Effetto delle condizioni di maturazione sulla resistenza a compressione del calcestruzzo impiegato in opere di interramento ferroviario

La maturazione in acqua dei provini per soli 3 giorni può comportare una riduzione della resistenza del 16%

È noto come le condizioni di temperatura e umidità relativa durante il getto e nella successiva fase di maturazione influenzino le proprietà meccaniche esibite dalla miscela (Murdock 1953). Sono soprattutto i primi giorni seguenti il getto a risultare determinanti nello sviluppo delle proprietà. Stewart (1995) evidenzia come, con riferimento a provini cilindrici confezionati da miscele australiane e sottoposti a prova di compressione dopo 28 giorni dal getto, la resistenza di provini maturati in acqua per i primi 7 giorni e poi esposti all'aria risulti sostanzialmente coincidente con quella di provini mantenuti costantemente in acqua. Per contro, la maturazione in acqua per soli 3 giorni può comportare una riduzione della resistenza mediamente dell'ordine del 16%.

Ancora più rilevanti possono risultare gli effetti connessi con le incertezze sulle condizioni di maturazione del calcestruzzo in opera, sulle quali incidono, a parità di miscela, forma ed esposizione dell'elemento strutturale.

Di tali aspetti tiene conto il coefficiente parziale di sicurezza per il calcestruzzo, che si esprime usualmente nella forma moltiplicativa γ_c = γ_c1γ_c2γ_c3 (NKB 1987), dove γ_c1 dipende dalla distribuzione di probabilità prescelta per interpretare i dati di resistenza ed è funzione del coefficiente di variazione, γc2 = 1.1 correla la resistenza dei provini maturati in condizioni standard con quella misurata su campioni prelevati dalla struttura e, infine, γ_c3 = 1.1 tiene conto delle incertezze non coperte da modelli probabilistici.

La nota riporta l'analisi delle resistenze di prelievo relative a miscele utilizzate per la realizzazione di un'opera di interramento ferroviario a Ferrara. Con riferimento al calcestruzzo impiegato per i diaframmi, di volume complessivo circa pari a 70000 m³, è stato effettuato un controllo di tipo statistico secondo le indicazioni del DM 17/01/2018 (di seguito NTC 18) e della Circ. del C.S.LL.PP. 21/01/2019, n. 7, che ha comportato l'esecuzione di oltre 1400 prove di compressione a 28 giorni su cubetti di lato pari a 150 mm. La maturazione dei provini è stata effettuata in acqua alla temperatura di (20+-2) °C presso la Camera Climatizzata per Calcestruzzi e Polimeri del Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Ferrara.

Per la valutazione delle forniture si è operata una media mobile su 15 valori di resistenza di prelievo, da cui è stata ottenuta una stima della resistenza caratteristica al variare della data di getto. Tale approccio, per quanto non usuale, ha consentito una descrizione accurata delle resistenze e, per insiemi consecutivi e disgiunti di 15 prelievi, coincide con quello raccomandato dalle NTC 18. I risultati sono stati confrontati con quelli ottenuti da un altro laboratorio su cubetti prelevati dalle medesime miscele, ma maturati, in taluni casi, in assenza di un controllo delle condizioni di temperatura e umidità relativa.

Infine, la conformità del conglomerato di uno dei pannelli di diaframma è stata verificata tramite carotaggio fino alla profondità di 12 m e successiva analisi sperimentale della resistenza a compressione dei campioni ricavati dalla carota. L'andamento della resistenza con la profondità è caratterizzato da un incremento con buona approssimazione lineare fino a circa 4 m dal coronamento, seguito da un tratto costante fino alla base del diaframma.

Confezionamento, stagionatura e preparazione dei provini

Per il confezionamento dei provini prelevati dalla miscela al momento del getto si è fatto riferimento alla norma UNI EN 12390-1 (2012). È stato effettuato 1 prelievo per ogni m³ di getto. La maturazione è stata effettuata alla temperatura di (20+-2) °C ai sensi della UNI EN 12390-2 (2010) nella Camera Climatizzata per Calcestruzzi e Polimeri dell'Università di Ferrara (Fig. 1).

Tale camera contiene tre vasche della capacità di 600 l ciascuna, fra loro collegate in serie, ed è dotata di un doppio sistema di regolazione automatica della temperatura. Un sistema agisce sull'aria dell'ambiente e fa uso di un condizionatore a pompa di calore con tecnologia inverter, mentre l'altro sistema agisce sull'acqua delle vasche ed adotta un chiller modello TECO TK 3000 H per refrigerazione e riscaldamento, con scambiatore in titanio.

Il circuito dell'acqua è alimentato da una pompa sommersa a trascinamento magnetico con portata massima di 5000 l/h e prevede, prima dell'invio al chiller, il passaggio attraverso una cartuccia filtrante da 60μ a filo avvolto.
A maturazione avvenuta, il rilievo geometrico è stato effettuato secondo le indicazioni della UNI EN 12390-1, cui si è fatto riferimento per le tolleranze dimensionali, e della UNI EN 12390-3 (2011), adottata anche come riferimento per le procedure di molatura, ove necessaria. Per tale operazione è stato utilizzato un lapidello con mola diamantata a settori. Durante la molatura, allo scopo di evitare il surriscaldamento del provino e ridurre le polveri, la faccia da levigare viene irrorata con emulsione di acqua e olio. I provini da rettificare sono stati sottoposti a molatura entro 1 h dall'estrazione dalle vasche di maturazione. Dopo la molatura, i provini sono stati nuovamente immersi nelle vasche di maturazione per almeno 1 h prima della prova di compressione.

Con riferimento alla valutazione della resistenza in opera, un diaframma è stato carotato verticalmente fino alla profondità di 12 m utilizzando una corona diamantata di diametro interno D = 108 mm. Per- tanto, indicando con Di = 32 mm il diametro massimo degli aggregati previsto dal mix design, si ottiene il rapporto D/Di = 3.4 > 3, adeguato secondo le linee guida del CSLLPP (2017). La carota è stata ricevuta dal laboratorio sottoforma di 12 conci della lunghezza di circa 1 m l'uno. Successivamente da ogni concio sono stati ricavati, tramite taglio con smerigliatrice a disco, almeno 3 segmenti caratterizzati da valori del rapporto H/D, con H lunghezza del segmento, approssimativamente pari a 1.

Sono infine stati esclusi tutti i segmenti attraversati (anche solo parzialmente) da barre d'armatura, individuando come idoneo alla prova 1 provino per ciascuno dei conci originari, ossia per ciascuno dei primi 12 m di profondità del diaframma. Ogni provino è stato quindi sottoposto a rettifica delle basi, spinta fino al soddisfacimento delle tolleranze di planarità e perpendicolarità specificate dalla UNI EN 12390-1. A seguito della rettifica i provini sono stati posti in vasca termostatica alla temperatura di (20+-2) °C per 48 h. Estratti dalla vasca, i provini sono stati lasciati per 24 ore all'interno del laboratorio prima di essere sottoposti a prova.

Metodi di prova e analisi dei dati

La prova di compressione è stata effettuata ai sensi della UNI EN 12390-3 utilizzando la pressa da 3 MN presente presso il Laboratorio di Ingegneria Idraulica e Strutturale del Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Ferrara, conforme alle specifiche della UNI EN 12390-4 (2020). La cella di carico della pressa, sottoposta a taratura ogni anno da parte di un laboratorio accreditato, presenta errore relativo di accuratezza e ripetibilità inferiori, rispettivamente, a 0.15% e 0.5% del fondo scala. Il tempo di rampa scelto ha assicurato una velocità di carico di 0.45 MPa/s, conforme alle indicazioni della UNI EN 12390-3. Alla stessa norma si è fatto riferimento per la valutazione del tipo di rottura.
I risultati sperimentali sono quindi stati elaborati come illustrato nel seguito.

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE