le
modalità e le procedure indicate nelle NTC.
Le prove di laboratorio e il collaudo
Qualificazione di materiali e prodotti
(NTC 2008: Cap. 11)
(A)
Marcatura CE
(B)
Qualificazione
Nazionale
(C)
BTE o CIT
Materiali e prodotti per uso strutturale innovativi o non citati nelle NTC e
non ricadenti in A) o B). Il produttore potrà pervenire alla Marcatura CE in
conformità a Benestare Tecnici Europei (ETA), o, in alternativa, dovrà
essere in possesso di un Certificato di Idoneità Tecnica (CIT) all’Impiego
rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale sulla base di Linee Guida approvate
dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.
Le prove di laboratorio e il collaudo
Accettazione e Certificazione
Il Ruolo della Direzione Lavori in fase di Accettazione
Per i materiali dotati di Marcatura CE (caso A e caso C con ETA)
- Accertarsi del possesso della marcatura stessa
- Richiedere ad ogni fornitore, per ogni diverso prodotto, il Certificato ovvero la
Dichiarazione di Conformità alla arte armonizzata della specifica norma europea
(caso A) o allo specifico Benestare Tecnico Europeo (caso C)
- Verificare che i prodotti rientrino nelle tipologie, classi e/o famiglie previsti nella
detta documentazione
Per i prodotti non recanti la Marcatura CE:
- Accertarsi del possesso e del regime di validità dell’attestato di Qualificazione (caso
B) o del Certificato di Idoneità Tecnica all’impiego (Caso C senza ETA) rilasciato dal
Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici
Le prove di laboratorio e il collaudo
Esempi di Qualificazioni
Le prove di laboratorio e il collaudo
Esempi di Qualificazioni
Prestazioni:
• Allungamento a rottura
• Tolleranze dimensionali
• Piegabilità
• Resistenza di aderenza
• Resistenza a taglio
• Rapporto tra sforzo a rottura e
snervamento
• Resistenza a trazione
• Prestazioni sotto carico ciclico
Le prove di laboratorio e il collaudo
Esempi di Qualificazioni
ETA = Benestare/ Valutazione Tecnica Europea
ETAG = Linee Guida di Benestare Tecnico Europeo
CIT = Certificato di Idoneità Tecnica
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Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa
la resistenza dei cubetti standard
è diversa dalla
resistenza in opera !!
normalmente i campioni vengono confezionati con la massima attenzione compattando accuratamente il calcestruzzo e controllando le condizioni di temperatura e umidità durante la maturazione
le prove standard certificano la qualità del calcestruzzo che viene consegnato in cantiere, indipendentemente da come verranno effettivamente svolte la compattazione e la maturazione
nei calcoli strutturali, per tenere conto della resistenza effettiva del materiale nella struttura, si ricorre ad un coefficiente di sicurezza relativamente elevato, che compensa questo divario
fcd = resistenza di progetto
fck = resistenza caratteristica fcd = acc fck / gc acc = effetto della durata del carico = 0.8-1.0
gc = coefficiente di sicurezza = 1.5
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Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa
è dovuta alla variabilità del materiale fornito (casuale) e alle diverse condizioni di compattazione e maturazione (più sistematiche)
l'entità delle variazioni dipende dal tipo di calcestruzzo (più sensibile se ad alta resistenza), dalle dimensioni del getto, dalla tecnica costruttiva, ecc.
parete
Testing of Concrete in Structures
J.H. Bungey, S.G. Millard, M.G. Grantham
trave
variabilità della resistenza in opera
20
Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa
relazione tra resistenza standard di progetto
e resistenza stimata con prove distruttive e non distruttive
la valutazione in situ mediante prove Non Distruttive tiene già conto dell'influenza della posa e della maturazione quindi è possibile scontare il coefficiente di sicurezza
fck atteso = 0.85 fck di progetto (EN 13791)
gM = 1.2 invece di 1.5 (vecchia norma British Standard)
alla variabilità statistica della resistenza (resist. caratteristica) si aggiunge l'incertezza della stima per via indiretta
- che correlazione c'è tra esito della prova ND e resistenza?
- qual è l'influenza di altri parametri? (umidità, temperatura, ecc)
- le incertezze vanno considerate a favore di sicurezza?
Le prove di laboratorio e il collaudo Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa
Aspetti probabilistici
nella definizione della resistenza dei materiali da costruzione
I parametri che entrano in gioco nelle verifiche di sicurezza
(resistenza dei materiali e azioni sulle strutture)
non sono noti con certezza, ma sono variabili statistiche, che possono essere
descritte da parametri quali valore medio, varianza, valore caratteristico, ecc
il valore
caratteristico
= numero di misure in una classe
diviso per il numero totale
valore di resistenza
che non viene raggiunto
solo in 5 casi su 100
Le prove di laboratorio e il collaudo
Prove di compressione su calcestruzzo
EN 12390-1 - Operazioni preliminari
1) Misura dimensioni reali
2) Peso del provino
3) Verifica della planarità (±0.0006 d)
e perpendicolarità delle facce
d > 3.5 Da,max
Le prove di laboratorio e il collaudo
Prove di compressione su calcestruzzo
EN 12390-3
Le prove di laboratorio e il collaudo
Prove di compressione su calcestruzzo
Certificato di prova
Le prove di laboratorio e il collaudo
Un calo di densità dovuto a scarsa compattazione è ben correlato con la resistenza
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
la correlazione tra resistenza e densità
risultati anomali sono spesso dettati da una non perfetta planarità delle superfici
il cilindro (h=2Ø) perdona più del cubo
A. Neville
Properties of Concrete
4th edition, 1995 Wiley
Le prove di laboratorio e il collaudo Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
utilizzo delle tecniche ND
chiave di ricerca:
testing of concrete in structures
cvl.araku.ac.ir
prove non distruttive per strutture in C.A. alcuni testi di riferimento
posa in opera e valutazione ND
27
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
Sclerometro (rebound hammer)
messo a punto da Ernst Schmidt alle fine degli anni ’40
misure di durezza superficiale
28
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
tipo energia di percussione (J)
applicazioni
L 0.74 elementi piccoli e sensibili agli urti, laterizi
N 2.2 strutture ordinarie, ponti
M 29 grossi getti, strade, piste aeroportuali
P 0.88 calcestruzzi poco resistenti, intonaci, ecc. Rc = 5-25 N/mm² (0.5-8 N/mm² la versione PT)
tipi di sclerometro
N 2.2 strutture ordinarie, ponti
29
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
Il rimbalzo della massa elastica dipende dalla durezza della superficie e fornisce informazioni su di uno strato spesso non più di 30 mm (modello N)
Parte dell’energia viene dissipata per schiacciamento locale ed attrito interno (i comportamenti elastico ed inelastico dipendono dalla resistenza anche se la relazione può solo essere empirica)
il risultato dipende anche dall'angolo di battuta, perché se la prova non viene effettuata in orizzontale la forza di gravità agisce sulla massa, modificando l'energia di battuta (±13%) e soprattutto l'ampiezza del rimbalzo
principio di funzionamento
30
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
Tipo di cemento
scarsa influenza della finezza per cementi Portland (< 10%) cemento supersolfato: resistenza = 50% del valore stimato cemento alluminoso: resistenza = 200% del valore stimato
Contenuto di cemento
gli effetti sulla resistenza, lavorabilità e sul rapporto aggregato/cemento riducono il rapporto durezza/resistenza (solitamente errore < 10%)
Aggregato grosso
notevole influenza: a parità di resistenza un calcestruzzo calcareo può dare un risultato di 7 punti inferiore a quello di un calcestruzzo siliceo (6-7 N/mm²)
attenzione agli aggregati leggeri (influenza anche del quantitativo di sabbia) attenzione ai calcestruzzi speciali (autocompattante, baritico, ecc)
fattori che influenzano il risultato: il calcestruzzo
31
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
esempi di influenza dell'aggregato
32
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
Massa deve essere sufficiente ad evitare vibrazioni (che riducono la risposta)
Compattazione in ogni caso la superficie deve essere liscia e compatta (la cattiva compattazione all’interno del getto non può essere identificata)
Tipo di superficie le superfici lisciate a cazzuola sono solitamente più dure del restante materiale
è rilevante anche l’effetto della permeabilità e della rugosità del cassero (un cassero che assorbe acqua aumenta la resistenza superficiale)
evitare differenze di finitura superficiale tra il getto e i cubi di calibrazione
Età, velocità di indurimento e tipo di maturazione la relazione durezza-resistenza varia nel tempo (trascurabile dopo i 3 mesi)
attenzione a calcestruzzi molto vecchi (carbonatazione)
fattori che influenzano il risultato: la struttura
33
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
il calcestruzzo dovrebbe avere una resistenza di almeno 7 N/mm2
perché le letture sarebbero troppo basse per avere risultati corretti
influenza della bassa stagionatura
34
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
Carbonatazione
dipende dall’età del calcestruzzo e dall’ambiente (sovrastima fino al 50%) (4 mm in 6 mesi in ambiente urbano = scarsi effetti)
la profondità di carbonatazione può essere rilevata con la fenolftaleina
l’effetto può essere eliminato rimuovendo uno strato di calcestruzzo
Condizioni di umidità
rimbalzo minore per superfici umide (sottostima fino al 20%)
attenzione alle condizioni di umidità all’interno
Stato tensionale e temperatura
Solitamente l’influenza è marginale rispetto agli altri fattori
fattori che influenzano il risultato:
condizioni di esercizio
35
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
l'umidità ha un'influenza importante (calcestruzzo umido = minor rimbalzo)
normalmente al momento della prova la superficie è asciutta
mentre non è facile stabilire l'umidità all'interno della struttura
l'umidità è uno dei fattori la cui influenza può essere ridotta mediante la combinazione di più metodi
sclerometro + ultrasuoni (metodo sonreb)
influenza dell'umidità
36
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
Dato il numero di fattori in gioco, la curva di calibrazione fornita dal costruttore dello strumento non fornisce risultati affidabili
Andrebbe ricavata la curva propria dell’impasto esaminato, per il tipo di cassero impiegato, nelle condizioni di maturazione ed umidità del calcestruzzo in opera
verificare il corretto funzionamento dello strumento (mediante l’incudine)
si utilizzano cubi di almeno 150 mm di lato bloccati tra i piatti della pressa
si applica un carico di confinamento di almeno 15% fc (7 N/mm² secondo BS)
le condizioni del calcestruzzo in opera si possono riprodurre con una permanenza in ambiente di laboratorio per 24 ore (la resistenza non è però quella standard) (la resistenza del cubo umido è circa del 10% inferiore di quella del cubo asciutto)
andrebbero provate almeno due facce orientate come le superfici provate in-situ (la direzione orizzontale è da preferire)
dispersione dei risultati è elevata anche nelle prove di calibrazione in laboratorio (± 15%) e l’accuratezza difficilmente è migliore di ± 25%
Calibrazione mediante provini standard (cubetti)
utile per il controllo in corso d'opera
37
verifica e calibrazione dello sclerometro
incudine per la verifica del corretto funzionamento (indice rimbalzo = 80)
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
effetto della pressione di confinamento sulle
prove di calibrazione per diversi calcestruzzi
38
Tecniche Non Distruttive per Strutture in Calcestruzzo
curva base della EN13791 (da traslare verticalmente)
curve di letteratura
esempi di curve di correlazione
http://www.omikk.bme.hu/collections/phd/Epitomernoki_Kar/2014/Szilagyi_Katalin/ertekezes.pdf
39 Il metodo SONREB (metodo combinato)
tentativo di valutare la resistenza del calcestruzzo in opera combinando i risultati
di due prove diverse, che risentono in misura differente del disturbo indotto
da altre variabili (umidità, carbonatazione, ecc)
l'incertezza rimane elevata
per es. utilizzando i risultati ottenuti
su un edificio degli anni '30
Indice Rimbalzo = 38.6 e V=3.0km/s
40
EN 13791 una norma europea poco nota
ma molto utile per la stima
della resistenza a compressione
del calcestruzzo
• calcolo della resistenza caratteristica in opera mediante carotaggi
• calibrazione delle tecniche ND (sclerometro, ultrasuoni, estrazione di inserti)
applicazioni: strutture esistenti, controllo di accettazione non superato
strategia operativa che ne discende:
a) controllo diffuso con metodi ND (resistenza max, min, zone critiche)
b) calibrazione dei metodi mediante carotaggi in punti significativi
41
rebound hammer Ultrasonic Pulse Velocity pullout force
lower 10%
fractile
Alternativa 2: "poche" carote (≥ 9),
campo limitato di resistenze, correlazioni assegnate
anche l'incertezza
della curva di correlazione
viene scontata in termini
semiprobabilistici
42 42
barra spianata e levigata
§ indice Leeb = rapporto velocità V2 / V1 x 1000
§ strumento compatto e di facile uso (senza vincoli esterni per l'indentazione)
§ è necessaria una superficie piana e liscia (disco lamellare + tela smeriglio)
§ il campione deve essere massivo (≥ 5kg) o vincolato saldamente
§ utile per indagini comparative
dispositivo
lo sclerometro per metalli...
prove di durezza dinamica (metodo Leeb)
0.0
0.2
0.4
1-
(Lee
bT/
Le
eb
20)2
0.0 0.2 0.4 0.6 1- f yT/ f y
20
QST 16st
ainl
ess
carbon
f y ~
(Le
eb n
umbe
r)2
m-alloyed
800°C
T = 500-1000°C
QST 10
stainless
correlazione con fy (dopo incendio)
Felicetti - Assessment of fire damage in concrete structures
43
§ correlazione lineare tra picco di accelerazione dello strumento e errore di misura
§ l'effetto del vincolo non supera il 10% sulla misura (20% sulla fy)
preparazione della superficie
ed effetto del vincolo della barra
smerigliatrice + disco lamellare
mini-trapano + tela smeriglio
Le prove di laboratorio e il collaudo
Norme Tecniche per le Costruzioni paragrafo 9.2 - Prove di carico
Lo scopo è di verificare la corrispondenza tra la risposta teorica della struttura
e il reale comportamento sotto carico
Gli elementi devono aver raggiunto la resistenza richiesta per il loro normale
esercizio
Le prove riguardano il comportamento della struttura sotto i carichi di esercizio
che sono rappresentati dai valori caratteristici dei carichi (combinazione rara)
In relazione al tipo della struttura ed alla natura dei carichi le prove possono
essere convenientemente protratte nel tempo, ovvero ripetute su più cicli
L’esito della prova va valutato sulla base dei seguenti elementi:
la proporzionalità tra carichi e deformazioni
l'assenza di fratture, fessurazioni, deformazioni o dissesti che compromettano
la sicurezza o la conservazione dell’opera
la deformazione residua non superi una ragionevole quota parte di quella totale
o comunuqe la struttura tenda ad un comportamento elastico.
la deformazione elastica risulti non maggiore di quella calcolata.
Le prove di laboratorio e il collaudo
1. Introduction
2. Notation and terminology
3. History of load test, load factors, and acceptance criteria
4. Load factors
5. Load test protocol
6. Acceptance criteria
7. Summary
8. References
App. A Determination of equivalent patch load
App. B History of load test, load factors, and acceptance criteria
un interessante documento
che estende notevolmente le indicazioni
fornite dalle NTC
Le prove di laboratorio e il collaudo
in accordo con le normative recenti, il carico permanente è suddiviso in
Dw = carico permanente strutturale (self weight, G1 nelle NTC)
Ds = carico permanente non strutturale (superimposed, G2 nelle NTC)
la quota del carico di progetto da applicare nelle prove di carico varia nei diversi
paesi ed è evoluta nel tempo (dalle tensioni ammissibili al metodo degli stati limite)
Le prove di laboratorio e il collaudo
il documento ACI 437.1R-5
considera la condizione dello stato limite di esercizio (Dw + Ds + L)
come caso significativo da includere tra i passi di carico
suggerisce carichi massimi di prova più elevati per carichi generici ed elementi
che ci si attende abbiano una rottura duttile (flessione con armatura debole)
carico di prova = 1.2(Dw + Ds)
carico di prova = 1.0Dw + 1.1Ds + 1.4L + 0.4(Lr or S or R)
carico di prova = 1.0Dw + 1.1Ds + 1.4(Lr or S or R) + 0.9L
Ds = carico permanente non strutturale;
Dw = carico permanente strutturale;
L = carico utile, o azioni conseguenti;
Lr = carico sulla copertura, o azioni conseguenti;
R = carico della pioggia, o azioni conseguenti;
S = carico della neve, o azioni conseguenti
valori leggermente più elevati nel caso di carichi applicati su porzioni limitate
Le prove di laboratorio e il collaudo
flessimetro
210
4100 mm
230
carico
prove di carico con attuatori idraulici
Le prove di laboratorio e il collaudo
misure di spostamento - potenziometri lineari
forniscono un segnale elevato, che non richiede condizionatori di segnale
(può essere letto direttamente con una comune scheda di conversione A/D)
soluzione vantaggiosa per corse lunghe (≥10mm) e spostamenti > 0.01mm
adatto per la misura degli abbassamenti degli elementi inflessi
ma in genere non per le misure di deformazione (rumore ~2mV/10V)
il principio di funzionamento
è quello del partitore di tensione
un cursore scorre su una resistenza
e legge un potenziale intermedio
tra quello dei due poli di alimentazione
Le prove di laboratorio e il collaudo
dettagli del montaggio delle aste di sostegno dei flessimetri
trasduttori potenziometrici - fondo scala = 25mm (disponibili anche corse inferiori)
flessione massima misurata = 1.25 mm (solo il 5% del fondo scala)
rumore elettrico @ 2mV / 10V = 5mm = 0.4% del valore massimo misurato
errore di linearità = 0.2% f.s. = 50mm = 4% del valore misurato
ma per piccole escursioni in genere l'errore locale è ben inferiore
Le prove di laboratorio e il collaudo
0.0 0.4 0.8
Spostamento (mm)
1.2 0
10
20
Carico (kN)
30 1 2 3 4 5
1 2 3
Posizione
4 5 1.5
1.0
0.5
0.0
Sp
osta
me
nto
(m
m)
5
10
15
25
20
30 kN
risposta al carico distribuito (5 attuatori attivi)
Le prove di laboratorio e il collaudo
0.0 0.1 0.2
Spostamento (mm)
0.3 0
10
20
Carico (kN)
30 1 5 2 4 3
1 2 3
Posizione
4 5 0.3
0.2
0.1
0.0
Sp
osta
me
nto
(m
m)
5
15
25
20
10
30 kN
risposta al carico concentrato (solo attuatore #3 attivo)
Le prove di laboratorio e il collaudo
d
k
EIt
P
k = 1 / (3.50m · dtotale) @ 10 kN/m / mm
E = 30000 N/mm2
a = (k / 4EIt)0.25 = 0.186 m-1
l = 2p / a = 33.7 m
It @ 0.07 m4
d = 8.75m
1 2 3
Posizione
4 5
0.3
0.2
0.1
0.0
Sp
osta
me
nto
(m
m)
P = 30 kN
20 kN
10 kN
sperimentale
teorico
modello analitico della struttura:
trave su suolo elastico (teoria di Winkler)
la trave è rappesentata dal parapetto e dalla trave di bordo
il suolo elastico è rappresentato dalle mensole
Si trascura il comportamento a piastra
Le prove di laboratorio e il collaudo
f1 f2
k P P f1+ f2
più deformabile
di quanto atteso?
P = carico impresso da un martinetto (interasse = 3.50m)
freccia
sperimentale contributo
della parte
non caricata
dfless
Le prove di laboratorio e il collaudo
prova di carico con serbatoi flessibili
Le prove di laboratorio e il collaudo
serbatoio
flessimetri
Le prove di laboratorio e il collaudo
0 1 2 3
Tempo (h)
4 5 0
4
8
12
16
Vo
lum
e (
m3)
serbatoio 2
serbatoio 1
0 1 2 3
tempo (ore)
4 5 0
10
20
30
Te
mpe
ratu
ra (
°C)
estradosso
intradosso
max
media (misure in 3 punti)
min
Carico e temperatura nel tempo
Settembre: temperatura ambiente T @ 24°C
l'acqua nei serbatoi è significativamente più fredda l'estradosso tende a contrarsi !
Le prove di laboratorio e il collaudo
0
100
circonferenza 2
200
Carico (kN)
300 A2
D2
B2
C2
3.0
2.0
1.0
0.0
Sp
osta
me
nto
(m
m) 78
196
275
235
157
314 kN
C B
area caricata
A D
deformazione lungo il cerchio di mezzeria:
comportamento a piastra non trascurabile
(il che rende difficile l'interpretazione dei risultati)
0.0 1.0 2.0 3.0 15 16 17 18 19 20
Spostamento (mm) Numero colonna
Le prove di laboratorio e il collaudo
0.0 1.0 2.0
Spostamento (mm)
3.0 0
100
200
Carico (kN)
300
C1
C2
C3
C4
sezione radiale C
0 4 8
Coordinata (m)
12 16 3.0
2.0
1.0
0.0
Sp
osta
me
nto
(m
m)
78
196
235
275
157
314 kN
setto in
tern
o
co
lon
na
este
rna
n.1
7
area
caricata
sezione radiale:
influenza dei semi-incastri alle estremità
Le prove di laboratorio e il collaudo
4.0 m
qprova
k1 k2
k1 k2
1.25 1.40m
1kN
0.11mm 0.012mm
0.020mm
C1 C3
C2
0. 58m
strato di pendenza
getto integrativo
pannello alveolare
1.20
1.92m
pavimentazione
predalles
interpretazione con un modello di trave elastica
EIs
L = 14.85 m
Le prove di laboratorio e il collaudo
il modello monodimensionale di trave trascura il comportmento a piastra
ed è accettabile solo per una distesa di carico (lungo i cerchi)
di larghezza superiore alla luce dei pannelli alveolari (lungo i raggi)
i risultati che si sarebbero ottenuti con tale carico
possono essere stimati applicando il teorema di reciprocità di Betti:
lo spostamento in A2 sotto effetto di un carico centrato in C2
è lo stesso che si avrebbe in C2 con un carico in A2
inoltre, la simmetria della struttura permette di ripetere
il ragionamento nel campo speculare rispetto al raggio C
(quindi lo spostamento in A2 viene considerato 2 volte)
misura in C2 : 2.41mm / 314kN = 7.7x10-3 mm/kN
+ 2 x misura in A2 : 2 x 1.0x10-3 mm/kN
nel caso in esame il carico di prova
si estende su un arco di 30° (=12 m)
(7.7 + 2.0) x 10-3 mm/kN / 12 m = 0.116 mm/(kN/m)
molto simile al risultato del modello di trave
Le prove di laboratorio e il collaudo
k1 k2
DT/ h
+
4.0 m
-
-8 -4 0
variazione termica (°C)
0.00
0.20
0.40
ord
ina
ta (
m)
getto integrativo
pavimentazione
intradosso
predalles
gradiente termico
medio
4h 2h
effetto della curvatura termica
la curvatura termica è dettata dalla cinematica delle sezioni piane,
che governa la deformazione totale del materiale (ipotesi di Bernoulli-Navier)
Lo scostamento dall'andamento lineare del profilo delle dilatazioni termiche
corrisponde a delle tensioni autoequilibrate, che non modificano la curvatura
Le prove di laboratorio e il collaudo
0 1 2 3
tempo (ore)
4 5 0
4
8
12 gra
die
nte
term
ico D
T/h
(°C
/m)
secante
medio
freccia termica
f. depurata (7.7x10-3 mm/kN)
0.0 1.0 2.0
Spostamento (mm)
3.0 0
100
200
Carico (kN)
300
freccia totale
freccia in C2
diagrammi carico spostamento dopo la correzione
una misura della freccia residua il giorno successivo alla prova
consente la rimozione dell'effetto termico
senza passare per un modello strutturale e le sue incertezze
Le prove di laboratorio e il collaudo
carico q = 6.5kN/m2 + gradiente 2.3°C/m
semi-incastro lungo i bordi circolari
simmetria rispetto al raggio mediano tra i due serbatoi
data l'anisotropia del solaio, non è facile cogliere il comportamento a piastra
15 16 17 18 19 20 21
Numero colonna
3.0
numerico 2.0
Ptot = 314 kN
1.0
0.0
area caricata
Sp
osta
me
nto
(m
m)
A D C B
sperimetale
nununununununununununununununununumemememememememememememememememeririririririririririririririririricocococococococococococococococo 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2nunununununununu cocococococococo 2
analisi numerica con elementi piastra permette di considerare anche la ridistribuzione lungo i cerchi
Le prove di laboratorio e il collaudo
...ritornando al documento ACI
due possibili durate del carico
24 ore sotto il carico massimo
più affidabile e realistico
non sempre praticabile, per ragioni tecniche ed economiche
carico di breve durata e verifica della stabilità sotto carico massimo
meno affidabile
è richiesta una maggior cura nell'osservazione della risposta sperimentale
(deviazione dalla linearità, ripetibilità e permanenza)
due possibili procedure di carico
monotonica
più facile da gestire se si usano zavorre per applicare il carico
ciclica (ma quasi statica)
possibile quando i carichi vengono applicati mediante attuatori idraulici
Le prove di laboratorio e il collaudo
criterio di accettazione
per prove con durata del carico = 24h
massima deformazione residua
criterio di accettazione
per prove con carico ciclico
95% - 105% è accettabile
deve essere inferiore al 10%
ripetibilità della parte elastica
della deformazione
deform. residua / totale
al secondo ciclo
curvatura max
=
D deform.max / altezza
L2/h is related to the max deflection
Le prove di laboratorio e il collaudo
deviazione dalla linearità = 100% - linearità
deve essere ≤ 25% A - 5 passi di carico, con incrementi non superiori
al 10% del carico totale di prova.
Il carico viene incrementato gradualmente
tipicamente fino al carico di esercizio ma
senza eccedere il 50% del carico totale di prova
B - ripetizione del ciclo A
che consente una verifica della ripetibilità
C&D - due cicli identici ad un carico intermedio
tra A-B e il carico totale di prova
E&F - due cicli identici fino al carico max di prova
Scarico per verificare il residuo,
almeno 2 min dopo la rimozione del carico
Le prove di laboratorio e il collaudo
un esempio applicativo rampe di accesso dello stadio di S.Siro
co
lon
na
Le prove di laboratorio e il collaudo
posizione dei punti di misura
carico di esercizio = 4kN/m2
carico di prova = 150% del carico di esercizio
Le prove di laboratorio e il collaudo
Le prove di laboratorio e il collaudo
posizionamento dei puntelli
con attuatori idraulici
uno degli attuatori
è munito di cella di carico
Le prove di laboratorio e il collaudo
puntelli di contrasto
puntelli di contrasto
aste di misura
puntelli di carico
Le prove di laboratorio e il collaudo
B4
B6
deflection of the cantilever
Le prove di laboratorio e il collaudo
carico sulla sola mensola
Le prove di laboratorio e il collaudo
Le prove di laboratorio e il collaudo
78
considerazioni conclusive
in alcuni casi le prove di laboratorio sui materiali da costruzione non si
limitano al rilascio di un certificato da parte del produttore o di un laboratorio
ma richiedono la piena comprensione della rappresentatività della prova
dei fattori che la condizionano e della correlazione con altre proprietà
le prove diagnostiche sono un utile strumento per la valutazione
dell'omogeneità dei materiali o l'identificazione di difetti
ma l'impiego in termini quantitativi richiede specifiche calibrazioni
l'interpretazione delle prove di carico richiede un'attenta lettura
dei meccanismi strutturali secondari, non considerati nel calcolo strutturale
I carichi di prova indicati dalle NTC spesso non sono sufficienti
per fornire indicazioni sul comportamento ultimo della struttura
Le prove di laboratorio e il collaudo 79
http://www.lpm.polimi.it
80
Indagini diagnostiche su strutture in c. a. - Normativa
una nuova iniziativa nel campo della diagnostica strutturale
PoliNDT : Laboratorio per la Diagnostica e il Monitoraggio Strutturale
Dipartimenti coinvolti
Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica - durabilità
Elettronica, Informazione e Bioingegneria - sensori e monitoraggio
Ingegneria Civile e Ambientale - strutture civili
Meccanica - strutture meccaniche e impianti