Controllo della resistenza del calcestruzzo in opera: una procedura innovativa per eseguire la prova pull-out

Nel presente articolo viene presentata una procedura innovativa per l’esecuzione standardizzata della prova di estrazione (pull out) con tasselli post-inseriti, finalizzata al controllo della resistenza del calcestruzzo in opera.

Con questa nuova procedura, utilizzando un tassello post-inserito perfettamente conforme ai requisiti geometrico-dimensionali prescritti dalla norma, la metodologia di prova non risulta affetta dalle dispersioni che possono riguardare l’utilizzo di inserti destinati per altri usi; ciò rende la prova di estrazione con tasselli post-inseriti, alla pari dei tasselli pre-inglobati, una delle tecniche non distruttive maggiormente affidabili in termini di riproducibilità e ripetibilità, da affiancare a prove distruttive quali i carotaggi, per la stima della resistenza del calcestruzzo in opera.

Che cosa è la prova di estrazione (pull-out) e come funziona

La prova di estrazione (pull-out), conosciuta in Unione Sovietica già nel 1935, è un metodo non distruttivo per il controllo delle qualità meccaniche del calcestruzzo.

La prova viene eseguita inserendo nel calcestruzzo (al momento del getto o in un secondo momento) un apposito inserto (denominato tassello), che ha la particolarità di avere due diametri diversi: uno più piccolo (lo stelo), che permette di raggiungere la profondità di infissione prescritta dalla norma, ed uno più grande (testa o disco) che funge da ancoraggio.

La prova consiste nel misurare la forza necessaria ad estrarre il tassello “preinglobato” o “post-inserito” dal calcestruzzo indurito (Fig. 1 e 2).

Prova di estrazione con tassello pre-inglobato e tassello post-inserito

Per far questo, si esercita una forza contro un anello di contrasto, concentrico rispetto all’inserto e poggiante sulla superficie del materiale stesso, per mezzo di un martinetto oleodinamico cavo (Fig. 3) dotato di manometro digitale munito di detentore di picco. Il martinetto è azionato da una pompa idraulica collegata allo stesso da un tubo flessibile ad alta pressione.

Grazie alla particolare forma dell’ancoraggio, oltre ad esso, viene anche estratta una porzione di calcestruzzo di forma tronco-conica. Le linee di frattura del tronco-cono vengono definite dalle dimensioni dell’inserto di acciaio, dalla profondità a cui viene inserito il diametro maggiore e dalle dimensioni dell’anello di contrasto. La forza necessaria ad estrarre il tassello consente, attraverso opportune curve di correlazione, di stimare la resistenza meccanica a compressione del calcestruzzo in sito.

Anello di contrasto del martinetto oleodinamico

Fig. 3 − Anello di contrasto del martinetto oleodinamico

Lo svantaggio che la prova di estrazione presenta è che deve essere prevista e predisposta in anticipo prima di eseguire il getto, se si vogliono utilizzare tasselli preinglobati (LOK-Test).

La prova pull-out con tasselli post-inseriti

Con l’intento di superare questo limite, è stata proposta la tecnica con tasselli post-inseriti (CAPO-Test, “Cut and Pull Out Test”), che consentono la loro installazione in un secondo momento rispetto alla messa in opera della struttura.

Il LOK-Test viene presentato in Danimarca nel 1962 con l’intento di indicare la qualità della superficie del calcestruzzo (strato corticale).

Questa esigenza nasce dal fatto che lo strato corticale del calcestruzzo è una parte molto importante per la durabilità dell’opera, infatti costituisce l’elemento di protezione delle barre di armatura da attacchi dovuti all’umidità, al cloro ed all’anidride carbonica.

La profondità di indagine è stata fissata a 25 mm, per essere sicuri che nella zona di rottura non ci sia la presenza di barre di armatura, che potrebbero falsare i risultati di prova.

La sperimentazione condotta in Danimarca ha consentito di fissare il diametro interno del disco dell’anello di contrasto del martinetto oleodinamico cavo a 55 mm, in modo che la retta di correlazione abbia pendenza di 45 gradi. 
Infatti, con tale diametro ad una forza di estrazione di 1 kN corrisponde approssimativamente una resistenza a compressione uguale a 1 N/mm2.

I risultati di molti anni di ricerca dimostrano la stabilità della correlazione fra la forza di estrazione e la resistenza del calcestruzzo, che non risulta essere influenzata da variazioni del tipo di cemento, dall’età e dalla presenza della carbonatazione. I fattori che influenzano la prova di estrazione sono la presenza di grossi inerti (> 35-40 mm) ed inerti leggeri e friabili.

Da uno studio non lineare agli elementi finiti del meccanismo di rottura, si evidenzia la formazione di forze di compressione che vanno dalla testa o disco del tassello inglobato all’anello di contrasto in superficie e quindi la rottura del calcestruzzo è causata dal superamento della sua resistenza a compressione e non a trazione (Fig. 4). Per questo motivo la forza necessaria ad estrarre l’elemento di acciaio è direttamente correlata con la resistenza a compressione del calcestruzzo.

La norma che disciplina la metodologia di indagine è la UNI EN 12504-3:2005 “Prove sul calcestruzzo nelle strutture – Parte 3: Determinazione della forza di estrazione” (richiamata nell’Aggiornamento delle Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 al §11.2.6 “Controllo della resistenza del calcestruzzo in opera”).

La UNI EN 12504-3:2005 sostituisce la UNI 9536:1989+A1:1992 “Calcestruzzo indurito. Determinazione della forza di estrazione con inserti pre-inglobati nel getto”.

La UNI 10157:1992 “Calcestruzzo indurito. Determinazione della forza di estrazione mediante inserti post-inseriti ad espansione geometrica e forzata” è stata ritirata senza sostituzione in data 7 novembre 2013.

Le “Linee guida per la valutazione delle caratteristiche del calcestruzzo in opera” pubblicate nel settembre 2017 dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici - Servizio Tecnico Centrale al “§4.4 Stima delle caratteristiche meccaniche in opera in base alle forza di estrazione (pull out)” indicano “In relazione a tale metodo di indagine, è opportuno rilevare l’importanza che assume il tipo di tassello utilizzato, che dovrà essere ad espansione geometrica controllata. In tal senso è sconsigliato l’impiego di tasselli destinato ad altro uso”.

Si fa infine notare come in Danimarca ed in Svezia la prova di estrazione viene già utilizzata come alternativa al carotaggio.

Le criticità della tecnica di prova

La prova di estrazione è una tecnica:

  • non distruttiva;
  • molto affidabile (se eseguita correttamente);
  • poco invasiva, di facile e rapida esecuzione;
  • poco incidente sugli stati tensionali della struttura;
  • che consente di allargare l’indagine su un numero elevato di elementi strutturali.

La prova è stata fino ad oggi poco utilizzata, nonostante la bassa invasività, a causa di problematiche inerenti l’apparecchiatura.

In particolare, la tipologia di inserti post-inseriti sinora impiegati (Fig. 5 e 6) non rispondevano alle caratteristiche tecniche richieste dalla norma, determinando:

  • un’espansione geometrica non controllata;
  • la presenza di tensioni tangenziali sulla superficie laterale dello stelo del tassello;
  • dei meccanismi di rottura differenti ed in alcuni casi anomali.

esempi di tasselli post-inseriti non conformi alla norma

Ne scaturisce:

  • un’elevata variabilità dei risultati;
  • una scarsa attendibilità della prova.

Altra problematica, da non sottovalutare, è la non perpendicolarità del foro: qualora questa caratteristica venga a mancare, si creano coni di rottura asimmetrici e quindi una non uniforme distribuzione delle tensioni.

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Il presente articolo fa parte degli ATTI DEL CONGRESSO NAZIONALE 2019 DELL’ASSOCIAZIONE MASTER