Determinazione del rapporto A/C nei calcestruzzi allo stato fresco mediante uno strumento speditivo

Determinazione del rapporto A/C nel calcestruzzo fresco: confronto tra metodi tradizionali e il nuovo strumento SONO WZ

Il presente articolo riporta i risultati sperimentali ottenuti mediante l’impiego di una nuova apparecchiatura che permette di determinare il valore del rapporto a/c dei calcestruzzi allo stato fresco, con tempi più veloci e in totale sicurezza per gli operatori del settore.

Tali prove, condotte presso laboratori e cantieri della MAPEI SpA, hanno avuto come obbiettivo quello di mettere a confronto la nuova apparecchiatura, denominata SONO WZ (della VOLTA SpA di Bolzano), con i sistemi attualmente in uso: impiego del fornetto a Microonde, in conformità alla norma in vigore in Austria, ONORM 3303, e la classica bruciatura del calcestruzzo, in conformità alla UNI 11201.

La determinazione del rapporto a/c dei conglomerati cementizi allo stato fresco presenta sempre delle difficoltà oggettive, unitamente al fatto che i valori ottenuti dalle prove sperimentali possono essere inficiati da una certa dispersione.

I Capitolati di Lavoro riportano l’obbligatorietà di tale determinazione durante le fasi di qualifica, con tolleranza che deve ricadere su un valore ≤0,02 rispetto al valore dichiarato del rapporto a/c, così come evidenziato nella documentazione di qualifica da parte del produttore di calcestruzzo prima dell’inizio delle forniture.

Del resto, il calcestruzzo è e rimane un materiale eterogeneo, le cui proprietà, chimico e fisico meccaniche, dovrebbero essere definite in termini statistici, e non deterministici, come invece avviene, purtroppo, nella quasi totalità dei cantieri.

Non si può che ricordare che la metodologia richiesta dalla UNI11201 richiede molta attenzione da parte degli operatori, con inevitabili rischi per la loro sicurezza.

Le analisi sperimentali condotte su diversi impasti

Sono state analizzate un numero sufficientemente elevato di impasti, 36 nel caso del Microonde e 34 nel caso dello strumento SONO WZ, aventi come obiettivo la verifica dei contenuti di acqua di impasto, confezionando una serie di calcestruzzi aventi un intervallo che possiamo considerare aderente alla normale produzione di un impianto di calcestruzzo.

Nella determinazione del contenuto di acqua dei vari impasti, sono stati impiegati un fornetto a Microonde e prove basate su una asciugatura classica con bruciatore a gas.

Contemporaneamente, la quantità di acqua veniva anche rilevata dalla nuova apparecchiatura esaminata.

L’indagine riporta gli andamenti statistici dei valori del rapporto a/c ottenuti, ai fini di una valutazione prestazionale del nuovo strumento rispetto ai metodi tradizionali normalmente impiegati.

Confronto dei risultati utilizzando il metodo di prova della ONORM 3303 (fornetto microonde) e lo strumento SONO WZ

La tabella seguente illustra i risultati delle analisi compiute.

I mix sono stati 36 con contenuti di cemento e acqua diversi, sui quali sono state condotte le sperimentazioni.

Le celle con lo sfondo verde sono relative ai valori che hanno rispettato la tolleranza ≤ 0,02.

I diagrammi e grafici che seguono sono stati generati impiegando STATISTICA, un software della TIBCO di Santa Clara, USA.

In particolare, si è deciso di impiegare le curve di Gauss e le Line Plot WLS.

Attraverso l’analisi delle curve di Gauss si possono evidenziare i comportamenti dei due strumenti.

I grafici seguenti testimoniano, attraverso lo scarto quadratico medio, o deviazione standard, la dispersione dei due metodi rispetto sempre al target, rispetto quindi ai dati dei mix.

Di seguito, sono riportati le seguenti curve di Gauss:

1. La curva di Gauss relative alle differenze di acqua riscontrate attraverso la seguente equazione: Δ = Acqua osservata - Acqua di progetto (target).
2. La curva di Gauss relativa alle differenze di rapporto a/c in relazione all’acqua osservata diviso per il dosaggio di cemento target.
3. La curva di Gauss relativa allo scostamento in percentuale rispetto al rapporto a/c target, cioè della miscela di progetto.
4. Graficizzazione delle line plot WLS in riferimento alle differenze di acqua efficace registrate dai due metodi.

Si può osservare come la curva relativa a SONO WZ presenti una campana più “stretta”, in sintesi lo scarto che ci restituisce la curva di Gauss relativa alla strumentazione SONO WZ è inferiore allo scarto della curva ottenuta dal fornetto a Microonde.

Nel caso delle curve relative allo scostamento dei vari rapporti a/c, calcolati sulla base dell’acqua efficace determinata dai due metodi utilizzati, e in riferimento al rapporto a/c target, si osservi come, anche in questo caso, lo scarto riferito al Microonde è superiore a quello del SONO WZ.

Lo scarto quadratico medio della curva riferito allo strumento SONO WZ è inferiore a 0,02, cioè inferiore a quel valore di tolleranza richiesto dai Capitolati di Lavoro.

Anche in termini di scostamento percentuale, rispetto al rapporto a/c di progetto delle miscele o target dei due metodi di rilevazione, si rileva una dispersione inferiore dello strumento SONO WZ piuttosto del Microonde.

È interessante anche osservare lo sviluppo dei dati ottenuti per la determinazione dell'acqua indicata dai due strumenti, MO e SONO WZ, impiegando il metodo di regressione lineare denominato WLS.

È un calcolo statistico piuttosto complesso chiamato regressione lineare dei minimi quadrati ponderati.
In sintesi, ci permette di stabilire quali serie di dati osservati si avvicina alla linea di 0 (zero).

Si ricordi che l'operazione eseguita:
Acqua osservata (o rilevata dagli strumenti) - Acqua del mix (o valore target) deve tendere a 0 (zero).
Si vede chiaramente la regressione dello strumento SONO WZ, è tendenzialmente vicino allo zero.

Confronto dei risultati utilizzando il metodo di prova della UNI 11201 (bruciatura del calcestruzzo) e lo strumento SONO WZ

La seconda sperimentazione ha riguardato l’applicazione della norma UNI 11201:2017- Prove sul calcestruzzo fresco-Determinazione del contenuto di acqua.

Come è noto, riguarda una metodologia di prova basata sull’asciugatura di un determinato peso di calcestruzzo fresco al fine di stabilire l’acqua durante la bruciatura del materiale stesso.

L’analisi sperimentale, e statistica, è stata condotta in maniera scrupolosa e ha dato i seguenti risultati, ripercorrendo, naturalmente, la procedura numerica e statistica precedente.

Pertanto, si riportano esattamente gli stessi risultati impiegando lo stesso principio applicato nel caso del fornetto a Microonde.

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L'articolo prosegue illustrando i dati della seconda sperimentazione e dal confronto emerge che lo strumento SONO WZ si dimostra piuttosto affidabile nei risultati se viene paragonato sia al Microonde sia alla UNI 11201.