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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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MODELLAZIONE NUMERICA
Punto di battuta
Punti di misura
MODELLO COMSOL A STRATI
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MODELLAZIONE NUMERICA – Propagazione impulso
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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)
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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 %
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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
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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
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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
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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
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Grazie