Diagnostica

La protezione naturale delle barre d’armatura all’interno della matrice di calcestruzzo è garantita dall’ambiente fortemente alcalino (pH 12,5-13,5) determinato dalla presenza di idrossido di calcio Ca(OH)₂ nella matrice legante.

Tuttavia nel corso del tempo l’anidride carbonica CO₂ atmosferica, penetrando attraverso la porosità del calcestruzzo, reagisce con l’idrossido di calcio dando luogo ad una reazione chimica che ha come prodotti carbonato di calcio CaCO₃ ed acqua H₂0. Diminuendo l’idrossido di calcio la matrice cementizia diviene meno basica (pH 8,5-9) e quando tale fenomeno, detto appunto di carbonatazione, giunge al livello delle armature, viene a mancare la protezione naturale delle stesse le quali, in presenza di umidità e ossigeno, possono ossidarsi fino ad arrugginire innescando un processo di espansione dirompente sullo strato di copriferro.

La misura della profondità di carbonatazione si determina spruzzando sulla superficie del conglomerato cementizio una soluzione di fenolftaleina all’1% in alcol etilico. Le norme di riferimento sono la UNI 9944:1992 – “Corrosione e protezione dell’armatura del calcestruzzo. Determinazione della profondità di carbonatazione e del profilo di penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo” e la  UNI EN 14630:2007 – ” Prodotti e sistemi per la protezione e la riparazione delle strutture in calcestruzzo – Metodi di prova – Determinazione della profondità di carbonatazione di un calcestruzzo indurito con il metodo della fenolftaleina”.

La prova viene generalmente effettuata su una carota di calcestruzzo immediatamente dopo l’estrazione per evitare un’ulteriore attacco da parte dell’anidride carbonica), oppure direttamente sull’elemento strutturale (asportando, per esempio il copriferro di uno spigolo).

La fenoftaleina, che normalmente è trasparente, vira al rosso/viola in presenza di Ph > 9. Zone che rimangono trasparenti segnalano quindi la presenza di zone dove l’armatura non è protetta dall’ambiente basico.

L’indagine pacometrica è una prova non distruttiva per l’identificazione delle armature all’interno del calcestruzzo. Tale indagine utilizza il principio della misurazione dell’assorbimento del campo magnetico, prodotto dal pacometro stesso, che viene evidenziato tramite un sistema digitale accoppiato ad un sistema acustico, per una più comoda e immediata rilevazione degli elementi metallici.

Mediante tale indagine di tipo magnetico è possibile rilevare con buona precisione la posizione di barre di armatura presenti nel calcestruzzo armato, la loro profondità (copriferro) ed il loro diametro.

Il pacometro è anche estremamente utile per:

• ricercare tubazioni e cavidotti sub-superficiali;
• ricercare tirantature nascoste;
• localizzare strutture armate (cordoli, architravi, travi, pilastri) immersi nelle murature;
• localizzare nervature di solai, sia in c.a che in laterocemento che in acciaio.

L’indagine sclerometrica è una prova non distruttiva per la determinazione dell’indice di rimbalzo sclerometrico di un’area di calcestruzzo indurito utilizzando un martello di acciaio azionato da una molla, noto come sclerometro o martello di Schmidt.
Tale prova è normata dalla UNI EN 12504-2:2012 “Prova sul calcestruzzo indurito nelle strutture – Prove non distruttive – Determinazione dell’indice sclerometrico”.

La prova si basa sulla corrispondenza esistente tra il carico unitario di rottura a compressione e la durezza superficiale del calcestruzzo, misurata quest’ultima in termini di energia elastica rilasciata a seguito dell’urto di una massa mobile con la superficie dell’elemento da indagare

La stima della resistenza meccanica in opera mediante metodo non distruttivo sclerometrico deve necessariamente essere tarata e correlata con la resistenza meccanica riscontrata a seguito di carotaggi. Le carote estratte vengono sottoposti ad indagine non distruttiva prima della loro rottura.

L’accoppiamento dell’indagine sclerometrica con l’indagine ultrasonica da luogo al metodo SonReb. Per utilizzare il metodo SonReb nella stima delle resistenze meccaniche del calcestruzzo, questo metodo combinato deve sempre essere tarato e correlato con la resistenza meccanica riscontrata a seguito di carotaggi.  La validità del metodo SonReb deriva dalla compensazione delle imprecisioni dei due metodi non distruttivi utilizzati. Infatti si è notato che il contenuto di umidità fa sottostimare l’indice sclerometrico e sovrastimare la velocità, e che, all’aumentare dell’età del calcestruzzo, l’indice sclerometrico aumenta mentre la velocità ultrasonica diminuisce.

L’indagine ultrasonica è una indagine non distruttiva che determina la velocità di propagazione degli impulsi delle onde longitudinali ultrasoniche nel calcestruzzo indurito.

Tale metodologia di prova è normata dalla UNI EN 12504-4:2005 “Prove sul calcestruzzo nelle strutture – Parte 4: Determinazione della velocità di propagazione degli impulsi ultrasonici” ed è anche descritta sulle “Linee guida per la messa in opera del calcestruzzo strutturale e per la valutazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo indurito mediante prove non distruttive”, del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici – Servizio Tecnico Centrale.

La misurazione della velocità di propagazione dell’impulso ultrasonico può essere usata per le seguenti determinazioni:

• omogeneità o disomogeneità (presenza di fessure, vuoti o vespai) nel calcestruzzo;
• variazioni delle caratteristiche del calcestruzzo nel tempo;
• modulo di elasticità dinamico
• stima della resistenza del calcestruzzo in sito

L’accoppiamento dell’indagine ultrasonica con l’indagine sclerometrica da luogo al metodo SonReb. Per utilizzare il metodo SonReb nella stima delle resistenze meccaniche del calcestruzzo, questo metodo combinato deve sempre essere tarato e correlato con la resistenza meccanica riscontrata a seguito di carotaggi.  La validità del metodo SonReb deriva dalla compensazione delle imprecisioni dei due metodi non distruttivi utilizzati. Infatti si è notato che il contenuto di umidità fa sottostimare l’indice sclerometrico e sovrastimare la velocità, e che, all’aumentare dell’età del calcestruzzo, l’indice sclerometrico aumenta mentre la velocità ultrasonica diminuisce.

La prova di  pull-out è una prova semidistruttiva poiché produce un danno limitato all’elemento di calcestruzzo (approssimativamente diametro 55 mm, profondità 25mm).  Con questa prova si determina la forza di estrazione di un inserto metallico standardizzato, preinglobato o post inserito nell’elemento in calcestruzzo da sottoporre a prova. Consente di stimare la resistenza a compressione del calcestruzzo e va sempre tarata e correlata con la resistenza meccanica riscontrata a seguito di carotaggi.

Tale prova è normata dalla UNI EN 12504-3:2005 “Prove sul calcestruzzo nelle strutture – Parte 3: Determinazione della forza di estrazione”.

Il pull-out,  quando utilizzato nella diagnosi del degrado, stima la corrispondenza esistente tra la forza necessaria ad estrarre un inserto metallico standardizzato post inserito nel calcestruzzo indurito e il carico unitario di rottura a compressione del calcestruzzo. La forza di estrazione è rappresentativa di uno stato di sollecitazione complesso, ma la prova è veloce, ha prezzi contenuti, ed il valore stimato di resistenza a compressione del calcestruzzo è migliore delle correlazioni esistenti tra resistenza a compressione e indice di rimbalzo (prova sclerometrica) o velocità di propagazione delle onde elastiche (prova ultrasonica).

Tale prova può essere anche essere utilizzata per stabilire quando procedere al post tensionamento, quando rimuovere forme e puntelli, quando interrompere la protezione dei getti (soprattutto in periodo invernale), oppure per effettuare prove comparative.

Si tratta di una prova distruttiva con la quale si prelevano campioni cilindrici di calcestruzzo indurito mediante carotaggio. La prova è normata dalla UNI EN 12504-1:2002. L’indagine  consente di ottenere delle carote di materiale strutturale che vengono accuratamente esaminate e poi sottoposte a prova di compressione, secondo procedimenti normalizzati, al fine di valutare, attraverso opportuni coefficienti corretivi, la resistenza meccanica del calcestruzzo in situ.

La prova viene eseguita attraverso una carotatrice, ossia un motore che fa ruotare un carotiere munito di corona diamantata raffreddata ad acqua, il cui diametro utilizzato è scelto in relazione alla dimensione massima dell’aggregato presente nella matrice di calcestruzzo.

Preliminare all’operazione del carotaggio è una indagine pacometrica mediante la quale vengono rilevate le barre di armatura nella zona dove si intende eseguire il prelievo, per essere sicuri di escluderle dal percorso del carotaggio stesso.  Le carote estratte vengono esaminate e, solitamente, sottoposte alla prova di determinazione della profondità di carbonatazione.  Vengono quindi opportunamente protette e portate in laboratorio per la prova a schiacciamento secondo la norma UNI EN 12390-3 (“Prova sul calcestruzzo indurito – Resistenza alla compressione dei provini).

I carotaggi vanno eseguiti in modo molto oculato: in primo luogo perché apportano un danneggiamento alla struttura, che non viene totalmente sanato con il riempimento del foro, anche utilizzando malte strutturali performanti. In secondo luogo perché la tecnica può essere affetta da importanti incertezze, legate all’operazione di carotaggio in se (possibile danneggiamento del campione in fase di prelievo e trasporto) o legate alla variabilità della resistenza a compressione del calcestruzzo lungo uno stesso elemento strutturale (trave, pilastro). Per questo motivo risultano utili le integrazioni e le correlazioni con le indagini non distruttive (sclerometrie, ultrasuoni)  o semidistruttive (pull-out) che possono essere invece estese ad un  numero moto elevato di elementi.