Che cos’è la Resistenza Caratteristica del Calcestruzzo?

La resistenza caratteristica del calcestruzzo

La resistenza caratteristica del calcestruzzo è uno dei parametri fondamentali che definisce le proprietà meccaniche di questo materiale, ampiamente utilizzato nell’ingegneria civile e strutturale. È un concetto strettamente legato al controllo della qualità e al progetto delle strutture, e la sua determinazione è regolata da normative tecniche specifiche, come le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC), che forniscono indicazioni chiare su come definirla e verificarla.

La resistenza caratteristica del calcestruzzo è un dato nominale, elaborato sulla base di valutazioni statistiche. Non rappresenta un valore reale, ottenibile da ogni provino, ma un parametro teorico che tiene conto della variabilità del materiale, definendo il valore al di sotto del quale si prevede che cada solo il 5% dei risultati delle prove a compressione.

La scelta di questa soglia del 5% è una decisione normativa arbitraria basata sull’obiettivo di garantire un livello di rischio accettabile.

Questo criterio tiene conto:

• Dei modelli di calcolo strutturale adottati nonché delle norme in vigore nel nostro Paese su progettazione e controllo.
• Delle prestazioni tipiche del calcestruzzo.
• Della necessità di assicurare la sicurezza dell’opera entro margini definiti, anche in presenza delle inevitabili variabilità produttive.

È importante sottolineare che questa scelta non è assoluta, ma riflette le conoscenze tecniche e le capacità produttive del settore al momento della stesura delle norme. In futuro, questa soglia potrebbe essere rivista, qualora le tecnologie di produzione e controllo del calcestruzzo evolvessero fino a garantire una maggiore costanza prestazionale. Ciò consentirebbe una riduzione del rischio stimato e, di conseguenza, una possibile ridefinizione dei parametri caratteristici per meglio rispecchiare le capacità del materiale e la sicurezza dell’opera.

   

   

Definizione di Resistenza Caratteristica

La resistenza caratteristica a compressione del calcestruzzo (indicata con f_ck se si utilizzano provini cilindrici ed R_ck se si utilizzano provini cubici) rappresenta il valore di resistenza al di sotto del quale si prevede che cada solo il 5% dei risultati delle prove effettuate su provini standard (generalmente cubici di lato 150 mm o cilindrici di diametro 150 mm e altezza 300 mm) a 28 giorni di stagionatura. Questo nella considerazione di un numero molto elevato di prove.

In altre parole, è un parametro statistico che tiene conto della variabilità intrinseca del materiale e della produzione. La sua unità di misura è il megapascal (MPa).

Le Classi di Resistenza del Calcestruzzo

La resistenza caratteristica del calcestruzzo è espressa attraverso una classificazione che segue lo standard europeo UNI EN 206. Questa norma identifica le classi di resistenza tramite due valori distinti, separati da una barra, che si riferiscono ai risultati delle prove di compressione effettuate su due tipologie di provini:

• Il primo valore si riferisce alla resistenza caratteristica cilindrica ( f_ck), determinata su provini cilindrici standard (diametro 150 mm, altezza 300 mm).
• Il secondo valore si riferisce alla resistenza caratteristica cubica ( R_ck ), determinata su provini cubici standard (lato 150 mm).

Le classi di resistenza previste dalla UNI EN 206 sono le seguenti:

• Classi normali: C8/10, C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, C40/50, C45/55, C50/60.
• Classi alte: C55/67, C60/75, C70/85, C80/95, C90/105, C100/115.

Ad esempio, una classe C25/30 indica che:

• 25 MPa =  è la resistenza caratteristica a compressione determinata su provini cilindrici.
• 30 Mpa = è la resistenza caratteristica a compressione determinata su provini cubici.

Questa classificazione è essenziale per definire le proprietà del calcestruzzo in fase di progettazione e per verificare la conformità durante i controlli di qualità. La scelta della classe di resistenza dipende dai requisiti strutturali e dalle condizioni di esposizione dell’opera.

   

Normativa di Riferimento

La determinazione della resistenza caratteristica del calcestruzzo e la classificazione delle sue proprietà sono regolamentate da un insieme di norme tecniche che garantiscono uniformità e qualità nel settore delle costruzioni. Tra le principali normative di riferimento troviamo:

• NTC 2018 (Norme Tecniche per le Costruzioni): Stabilisce i criteri generali per il progetto e il controllo dei materiali utilizzati nelle opere strutturali in Italia.
• UNI EN 206: Norma europea che definisce i requisiti per la specificazione, la produzione e il controllo del calcestruzzo, compresi i metodi per determinare la resistenza caratteristica.
• UNI 11104: Norma italiana che integra la UNI EN 206, specificando ulteriori indicazioni per la classificazione, la produzione e il controllo del calcestruzzo, con particolare riferimento al contesto italiano.

Solo le NTC sono di legge. Queste norme descrivono:

• Metodi di prova (es. UNI EN 12390-3 per le prove di compressione sul calcestruzzo indurito).
• Le modalità di prelievo e preparazione dei provini (es. UNI EN 12350-1 per il calcestruzzo fresco).
• I criteri di accettazione e conformità per verificare che il calcestruzzo prodotto e utilizzato in cantiere rispetti i requisiti progettuali e contrattuali

La combinazione di queste normative assicura che il calcestruzzo soddisfi i parametri tecnici richiesti per garantire la sicurezza, la durabilità e la qualità delle opere, adeguandosi al contesto normativo europeo e italiano.

   

   

Come si controlla la Resistenza Caratteristica?

Il controllo della resistenza caratteristica di una fornitura di calcestruzzo può avere più finalità:

• il controllo di accettazione: è quello eseguito dalla direzione lavori (o suo incaricato) per verificare la qualità del calcestruzzo rispetto alle indicazioni di capitolato e progettuali. Le rotture dei campioni devono essere eseguite presso laboratori ufficiali o autorizzati. Non occorre la presenza di figure dell'impresa o del fornitore e le modalità sono definite dalle NTC in vigore.
• il controllo di conformità commerciale: è quello eseguito in contradittorio tra impresa e fornitore per verificare la conformità al contratto. La scelta del laboratorio così come le modalità di prova vanno concordate contrattualmente. La EN 206 in tal senso offre un  valido supporto per la definizione dei termini del controllo.
• il controllo statistico di produzione: è il controllo che il fornitore esegue per poter tarare la propria produzione, anche eseguendo prelievi presso il cantiere. In questo caso il fornitore non è tenuto ad avere un contraditorio essendo finalizzati a un obiettivo aziendale.

A questi possono essere aggiunti anche i controlli preliminari, ovvero quelli di qualifica della fornitura, previsti anche dalle NTC e di cui parleremo in seguito.

Appare chiaro che di fronte alla legge il controllo più importante è quello di accettazione, che viene eseguito da quello che è in quel momento un pubblico ufficiale, la direzione lavori.

   

Controlli di Accettazione del Calcestruzzo (Capitolo 11 delle NTC 2018)

Il Capitolo 11 delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018) definisce i criteri e le modalità per i controlli di accettazione del calcestruzzo. Questi controlli rappresentano una fase cruciale per garantire che il materiale fornito e utilizzato in cantiere soddisfi i requisiti progettuali e normativi, assicurando la sicurezza e la durabilità delle opere.

Obiettivi dei Controlli di Accettazione

I controlli di accettazione sono finalizzati a:

1. Verificare la conformità del calcestruzzo rispetto al progetto strutturale, che include la resistenza caratteristica specificata.

2. Accertare la qualità del materiale fornito al momento della sua messa in opera.

3. Garantire il rispetto delle normative vigenti, contribuendo alla sicurezza strutturale dell’opera.

Modalità dei Controlli

Le NTC 2018 specificano che i controlli di accettazione devono essere eseguiti su campioni prelevati in cantiere, in conformità con i seguenti criteri:

1. Prelievo dei Campioni

• I campioni devono essere prelevati dal calcestruzzo fresco direttamente durante le operazioni di getto, in cantiere.
• Ogni campione deve essere rappresentativo di una singola partita di fornitura o di un massimo di 100 m³ di calcestruzzo gettato, o frazioni di essi.
• Ogni campione deve essere costituito da almeno due provini di dimensioni standard:
  • Provini cubici: lato 150 mm.
  • Provini cilindrici: diametro 150 mm, altezza 300 mm.

2. Prove di Compressione

• I provini vengono stagionati in condizioni controllate e sottoposti a prova di compressione a 28 giorni di maturazione.
• La prova deve essere eseguita secondo la norma UNI EN 12390-3.

3. Calcolo della Resistenza Media

La resistenza media viene calcolata come media aritmetica dei risultati delle prove a compressione considerando i valori rappresentativi di ogni prelievo.

Controllo di Accettazione del Calcestruzzo: Tipo A e Tipo B

Il controllo di accettazione si articola in due diverse modalità:

• Controllo di tipo A (§ 11.2.5.1), per quantitativi limitati di calcestruzzo.
• Controllo di tipo B (§ 11.2.5.2), per grandi opere con volumi elevati di miscela omogenea.

La verifica si basa sulle condizioni di conformità riportate nella Tabella 11.2.I delle NTC, che stabilisce i requisiti minimi di resistenza per entrambe le tipologie di controllo.

Controllo di Tipo A

Il controllo di tipo A si applica a quantitativi di miscela omogenea non superiori a 300 m³. Per ogni controllo di accettazione:

• Si eseguono tre prelievi, ognuno riferito a un massimo di 100 m³ di miscela omogenea.
• Ogni giorno di getto deve essere effettuato almeno un prelievo.

In costruzioni con volumi di getto inferiori a 100 m³, è comunque richiesto un minimo di 3 prelievi, pur consentendo deroghe all’obbligo del prelievo giornaliero.

Il quantitativo di calcestruzzo è accettato se: 

1. La resistenza media (R_cm28) ottenuta dalle prove sui prelievi soddisfa la condizione:
   R_cm28 ≥ R_ck + 3,5 MPa
2. La resistenza minima (R_c,min) è maggiore del valore:
   R_c,min ≥ R_ck - 3,5 MPa

Controllo di Tipo B

Il controllo di tipo B è obbligatorio per grandi opere in cui si utilizzano più di 1500 m³ di miscela omogenea. In questo caso:

• Ogni controllo è riferito a un massimo di 1500 m³ di calcestruzzo.
• Sono richiesti almeno 15 prelievi, ognuno relativo a 100 m³ di miscela omogenea.
• È obbligatorio eseguire almeno un prelievo al giorno.

Per il controllo di tipo B, la resistenza del calcestruzzo viene interpretata attraverso analisi statistiche, assumendo una distribuzione probabilistica dei risultati. La normativa stabilisce inoltre che:

• Il coefficiente di variazione () non deve superare 0.3.

• Per calcestruzzi con coefficiente di variazione superiore a 0.15, sono richiesti controlli più accurati, integrati da prove complementari (§ 11.2.7).

Criteri di Conformità per il Controllo di Tipo B

Il quantitativo di calcestruzzo è accettato se:

1. La resistenza media (R_cm28) ottenuta dalle prove sui prelievi soddisfa la condizione:
   R_cm28 ≥ R_ck + s x 1,48 dove s è lo scarto quadratico medio
2. La resistenza minima (R_c,min) è maggiore del valore:
   R_c,min ≥ R_ck - 3,5 MPa

Controlli e Responsabilità

I controlli di accettazione devono essere effettuati sotto la supervisione del Direttore dei Lavori, che è responsabile di:

• Garantire che i prelievi siano rappresentativi.
• Verificare la corretta esecuzione delle prove.
• Accertare la conformità del materiale rispetto al progetto e alla normativa.

Se i risultati delle prove non soddisfano i criteri di conformità:

• La partita viene dichiarata non conforme.
• È necessario:
  • Effettuare ulteriori indagini sul materiale.
  • Valutare l’impatto sulle prestazioni strutturali.
  • Adottare eventuali azioni correttive come la demolizione e il rifacimento del getto o il rinforzo strutturale.

Inoltre, il fornitore del calcestruzzo è tenuto a garantire la qualità del materiale consegnato, fornendo la documentazione necessaria, come il certificato FPC.   

Considerazioni Finali sul Controllo di Accettazione

I criteri di accettazione servono per ACCETTARE, sono valori LIMITI di ACCETTAZIONE, non devono essere utilizzati da chi produce  il calcestruzzo (e da chi lo formula) per definire le miscele. E' opportuno che questo soggetto utiizzi criteri più severi per poter tenere conto delle variabilità della produzione, trasporto, messa in opera ...

La distinzione tra controllo di tipo A e tipo B consente di adeguare i requisiti di verifica alle diverse condizioni operative, garantendo un adeguato livello di sicurezza e qualità del calcestruzzo fornito in cantiere. L’applicazione rigorosa di questi controlli, come definito dalle NTC 2018, è fondamentale per rispettare i requisiti normativi e per assicurare la conformità del materiale ai requisiti progettuali.

Il controllo di accettazione descritto nel Capitolo 11 delle NTC 2018 è un requisito obbligatorio per garantire che il calcestruzzo utilizzato in cantiere rispetti le specifiche progettuali. L’accurata esecuzione di questi controlli è fondamentale per assicurare la sicurezza delle strutture e per soddisfare le prescrizioni di legge.

   

   

   

Resistenza Caratteristica: Perché è importante?

La resistenza caratteristica è essenziale per:

• Progettazione strutturale: Gli ingegneri utilizzano questo parametro per dimensionare gli elementi in calcestruzzo armato, garantendo sicurezza e durabilità.
• Controllo qualità: Durante la produzione in cantiere, la resistenza caratteristica è uno degli indicatori principali per accettare o rifiutare il materiale.
• Ottimizzazione economica: La definizione corretta di permette di bilanciare costi e prestazioni.

   

Fattori che influenzano la Resistenza Caratteristica

La resistenza caratteristica del calcestruzzo dipende da numerosi fattori, tra cui:

• Rapporto acqua/cemento (a/c): Un rapporto più basso tende a migliorare la resistenza.
• Qualità dei materiali: Cemento, aggregati e additivi influiscono significativamente.
• Costanza dei materiali: materiali con caratteristiche costanti contribuiscono a ridurre la variabilità di un calcestruzzo e quindi lo scarto quadratico medio e quindi la differenza tra valore medio e valore caratteristico.
• Qualità impianto: l'adozione di moderni sistemi di automatici di gestione della produzione, la presenza di dispositivi di protezione dalla pioggia delle tramogge degli inerti, la qualità e la tarature di sonde e bilance, la presenza di mescolatori fissi ... sono alcuni dei fattori che contribuiscono a ridurre la variabilità di un calcestruzzo e quindi lo scarto quadratico medio e quindi la differenza tra valore medio e valore caratteristico.
• Preparazione dei campioni: L'uso di casseforme con misure precise, che non si deformano con il calore supporta una migliore rispondenza del provino al calcestruzzo da cui è stato prelevato. E' da evitare l'uso di casseforme di polistirolo quindi. Importante anche la compattazione: un calcestruzzo ben vibrato ha una minore porosità e maggiore resistenza.

   

Conclusione

Comprendere la resistenza caratteristica del calcestruzzo è cruciale per ogni ingegnere e per ogni addetto che operi nel campo delle costruzioni. Questo parametro non solo garantisce il rispetto delle norme tecniche, ma è anche il fondamento per progettare strutture sicure, durevoli e sostenibili. Seguendo le indicazioni delle Norme Tecniche per le Costruzioni, è possibile ottenere risultati affidabili e mantenere elevati standard qualitativi in ogni fase del processo costruttivo.

E' quindi fondamentale una conoscenza approfondita delle norme che ne regolano la definizione e la misura.

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Fonti

1. Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018).

2. UNI EN 12390-3 – Prove sul calcestruzzo indurito.

3. Articoli tecnici di approfondimento pubblicati su INGENIO.