VERIFICA STRUTTURALE DELLE COSTRUZIONI E … · carote - prelievo, esame e prova di compressione: normativa uni en 12504-1:2009

Arch. COSIMO PALMIERI email:[email protected]

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“ VERIFICA STRUTTURALE DELLE COSTRUZIONIE DEGRADO DEI MATERIALI:

STRUMENTAZIONI E METODI D’INDAGINE -ALCUNI CASI STUDIO “

“ CALCESTRUZZO ARMATO E MURATURE “

ORDINE DEGLI ARCHITETTI, P.P.C.DELLA PROVINCIA DI BARI

ORDINE DEGLI INGEGNERIDELLA PROVINCIA DI BARI

19 aprile 2013


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NORMATIVE DELLE STRUMENTAZIONI: QUALIFICAZIONE E CERTIFICAZIONE DEL PERSONALE

ADDETTO ALLE PROVE NON DISTRUTTIVE : Normativa UNI EN ISO 9712:2012 INDAGINE SCLEROMETRICA ( SC ) : Normativa UNI EN 12504-2:2012

INDAGINE ULTRASONICA ( UT ) : Normativa UNI EN 12504-4:2005

INDAGINE SONICA ( SO ) : Normativa UNI 10627-1997

INDAGINE MAGNETOMETRICA Normativa BS 1881 – 204; DIN 1045; CP 110

PROVE SUL CALCESTRUZZO NELLE STRUTTURE –CAROTE - PRELIEVO, ESAME E PROVA DI COMPRESSIONE: Normativa UNI EN 12504-1:2009

PROVE SUL CALCESTRUZZO INDURITO – RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE DEI PROVINI: Normativa UNI EN 12390-3:2003

PROFONDITA’ DELLA CARBONATAZIONE MEDIANTELA PROVA ALLA FENOLFTALEINA: Normativa UNI 9994:1992

PROCESSI CORROSIVI DEL FERRO DI ARMATURA Normativa UNI 9535:1989

PULL - OUT Normativa UNI EN 12504-3 :2005

PULL - OFF Normativa UNI-EN 1542:2000

SONDA DI WINDSOR Normativa ASTM C 803

MARTINETTI PIATTI ( Singolo o Doppio ) Normativa ASTM C1196-09 - ASTM C1197-09

TERMOOGRAFIA ALL’INFRAROSSO Normativa UNI 10824-1:2000

TERMOFLUSSIMETRIA Normativa ISO 9863/04

BLOWER DOOR TEST Normativa UNI EN ISO 13829


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Le verifiche strutturali delle costruzioni e il degrado dei materiali, vengonoeseguite con strumentazioni che hanno la funzione di VALUTARE o di DETERMINARErisultati per:

il Calcestruzzo armato:- conoscere la compattezza e la resistenza strutturale del calcestruzzo;- conoscere il degrado della carbonatazione del calcestruzzo;- conoscere il degrado corrosivo delle armature;- conoscere il cattivo posizionamento delle armature.

le Murature:- conoscere le stratificazioni e la compattezza delle murature;- conoscere il grado di ammorsatura tra pareti;- conoscere il tipo di collegamento tra pareti ed orizzontamenti;- conoscere la presenza di elementi spingenti;- conoscere le deformazioni dei cedimenti strutturali;- conoscere la resistenza delle malte;- conoscere la qualità dei leganti spesso alterata da fenomeni di degrado fisico-chimico;- conoscere le caratteristiche meccaniche di deformabilità e di resistenza dei materiali costituenti la struttura

in muratura;

- conoscere lo stato di qualità della costruzione ( umidità, variazioni termiche, trasmittanza termica, presenzadi interventi eseguiti e non visibili all’ occhio umano ).


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STRUMENTAZIONE PER L’ESECUZIONEDELLA DIAGNOSTICA NON DISTRUTTIVA

Metodi Meccanici

• Sclerometro• Pull-Out• Pull-Off• Sonda di Windsor• Martinetti Piatti

Metodi Acustici

- Calcestruzzo → Omogeneità del materiale,caratteristiche meccaniche

Dati rilevabili: - Murature → Stato di consistenza deipannelli murari

- Pali di fondazione → Omogeneità del materiale

Prove ultrasoniche e soniche Prove soniche con analizzatore Cross-Hole su pali di fondazione Tomografia


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Metodi Elettromagnetici• Pacometro• Termografia• Georadar

Metodi di misura e di registrazione( Monitoraggio )

• Monitoraggio strutturale dinamico ed ambientale• Misure di Vibrazioni• Deformazioni e Spostamenti

Metodi ChimiciPrelievo di campioni in piccole quantità per prove con sostanze reagenti

carbonatazione

Metodi ElettrochimiciLe tecniche per la stima e/o valutazione del processo di corrosione dei ferri di armatura

potenziale di corrosione


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LE FASI DI DIAGNOSI PREVEDONO:

Piano delle prove

Esecuzione

Analisi dei risultati


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Piano delle prove Verifica della sicurezza del cantiere Verifiche delle geometrie dell’edificio Verifiche delle strutture dell’edificio Individuazione e rilievo dei quadri fessurativi Conoscenza del degrado e della conservazione dei materiali Individuazione dei livelli di conoscenza per la scelta dei fattori di confidenza Rilievo fotografico Criteri e tipi di intervento

Esecuzione Indagine termografica per l’individuazione dello stato di fatto esistente sulle zone da diagnosticare Individuazione delle tecniche e degli strumenti Accettazione delle tavole di progetto riportate nel “Piano delle prove “ Esecuzione delle prove scelte


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Analisi dei risultati per il calcestruzzo e per le armature

Conoscenza dell’eventuale stato di carbonatazione del calcestruzzo Conoscenza dell’orientamento e posizione dei ferri di armatura: profondità, spessore e grado di

corrosione Conoscenza degli indici di rimbalzo rilevati dei conglomerati Conoscenza dei valori della resistenza cubica a compressione del calcestruzzo Conoscenza dell’incidenza della velocità di transito delle onde ultrasoniche dei conglomerati Conoscenza dei risultati dei monitoraggi

Analisi dei risultati per le murature

Conoscenza degli spessori delle parti fessurate Conoscenza delle stratificazioni Conoscenza delle Deformazioni, dei cedimenti strutturali e spostamenti Conoscenza della Tensione media di esercizio Conoscenza della resistenza delle malte Conoscenza della Tensione media di deformazione e del Modulo di elasticità della muratura Conoscenza dell’incidenza della velocità di transito delle onde soniche dei materiali ( pietre, tufo,

graniti, mattoni. ) Conoscenza dei risultati dei monitoraggi.


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TERMOGRAFIA INFRAROSSA O TERMOCAMERAPer conoscere lo stato di qualità della costruzione ( umidità, ponti termici, variazioni di spessore, valutazionedi eterogeneità nella tessitura muraria, cavità, cavedi, vani richiusi, cane fumarie, presenza di interventieseguiti e non visibili all’ occhio umano ).


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( metodo passivo )

( metodo reale )

( metodo attivo )


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MISURAZIONE DEL POTENZIALE ELETTRODICO PER IL CONTROLLODELLA PROBABILITA’ DI INNESCO DI PROCESSI CORROSIVI

Per eseguire la valutazione del rischio di corrosione ( pH ) delle armature annegate nel calcestruzzo,misurato con l’elettrodo rame-solfato di rame di riferimento Cu/CuSO4 ( potenziale corrosivo accettabile tra+100 e - 200 mV ).


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CARBONATAZIONE

La misura dello strato carbonatato dei calcestruzzi, costituisce una tra le più comuni prove per monitorare lostato di aggressione da parte degli agenti esterni nei confronti del manufatto in cls.Con il termine carbonatazione si intende il fenomeno di riduzione della basicita’ del calcestruzzo chepossiede al momento del confezionamento (ph > 13).La prova può essere condotta attraverso l’estrazione di una microcarota, di una carota o nel caso in cui laconsistenza del calcestruzzo fosse insufficiente si può procedere alla prova in foro, attraverso la bagnaturacon soluzione di Fenolftaleina che vira al rosso in presenza di pH > 11.

Carote Per il controllo della carbonatazione:Metodo chimico ( colorimetro fenolftaleina )


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SCLEROMETRO

Per stimare: i valori della Resistenzasuperficiale in sito del calcestruzzo, lavalutazione dell’uniformità del calcestruzzo,la individuazione delle aree di scarsa qualitàdi pilastri e travi sia di strutture esistentiche di strutture in fase di esecuzione.

Attraverso la misura dell’indice di rimbalzodi una massa, spinta da una molla calibrata sivaluta la resistenza superficiale del materiale.

Incudine di acciaio pereffettuare la verifica ditaratura dello sclerometro

Griglia di linee con punti di prova ( n. 30 )


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TIPI DI SCLEROMETRO

Tipo Energia di percussione (Joule = Nxm) Applicazioni

N 2,207 Elementi in calcestruzzo didimensioni normali

( fabbricati, ponti, ecc….. )

L 0,735 Elementi in calcestruzzo o pietraartificiale di piccole dimensioni e

sensibili agli urti.

M 29,43 Elementi in calcestruzzo dinotevoli dimensioni

( pavimentazioni stradali, piste diaeroporti, ecc… )


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CERTIFICATI DELLO SCLEROMETRO E DELL’INCUDINE DI TARATURA


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Curva di correlazione in dotazione allo sclerometro


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PACOMETRO

Per conoscere la posizione dei ferri di armatura in strutture esistenti,con l’individuazione della profondità e dello spessore delle armature.

Second scan

First scan


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Esempi di prove sclerometriche e pacometriche - Bari

Pilastro 1

Indagine pacometrica e sclerometrica Tavola grafica dei risultati


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Pilastro 2



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Pilastro 3



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Resoconto di prova


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METODO MICROSISMICO CON VIBRAZIONI AD ALTA FREQUENZA( ULTRASONICA )

Per stimare: la compattezza e la omogeneità del calcestruzzo su strutture esistenti e in corso d’opera,i difetti di getto, il degrado, il modulo di elasticità dinamico, nella prefabbricazione verificare gli elementistrutturali di calcestruzzo.

In combinazione con lo sclerometro ( metodo Sonreb ) per stimare la resistenza e la compattezza delcalcestruzzo in sito.

Sonda emittente esonda riceventeche emettono impulsi divibrazioni meccaniche

ULTRASONICA: Determinazione del tempo di transito mediante oscilloscopio digitale ad alta frequenza da 20 a 200 kHz

Velocità ottimale per il calcestruzzo V > 3500 m/sec

Sonde T-R

Collegamentobluetooth

martello

Palmare

Centralina

Cavi


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PROCEDURE DI INDAGINE ULTRASONICA:

Le misure ultrasoniche e soniche di velocità,normalmente espresse in metri al secondo,possono essere svolte secondo tre diverse procedure:

A diretta o per trasparenza;B di superficie;C radiale.

E R

E R

E

R

A B C


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METODO MICROSISMICO CON VIBRAZIONI A BASSA FREQUENZA ( SONICA )

Per ricercare i difetti nelle cavità e valutare il grado di omogeneità della muratura.

SONICA: Determinazione del tempo di transito mediante oscilloscopio digitale a bassa frequenza fino a circa 16 kHz

Velocità ottimale per le murature V > 1500 m/sec

Cavi

Sonde T-R

Collegamentobluetooth

martello

CavoPalmare

Centralina


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Martello strumentato Accelerometro

Il martello colpisce punti prestabiliti della superficie muraria generando delle onde elastiche che sipropagano nello spessore murario.

La propagazione dell'onda elastica nella struttura muraria è rilevata da un accelerometro.

La velocità di propagazione dell’onda elastica è calcolata dividendo lo spessore della sezione murariaper il tempo di percorrenza.


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PROCEDURE DI INDAGINE:

Le misure ultrasoniche e soniche di velocità, normalmenteespresse in metri al secondo, possono essere svolte secondotre diverse procedure:

A diretta o per trasparenza;B di superficie;C radiale.

E R

E R

E

R

A B C


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CASO STUDIO: “PALAZZO CAPUTI” in RUVO DI PUGLIA

INDAGINE SONICA


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GRIGLIA DEI PUNTI DI BATTUTA ISOVELOCITA’

RISULTATIVmin: velocità minima

819.36 m/s

Vmax: velocità massima

3053.98 m/s

Vm: velocità media

1722.76 m/s

C V: Coefficiente di variazione

31.16%

SCHEDA DI PROVA SONICA SON 1-PTLOCALIZZAZIONE DELLA PROVA FOTO DEL PANNELLO MURARIO (S=100cm)

884.05 959.82 1429.52 2167.34 1638.72

1178.73 1562.5 1343.75 1722.76 2099.69

1267.69 1768.09 819.36 1083.67 2239.58

1493.06 1919.64 2293.58 1866.32 1976.1

1343.75 1722.76 2488.43 2035.98 3053.98

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

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100

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10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000


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508.51 m/s


1753.83 m/s

Vm: velocità media

1077.65 m/s


35.84%

SCHEDA DI PROVA SONICA SON 2-PTLOCALIZZAZIONE DELLA PROVA FOTO DEL PANNELLO MURARIO (S=110cm)

1652.64 826.32 795.72 580.6 627.28

1562.5 561.68 767.3 803.15 1210.39

1386.09 508.51 666.18 987.79 1282.65

1753.83 767.3 834.34 1456.57 1161.32

1507.68 1074.22 1011.03 1621.46 1534.6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

20

30

40

50

60

70

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90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

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60

70

80

90

100

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700


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351.12 m/s


1275.71 m/s

Vm: velocità media

767.02 m/s


37.17%

SCHEDA DI PROVA SONICA SON 5-PPLOCALIZZAZIONE DELLA PROVA FOTO DEL PANNELLO MURARIO (S= 80cm)

833.33 595.24 525.21 1077.59 578.7

1041.67 892.86 781.25 1225.49 625

1116.07 1275.51 710.23 459.56 411.18

480.77 1136.36 466.42 492.13 351.12

1136.36 905.8 961.54 679.35 416.67

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

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30

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50

60

70

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90

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

10

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50

60

70

80

90

100

350400450500550600650700750800850900950100010501100115012001250


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Conclusioni

I valori delle velocità medie registrate dalle prove soniche sono maggiore di 1500 m/s come riferiti

alla SON 1-PT (1722.76 m/s) che risulta di una muratura di medie qualità. Mentre, il dato relativo alla prova

SON 2-PT (1077.65 m/s) indica la presenza di una muratura con vuoti e difetti irregolarità nei corsi o nelle

giunzioni. La prova SON 5-PP, invece, presenta una velocità di propagazione (767.02 m/s) inferiore ai

1000m/s e anche se da un esame visivo della tessitura muraria, la muratura sembra di ottima qualità, in realtà

presenta delle grosse cavità, o meglio ancora, i due paramenti risultano non accostati.

Inoltre gli elevati valori dei coefficiente di variazione compresi tra 31.16% e 44.29% all’interno dei

singoli pannelli investigati, mette in evidenza una notevole variazione delle caratteristiche di propagazione

delle onde elastiche, probabilmente a causa sia di cavità interne per le quali le velocità non superano i

1000m/s e sia per la presenza di diatoni nella muratura i quali fanno registrare velocità superiore a 2500 m/s


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MARTINETTI PIATTIPer conoscere le caratteristiche meccaniche di resistenzae di deformabilità dei materiali costituenti la struttura in muratura.

Con un martinetto si determina Con due martinetti si determina il rilievoil rilievo delle tensioni d’esercizio delle caratteristiche di deformazione

Tensione media di esercizio σ= p x Km x Ka Tensione media di deformazione σ= p x (Am/At) x Km Modulo elasticità della muratura E= σ/ εv


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Taglio con monotroncatrice Posa del martinetto Pressione ai martinetti con manometri

Pressione ai martinetti Verifica dei risultati degli spostamentiprima del taglio e dopo il taglio


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Martinetto piatto rettangolare Martinetto piatto semicircolare Martinetto piatto semiovale400 x 200 x 6 mm 325 x 120 x 4 mm 350 x 260 x 4 mm400 x 200 x 4 mm400 x 120 x 4 mm240 x 120 x 4 mm

Prototipo per prove martinetti


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INDAGINE MARTINETTI PIATTI


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ENDOSCOPIA

Per conoscere le stratificazioni delle strutture di ognigenere (murature, volte, solai, travi lignee, ecc.) ele caratteristiche fisiche, morfologiche, compositivedel degrado all'interno della struttura indagata.

Applicazione

Ispezioni di fori e cavità in strutture;

Ispezione di crepe e lesioni;

Ispezioni su solai e controsoffitti;

Ispezione di tubazioni di diametro ridotto;

Ispezione negli impianti di riscaldamento, ventilazione, condizionamento;

Rilievo visivo della stratigrafia e tessitura delle opere murarie ( volte e pareti );

Rilievo visivo della stratigrafia delle opere lignee.


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Endoscopio modulare estensibile diam. 15 mm


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INDAGINE ENDOSCOPIA


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DESCRIZIONE SINTETICA DELLA PROVA

La ricostruzione della stratigrafia muraria viene effettuata con l’esame visivo mediante endoscopio. L’endoscopio è stato

introdotto in un foro effettuato nella muratura, avente diametro di 20 mm e profondo 55 cm. Prima dell’esame il foro è stato

accuratamente pulito dalla polvere, utilizzando un compressore pneumatico.

La prova è stata documentata mediante delle riprese fotografiche.


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DEFORMOMETRO MECCANICO

Per conoscere le deformazioni dei cedimenti strutturaliassiali mediante il controllo dello stato fessurativo,su un valore dell’ordine del millesimo di millimetro.

Deformometro distanziatrice Barra di taratura in acciaio Invar Dima


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DEFORMOMETRO ELETTRONICO


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FESSURIMETRIPer misurare e registrare le lesioni su superfici con movimenti verticali e/o orizzontali, cedimenti odassestamenti di pavimentazioni rispetto a murature, pilastri, ecc. ( materiale acrilico o policarbonato )

Fessurimetro standard Fessurimetro angolare

Fessurimetro elettronico

Fessurimetro pavimento Dislivello


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PROVE ESTRATTIVE: PULL - OUT

Per stimare la resistenza meccanica a compressione del calcestruzzo correlando il valore della forzanecessaria all’estrazione di un tassello.

Il tassello inserito nel calcestruzzo viene strappato grazie ad un sistema di estrazione oliodinamico.


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PROVE PENETROMETRICHE: SONDA di WINDSOR

La sonda di Windsor è un metodo penetrometrico e consiste nella penetrazione di una sonda sparatanel materiale oggetto dell'indagine da una pistola a mezzo di una carica calibrata. La prova è impiegata persaggiare l’uniformità del calcestruzzo, per individuare zone deboli o degradate e, soprattutto, per stimare laresistenza del conglomerato cementizio in situ.

Lettore digitale - Sonde proiettili - Pistola


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INDICE

- NORMATIVE DELLE STRUMENTAZIONI Pag. 2

- LE VERIFICHE STRUTTURALI …. Pag. 3

- STRUMENTAZIONE PER L’ESECUZIONEDELLA DIAGNOSTICA NON DISTRUTTIVA Pag. 4

- FASI DI DIAGNOSI Pag. 6

- TERMOGRAFIA INFRAROSSI O TERMOCAMERA Pag. 9

- MISURAZIONE DEL POTENZIALE ELETTRODICO Pag. 11

- CARBONATAZIONE Pag. 12

- SCLEROMETRO Pag. 13

- PACOMETRO Pag. 17

- ESEMPI DI PROVE SCLEROMETRICHE E PACOMETRICHE Pag. 18

- METODO ( ULTRASONICA ) Pag. 22

- METODO ( SONICA ) Pag. 24

- ENDOSCOPIA Pag. 43


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55- DEFORMOMETRI Pag. 47

- FESSURIMETRI Pag. 51

- PROVE ESTRATTIVE: PULL – OUT Pag. 52

- PROVE PENETROMETRICHE: SONDA di WINDSOR Pag. 53

Le prove di Diagnostica al Palazzo Caputi sono state eseguite in collaborazione con il Laboratorio MATERIA s.r.l.

aprile 2013

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