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Guida SonReb Sonic+Rebound

MAE advanced geophysics instruments - www.mae-srl.it

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GUIDA OPERATIVA

Sonic Rebound

SONic + REBound = ultrasuoni + sclerometro



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Generalità

Tale metodologia d’indagine è la combinazione dei risultati di prove sclerometriche e ultrasoniche

effettuate sugli stessi elementi da indagare (Menditto 2008).

In linea generale il metodo permette di stimare la resistenza a compressione del calcestruzzo migliorando

l’affidabilità delle singole metodologie, ossia riducendo l’influenza di fattori quali: umidità, dimensione degli

inerti, disomogeneità tra gli strati più superficiali e quelli più profondi, eventuali processi di carbonatazione.

Il metodo conduce tuttavia a valutazioni della resistenza del calcestruzzo inevitabilmente affette da

diverse incertezze, dipendenti anche dall’affidabilità dei coefficienti utilizzati per correlare i risultati

sperimentali con la resistenza del calcestruzzo.

Le numerose formulazioni disponibili in letteratura sono state per lo più sviluppate per calcestruzzi con

caratteristiche ricorrenti di resistenza, mentre quelli delle costruzioni esistenti hanno frequentemente

caratteristiche diverse e resistenze minori, che possono renderle non affidabili.

Lo scopo della prova è calcolare la resistenza media a compressione del calcestruzzo combinando la

velocità ultrasonica ottenuta con prove ultrasoniche, con l’indice di rimbalzo ottenuto con prove

sclerometriche compensando in tal modo gli errori di entrambe le prove.

Il contenuto di umidità e l’età del calcestruzzo influenzano in modo opposto entrambe le prove e pertanto

l’utilizzo della combinata “Sonic” and “Rebound” consente di migliorare significativamente l’affidabilità

delle singole metodologie. Nel corso delle misure, si é infatti notato che il contenuto di umidità fa

sottostimare l'indice sclerometrico e sovrastimare la velocità ultrasonica, e che, all'aumentare dell'età del

calcestruzzo, l'indice sclerometrico aumenta mentre la velocità ultrasonica diminuisce

L’interesse per il metodo combinato risiede nel fatto che presenta, rispetto ad altri metodi di controllo non

distruttivi o semidistruttivi, il vantaggio della semplicità e della rapidità esecutiva consentendo di saggiare

estese porzioni di struttura in tempi e con costi accettabili.

Per la redazione della presente guida si sono consultati articoli scientifici, normative di riferimento e

documenti resi disponibili da alcune società leader del settore.



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Normativa di riferimento

Si vogliono elencare di seguito gli standard normativi che devono essere seguiti e rispettati per la corretta

esecuzione delle misure; il presente documento ha preso in riferimento diversi articoli scientifici e, in primis,

i documenti e volumi resi disponibili dal Consorzio della Rete dei laboratori Universitari di Ingegneria

Sismica (ReLuis): “Linee guida per modalità di indagine sulle strutture e sui terreni per i progetti di

riparazione, miglioramento e ricostruzione di edifici inagibili”.

- Misura della velocità di propagazione degli ultrasuoni (UNI EN 12504-4, 2005)

- Misura dell‟indice di rimbalzo sclerometrico (UNI EN 12504-2, 2001)

- Norma BS 1881-204, DIN 1045, CP110

- La norma di riferimento seguita è la UNI EN 12504-4.



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Modalità di acquisizione e restituzione dei dati

La taratura degli strumenti che vengono utilizzati rappresenta un passaggio fondamentale per

effettuare una corretta esecuzione delle indagini.

Lo scelrometro dovrebbe essere controllato mediante la misura dell’indice di rimbalzo dello

sclerometro posto in verticale sull’incudine di taratura in acciaio; lo strumento per le misure

ultrasoniche dovrebbe essere controllato verificando le sonde acustiche con la misura della velocità

ultrasonica in un apposito campione avente velocità di propagazione nota.

La velocità ultrasonica può essere eseguita attraverso diverse strumentazioni:

- Cronosonic - Cronosonic X - Sonic 15

Il funzionamento dei singoli strumenti viene illustrato negli appositi manuali; l’utilizzo specifico delle

strumentazioni e l’interfaccia software esula dagli scopi della guida operativa.

Le indagini scelrometriche si possono effettuare con lo sclerometro digitale della CONTROLSGROUP.

Di seguito si sono volute riassumere le fasi operative principali delle misure cosi da poter rendere

questo documento un valido sostegno per i tecnici del settore.

Le apparecchiature devono essere utilizzate nei limiti delle condizioni di funzionamento dichiarate e i

dati devono essere memorizzati per la successiva analisi. Gli strumenti consentono di visualizzare i

segnali acquisiti in tempo reale sul cantiere di lavoro così si possono eseguire delle valutazioni

qualitative.

Individuato l’elemento strutturale da sottoporre ad indagine SONREB, è

indispensabile accertarsi della presenza di barre di armatura. Queste possono

essere rilevate e in maniera diretta ossia mettendole a nudo rimuovendo il

copriferro presente o, in alternativa (preferibilmente loro integrazione) possono

essere adoperati metodi non invasivi come l’utilizzo del pacometro.

I ferri possono significativamente alterare la velocità ultrasonica in genere

aumentandola; ripetendo l'operazione su più sezioni dell'elemento e disegnando

sulla superficie dello stesso una retta che passi per i punti individuati, sarà possibile

tracciare il reticolo delle armature presenti.

Nell’immagine il risultato di un’indagine pacometrica.



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L’indagine ultrasonica a contatto è un sistema standardizzato nel settore della diagnostica delle

strutture in CLS e dall’analisi delle onde di compressione P nel materiale si ricava il tempo di transito

(tempo di volo T.O.F.), delle onde ultrasonore nel materiale e la velocità di trasmissione delle stesse

all’interno del materiale indagato.

Più nel dettaglio, un treno d'onde longitudinali è prodotto

mediante un trasduttore elettroacustico tenuto in contatto

con una superficie del calcestruzzo sottoposto a prova.

L'impulso è generato mediante un trasmettitore sonico

elettrodinamico (utilizzando una pastiglia di ceramica

piezoelettrica). I risultati rendono possibile l’utilizzo delle

tecniche non distruttive nella fase di costruzione delle nuove

opere, offrendo ai tecnici del settore un efficace strumento

per il monitoraggio puntuale del materiale messo in opera.

E’ bene precisare che con questa prova non possono essere fornite informazioni sulle capacità portanti

dell’opera ma possono essere estrapolate solo informazioni sulla qualità del calcestruzzo o più in

generale del mezzo indagato.

Il metodo sclerometrico consiste nel provocare l’impatto di una massa

convenzionale contro la superficie del materiale sottoposto a prova e nel

misurare l’altezza del rimbalzo; la misura è espressa in termini di percentuale

(indice di rimbalzo IR) rispetto alla distanza percorsa dalla massa in movimento

tra l’istante in cui è rilasciata e quando colpisce la superficie del calcestruzzo.

Considerando che l’energia cinetica della massa battente è standard, l’altezza

di rimbalzo dipende dall’energia dissipata durante l’impatto che a sua volta,

dipende dalla resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo.

Le procedure operative di prova sono descritte nella UNI EN 12504-2, che non

fornisce però alcuna indicazione sull’interpretazione dei risultati finalizzati alla

stima della resistenza a compressione del calcestruzzo in opera.

Nella foto si riporta il particolare della fase di taratura dello sclerometro

digitale della CONTROLSGROUP .

Si ricorda che i test sono condizionati da diversi fattori che possono inficiarne e comprometterne i

risultati. I dati più attendibili si ottengono sui calcestruzzi non fessurati e per lo più omogenei.



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Misura delle velocità ultrasoniche

Per ottenere risultati statisticamente attendibili e non soggetti a fenomeni di natura aleatoria/puntuali, è

bene effettuare la misura delle velocità ultrasoniche in più punti dell’elemento da indagare e calcolarne il

valore medio cosi da avere una stima più accurata del dato.

Cosi come raccomandato dalla normativa in materia, è preferibile fare le misure per trasmissione diretta o

per “Trasparenza”.

Lo strumento “Cronosonic” si presta esclusivamente ad effettuare misure per trasmissione diretta; misure

indirette e semidirette sono eseguibili con il versatile “SONIC 15” con il quale, attraverso le sezioni

dedicate, si possono effettuare anche prove tipo “Pile Integritiy Test” e prove soniche con martello

strumentato.

Nel caso della trasmissione diretta, come previsto dalla norma UNI EN 12504-4, la distanza deve essere

riportata con la precisione di ±1 %.

Nel caso della trasmissione semidiretta si deve misurare la distanza tra i centri delle superfici di contatto

dei trasduttori, in questo caso l’accuratezza della misura del percorso dipende dalla superficie della sonda

in rapporto alla distanza tra le facce delle stesse.

Nel caso della trasmissione indiretta devono essere eseguite una serie di misurazioni successive

spostando progressivamente la sonda ricevente.

Il metodo indiretto è ritenuto il meno sensibile e preciso e vi si ricorre solo nel caso in cui non siano accessibili le altre superfici dell’elemento strutturale o quando lo scopo dell’indagine è la qualità di una determinata area superficiale di calcestruzzo.Il metodo consente di indagare spessori ridotti dell’elemento strutturale e per tale ragione l’esito può risultare non molto significativo.



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La particolare funzione di misura automatica degli strumenti disponibili rende agevole e veloce

l’indagine. Impostando la misura automatica, lo strumento SONIC 15 si predispone per misure ad intervalli

di tempo regolari consentendo cosi in breve tempo di avere una visione delle diverse velocità rilevate.

Più nel dettaglio, in modalità automatica lo

strumento effettua in maniera ripetuta delle misure

con il passo temporale variabile da 1 a 10 secondi.

In tal modo si può controllare come varia il calcolo

della velocità di attraversamento ad ogni emissione

dell’impulso; quando la misura risulta stabile si può

fermare l’acquisizione e procedere al salvataggio.

In figura si riporta un esempio di misura effettuata

attraverso il “SONIC 15”.

In linea generale su ogni elemento strutturale si devono effettuare almeno 10 misure su percorsi diversi

cosi da garantire meglio la qualità del dato ed effettuarne la media.

Nel caso di misure indirette le 10 misure possono essere determinate ad esempio lungo i percorsi cosi

gestibili (1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 3-4, 3-5, 3-6, 4-5, 5-6).



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Valori orientativi della Velocità “apparente” V degli ultrasuoni nel calcestruzzo sono:

per calcestruzzi di cattiva qualità V < 3000 m/s, per calcestruzzi di media qualità 3000 m/s ² V ² 4000 m/s, per calcestruzzi di buona qualità V > 4000 m/s).

L’operatore deve predisporsi per la misura e pertanto deve preparare la strumentazione in modo tale da

poter facilmente gestire le operazioni di acquisizione del dato attraverso lo strumento che intende

utilizzare. Le superfici dell’elemento strutturale da controllare, prima dell’applicazione delle sonde, devono

essere pulite, levigate e rese piane. Se è presente l’intonaco o materiale di copertura delle travi o dei

pilastri, si deve rimuoverlo ed evitare le misure in zone visibilmente disomogenee o con difetti superficiali.

Si può procedere a operazioni di rifinitura con mola abrasiva manuale o elettrica.

La prima operazione che bisogna effettuare è il fissaggio delle sonde ultrasoniche all’elemento

strutturale da indagare. Il buon contatto acustico deve essere garantito utilizzando il mezzo di

accoppiamento fornito in dotazione (gel idrosolubile) o altri come vaselina, grasso, lieve insaponatura,

pasta di caolino/glicerina.

Anche la boiacca viene usata garantendo un ottimo contatto.

È necessario applicare sempre la stessa pressione sulle sonde, infatti questa può influire sul valore del

tempo visualizzato e variare in funzione della pressione applicata; in particolare se la pressione è eccessiva

il tempo visualizzato diminuisce.

Misurata la distanza tra le sonde e inserita questa sullo strumento che si utilizza tramite le apposite

funzioni (confr. Manuale dello strumento) si può procedere a collegare le sonde ultrasoniche con i cavi

specifici. La distanza può essere rilevata attraverso un calibro o una dima e, per un maggior dettaglio si

potrebbe rilevare anche la posizione delle sonde rispetto ad un sistema di riferimento.

A questo punto l’operatore può procedere alla fase di misurazione delle velocità di attraversamento e a

salvsare i dati per la successiva fase di elaborazione.

Si vuole ricordare che cosi come raccomandato dalle norme in materia è bene controllare e verificare

l’omogeneità dei valori di velocità (la differenza tra il valore massimo e minimo deve essere contenuta

entro i 200 ÷ 300 m/s).

Misure che comportano velocità di trasmissione nel calcestruzzo superiori a 4800 m/s o inferiori a 2500

m/s devono essere sempre verificate e /o ripetute.



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Si possono adoperare diverse tipologie di sonde in relazione alla tipologia di opera strutturale che si intende indagare e al metodo di utilizzo (distanza sonde) . Si riportano i trasduttori ad ultrasuoni ad alta efficienza di tipo attivo che maggiormente sono richiesti da parte dei clienti; sono prodotte dalla MAE secondo i più alti standard qualitativi per fornire una efficienza prolungata nel tempo senza decadimento del segnale.

SCU23DU15 Specifiche tecniche sonde :

- Tensione minima di eccitazione:Vp 300

- Tensione massima di eccitazione: Vp 2000

- Frequenza di risonanza: 23 Khz

- Temperatura funzionamento (°C): -20 / +80

- Dimensioni (Diametro) tappo PVC: 38 mm

- Dimensioni (Diametro) cilindro: 30 mm

- Altezza totale: 90 mm

- Peso: 235 g

- Elemento sensibile in ceramica

- Contenitore in acciaio inox

- Sigillo: saldato ermeticamente

- Connettore: ODU /6 poli+1 non schermato

- Lunghezza del cavo: 2.5 metri.

SCU70DU15 Specifiche tecniche sonde:

- Tensione minima di eccitazione: Vp 300

- Tensione massima di eccitazione: Vp 2000

- Frequenza di risonanza: 70 Khz

- Temperatura funzionamento (°C): -20 / +80

- Dimensioni (Diametro) tappo PVC: 38 mm

- Dimensioni (Diametro) cilindro: 30 mm

- Altezza totale: 50 mm

- Peso: 190 g

- Elemento sensibile in ceramica

- Contenitore in acciaio inox

- Sigillo: saldato ermeticamente

- Connettore: ODU /6 poli+1 non schermato

- Lunghezza del cavo 2.5 mt.

La prova è di per se da ritenersi errata o poco valida se non si rispettano le operazioni preliminari di accoppiamento tra il calcestruzzo e la faccia di ciascun trasduttore. In tal senso si consiglia di assicurarne il contatto con l’ausilio di un altro operatore.

La responsabilità di accettare o rifiutare i risultati di un test di integrità è esclusivamente del tecnico che ha eseguito la prova.

Se possibile, si dovrebbero evitare misurazioni in prossimità delle barre di armatura, parallele alla direzione di propagazione degli impulsi. Bisogna porre particolare attenzione alla presenza di armature la cui presenza diventa trascurabile solo se il rapporto tra le somme dei diametri attraversati dal treno d’onde e la lunghezza totale del percorso è minore di 0.06 (per armature disposte perpendicolarmente al percorso) o di 0.30 (per armature disposte parallelamente al percorso).



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Si vuole ricordare che l’obiettivo dell’indagine è quello della misura del tempo di transito delle onde P

longitudinali (compressione) riconosciuto nelle norme come Time of Flight (TOF) o First Arrival Time

(FAT).

Quando si effettua il test è bene ripetere le letture fino ad ottenere un valore più basso del tempo; ciò

indica che lo spessore del mezzo di accoppiamento è stato ridotto al minimo.

Prima di procedere alla misura sull’elemento da indagare, l’utente potrebbe testare lo strumento

attraverso il campione dato in dotazione cosi da verificarne la funzionalità specie quando si registrano

dati anomali o si hanno dei dubbi sui parametri di impostazione.

Il test sul campione con velocità nota e definita è un controllo preventivo per assicurare che non ci

siano ritardi nelle sonde (Probe Delay) se si registrano tempi diversi da quello indicato sul campione.

Per riferimenti maggiori si può consultare l’appendice A della norma UNI EN 12504 4:2005.



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Determinazione dell’indice di rimbalzo scelrometrico

Le procedure operative di prova sono descritte nella UNI EN 12504-2, che non fornisce però alcuna

indicazione sull’interpretazione dei risultati finalizzati alla stima della resistenza a compressione del

calcestruzzo in opera. L’impiego dell’indice di rimbalzo comporta molte indeterminazioni e la probabile

accuratezza nella stima della resistenza a compressione del calcestruzzo in opera che è di circa ± 25% ne

suggeriscono l’impiego limitato alla valutazione della uniformità del calcestruzzo in opera1. Le misure

sclerometriche sono finalizzate alla determinazione della resistenza del calcestruzzo tramite misura della

durezza superficiale, mediante valutazione del rimbalzo di una sfera metallica contenuta in apposito

cilindro cavo. Sono le prove più comunemente utilizzate, sebbene i valori che restituiscono, se non

abbinati alle prove ultrasoniche (metodo SonReb), risultano, spesso, essere poco significativi.

Come indicato dalle norme UNI, l'indice di rimbalzo deve essere valutato come la media sul numero di

battute eseguite nella stessa area di misura (è sbagliato ripeterle sullo stesso identico punto fisico) la cui

superficie sia stata opportunamente preparata (non abbia asperità).

Le aree su cui si eseguono le battute sclerometriche devono risultare interne alle zone di solo

calcestruzzo circoscritte dal reticolo delle armature individuate mediante misure pacometriche.

I criteri di scelta dei punti di battuta prevedono in linea generale di evitare i giunti, vespai e zone porose;

pareti con spessore minimo di 10-15 cm e pilastri con lato minore di 12 cm potrebbero falsare le

indicazioni dello scelrometro data la loro elasticità.

La pulizia della superficie da indagare

costituisce la prima fase preparatoria per

la misura. L’immagine di fianco mostra

l’uso della pietra abrasiva che solitamente

si utilizza per la pulizia.

Si dovrà evitare di eseguire misurazioni

in corrispondenza di calcestruzzo

distaccato o palesemente deteriorato.



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Anche nel caso di calcestruzzi molto vecchi e quindi molto induriti superficialmente occorrerà molare la superficie per una profondità pari allo spessore dello strato carbonatato per un’area sufficiente ad effettuare da 5 a 10 battute sclerometriche. Si consiglia per la molatura un flessibile da circa 750 W con mola Ø 120 mm circa e velocità di 6000 giri/minuto.

Più nel dettaglio su ogni faccia delle superfici di calcestruzzo si dovrebbero eseguire almeno n°9

misurazioni o battute non sovrapposte e distanti non meno di 25 mm tra loro o dal bordo di eventuali

difetti superficiali presenti e da ferri d’armatura, preventivamente localizzati. I punti di battuta sono

costituiti dai punti di intersezione delle linee della griglia.

L’immagine tratta dal “Manuale dei controlli non distruttivi”, SIDERCEM Istituto di Ricerca e

Sperimentazione sui Materiali da Costruzione, riporta un esempio di griglia uniforme con i punti in cui

poter effettuare la misura.

Il risultato della prova è fornito in termini di indice di rimbalzo medio Ir ed è riportato per ogni punto di

indagine. Se, per ciascun punto, oltre il 20% di tutte le misure si discosta dalla media per più di 6 unità,

deve essere scartata l’intera serie di misure.

L'indice di rimbalzo dovrà essere valutato eseguendo la misura con lo sclerometro in posizione

orizzontale. Qualora ciò non sia possibile, al fine di determinare l'equivalente indice di rimbalzo misurato

in orizzontale, si deve far ricorso alle curve di ragguaglio indicate dalla casa costruttrice dello strumento.

Va sottolineato come tale operazione riduca ulteriormente l'attendibilità dei risultati dell’indagine.



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Si ricorda, infine, che la funzionalità dello sclerometro va periodicamente verificata e calibrata (quando lo strumento non consente la calibrazione e risulta starato va sostituito) eseguendo le misure su un'apposita massa detta incudine di taratura o massa di riscontro. Preliminarmente a qualsiasi lettura, è opportuno azionare almeno tre volte lo strumento per accertarne il corretto funzionamento.

L'indice di rimbalzo dovrà essere valutato eseguendo la misura con lo sclerometro in posizione

orizzontale. Qualora ciò non sia possibile, al fine di determinare l'equivalente indice di rimbalzo misurato

in orizzontale, si deve far ricorso alle curve di ragguaglio indicate dalla casa costruttrice dello strumento.

Durante la prova l’asse dello sclerometro deve essere sempre perpendicolare alla superficie della

struttura in quanto, una eventuale inclinazione, ne influenzerebbe i risultati, falsandoli poiché il rimbalzo

della massa battente può essere più o meno disturbato dalla forza di gravità.

In genere, le inclinazioni previste dai diagrammi allegati allo strumento sono relativi ai seguenti angoli:

α = 0° (pilastri, travi ecc.); α = + 90° (solette orizzontali, intradosso di travi ed impalcati); α = - 90° (plinti di fondazione, solette stradali ecc.).

È necessario quindi, secondo il tipo di struttura da saggiare, prestare molta

attenzione al corretto uso dello strumento in modo da ottenere risultati

soddisfacenti.



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A titolo orientativo si riportano i valori medi utilizzati per esprimere la qualità del calcestruzzo con i

metodi descritti. L’indice sclerometrico si converte in resistenza cubica a compressione attraverso le curve

di correlazione relative alla direzione d’uso dello sclerometro.

Determinazione misura SonReb

L'applicazione del metodo richiede la valutazione dei valori locali della velocità ultrasonica V e dell'indice

di rimbalzo S, a partire dai quali è possibile ottenere la resistenza del calcestruzzo Rck mediante espressioni

del tipo:

Rck = a × Sb ×Vc

S= indice di rimbalzo sclerometrico

V= Velocità ultrasonica

a, b, c = parametri di correlazione adimensionali da determinare con le misure sperimentali.



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Per agevolare i tecnici nelle operazioni di calcolo, si è sviluppato il software CSXreader che permette di

selezionare le diverse relazioni presenti nella letteratura scientifica; è bene ricordare che nessuna di

queste espressioni ha validità generale specie quando si analizzano calcestruzzi di bassa qualità.

Il software permette di salvare il valore della resistenza alla compressione (Rck) calcolato e i

parametri di calcolo, cliccando sul pulsante “Salva”, in modo che in futuro riaprendo tale file

verranno visualizzati automaticamente dal software. Il software permette di esportare file in

formato .csv e .txt

guida operativa sonic rebound · - misura della velocità di propagazione degli ultrasuoni (uni en...

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