Le regole per il calcestruzzo di qualità (e per i controlli efficaci)

In una recente sessione di interviste realizzate da INGENIO CA sulla qualità del calcestruzzo è emerso che vi sia un problema di controlli del calcestruzzo. Abbiamo deciso, sempre con l'aiuto di esperti del settore, di approfondire il tema. Ecco cosa è emerso dall'intervista a Matteo Felitti, tecnico, docente e scrittore sulla materia calcestruzzo.

Calcestruzzo: quali gli errori più frequenti in cantiere

1. Il calcestruzzo è un materiale prodotto in modo discontinuo per cantieri che durano più giorni: nella tua attività di Tecnico che si occupa di controlli quale è il problema che si presenta, purtroppo, con maggiore frequenza e a cosa è dovuto?

Matteo Felitti.  Per mia esperienza, in questo tipo di cantieri si riscontrano le seguenti problematiche:

a) Errate riprese di getto;

Si tratta di un problema molto serio a cui viene posta, solitamente, poca attenzione.

I getti devono essere eseguiti senza soluzione di continuità in modo da garantire la “continuità strutturale” dell’elemento gettato.

Da qui nascono DUE necessità: la prima è quella di qualificare un impianto che garantisca una opportuna continuità di fornitura (questione non banale) e l’altra è quella di organizzare il cantiere affinché il calcestruzzo venga messo in opera correttamente evitando le riprese di getto.

Con riferimento a quest’ultimo caso e qualora le riprese di getto siano inevitabili, è indispensabile lasciare la superficie - del calcestruzzo indurito – scabra, pulita e trattata con promotori di adesione.

Inoltre, così come suggerito dalle Linee Guida per la messa in opera del calcestruzzo strutturale del CSLLPP, le riprese di getto devono essere orientate su piani quanto più possibili ortogonali alla direzione dei flussi di compressione che si destano poi nella struttura in servizio e quindi garantire una imposta efficace per tale stato tensionale (fig. 1).

Fig. 1 Corretta ripresa di getto in travi di elevazione e in fondazione (Rif. Linee Guida per la messa in opera del calcestruzzo strutturale, CSLLPP)

Infine, quando è necessario gettare a più strati bisogna evitare la formazione di “giunti freddi” programmando la consegna del calcestruzzo in modo che ogni strato sia disposto sul precedente quando quest’ultimo si trova ancora allo stato plastico. 

b) Errata determinazione dei tempi di getto o errata prescrizione del calcestruzzo;

Il primo caso è relativo a una cattiva organizzazione del cantiere che determina ritardi nello scarico del calcestruzzo nelle casseforme (notevole attesa delle betoniere in cantiere); il secondo riguarda l’errata prescrizione del calcestruzzo con particolare riferimento al mantenimento della lavorabilità (assenza di un additivo performante ritardante di presa). In entrambi i casi si ha, inevitabilmente, una variazione della classe di consistenza del calcestruzzo soprattutto nei periodi estivi.

Pertanto, se immaginiamo di aver qualificato un calcestruzzo in classe S5 e, per i casi di cui sopra, allo scarico l’abbassamento al cono restituisce una classe inferiore, in assenza di adeguati controlli e in assenza di un Tecnologo del calcestruzzo, generalmente si “risolve” il problema aggiungendo acqua in betoniera fino a “ripristinare” la lavorabilità iniziale controllando il numero di bar sul manometro (figg.2-3-4-5). 

Fig. 2 Arrivo in cantiere: manometro a circa 80 bar → S5

Fig. 3 Arrivo in cantiere: abbassamento al cono = 240 mm → S5

Fig. 4 Dopo un’ora di attesa in cantiere, temperatura ambiente 38 gradi centigradi: manometro a circa 120 bar → S4

Fig. 5 Dopo un’ora di attesa in cantiere, abbassamento al cono = 170 mm → S4

Fig. 6 Dopo due ore di fermo cantiere il rischio di intasare i tubi della beton-pompa è reale (vedi freccia rossa). 

L’operazione di aggiungere acqua in betoniera, come detto in precedenza, NON è “indolore” in quanto altera il rapporto a/c riducendo le prestazioni meccaniche del calcestruzzo e compromettendo la durabilità dell’opera (fig.8).

Fig. 7 Contalitri acqua in dotazione delle autobetoniere. 

Come spesso ricordo, nel 1918, Duff Andrew Abrams formulò una correlazione tra rapp. a/c e resistenza a compressione comprovando, appunto, che l’incremento di tale rapporto – senza controllo del Direttore lavori e senza la presenza di un Tecnologo – determina la riduzione delle prestazioni meccaniche del calcestruzzo in modo importante (fig. 8-9).  

Fig. 8 Design of Concrete Mixtures di Duff. A. Abrams 

Fig. 9 Correlazione di Abrams 

Fig. 10 La Direzione lavori, in stretta collaborazione con il Tecnologo del calcestruzzo può – se le condizioni lo permettono, a inizio scarico – ripristinare, in cantiere, la lavorabilità “persa” attraverso un opportuno dosaggio di additivo performante, SENZA alterare il rapporto a/c.

Calcestruzzo: Cosa controllare in cantiere

Andrea Dari: Che tipi di controlli in genere esegui in cantiere durante la fornitura di calcestruzzo e con che frequenze ?

Matteo Felitti: Spesso, come Tecnologo del calcestruzzo, affianco la Direzione lavori nelle fasi di accettazione delle forniture in cantiere, ma sin da subito suggerisco - SEMPRE - di qualificare l’impianto di betonaggio (indipendentemente dall’importanza dell’opera da realizzare), di acquisire la documentazione (FPC, qualifica mix e certificati di conformità dei materiali in uso) e di seguire le opportune prove industriali. 

In cantiere, poi, di concerto con la Direzione lavori eseguo, generalmente e salvo esigenze particolari, le prove di base per calcestruzzi “ordinari” e quindi:

• Slump-test;
• Tavola a scosse per calcestruzzi in S5;
• Massa volumica su calcestruzzo fresco;
• Determinazione aria intrappolata;
• Prelievo di campioni cubici 15x15x15 per determinare la curva delle resistenze a compressione a 2-7-28 gg (il numero di campioni varia in funzione del tipo di autocontrollo – cap. 11 delle NTC 2018);
• Prelievo n. 3 campioni 15x15x15 per la prova di permeabilità all’acqua;
• Prelievo campioni cilindrici rapp. H/D = 2 per determinare il modulo elastico;
• Prelievo di campioni standard per la costruzione della curva ritiro/espansione.

Fig. 11 Esempio di sviluppo delle resistenze a compressione su provini prelevati in cantiere

Fig. 12 Controlli di accettazione in cantiere in funzione dei metri cubi gettati: controllo tipo A ogni 300 mc di miscela omogenea, controlli tipo B per getti maggiori di 1500 mc (vedi cap. 11 NTC 2018)

Andrea Dari: Per forniture importanti il tecnico addetto ai controlli dovrebbe essere sempre presente in cantiere quanto si getta ?

Matteo Felitti: Ritengo che la presenza in cantiere della Direzione Lavori o di un tecnico specialista sia necessaria per tutte le forniture di calcestruzzo.

Del resto, il paragrafo 11.1 delle NTC 2018 specifica quanto segue:

i materiali ad uso strutturale (compreso il calcestruzzo) devono essere, in sintesi:

• IDENTIFICATI a cura del fabbricante;
• QUALIFICATI a cura del fabbricante;
• ACCETTATI a cura del Direttore lavori mediante acquisizione e verifica della documentazione di identificazione e qualificazione, nonché mediante eventuali prove di accettazione.

Fig. 13 Controllo conformità armatura prima del getto (assistenza alla Direzione lavori)

Andrea Dari: Si eseguono controlli post getto per verificare la esecuzione corretta della stagionatura ?

Matteo Felitti: In genere tali controlli non vengono eseguiti. Eppure la maturazione del calcestruzzo è FONDAMENTALE. Un calcestruzzo “ordinario”, durante la maturazione subisce una variazione di volume. Essendo tale variazione volumetrica quasi sempre contrastata, il calcestruzzo generalmente fessura. Per questo è importante eseguire una maturazione possibilmente umida dei getti e, in alternativa, il calcestruzzo può essere protetto con teli o trattato con anti-evaporanti, come nel caso dei pavimenti industriali.

Molto insidiosi sono i fenomeni lenti – ritiro e viscosità (fig. 14) – che affliggono i calcestruzzi giovani e non correttamente stagionati. Tali fenomeni si manifestano con importanti deformazioni viscose (nel caso di incremento di carichi su calcestruzzi giovani) e quadri fessurativi (dovuti al ritiro plastico ed igrometrico).

Nelle foto seguenti si mostrano alcuni danni dovuti ai fenomeni di cui sopra (in particolare da ritiro), che rappresentano, inoltre, vie preferenziali per il degrado del calcestruzzo armato (figg.15-16). 

Fig. 14 Evoluzione delle deformazioni nel tempo. In particolare si vede come la deformazione da ritiro è indipendente dai carichi, mentre la deformazione elastica e viscosa dipendono fortemente da essi (Rif. Pietro Monaco).

Fig. 15 Lesione a “tre rami” tipica del ritiro plastico su grandi superfici esposte come i pavimenti industriali non trattati in fase di maturazione

Fig. 16 Lesione in corrispondenza dello spigolo di un pilastro tipica del ritiro idraulico che affligge i pavimenti industriali NON eseguiti a regola d’arte

La stagionatura umida del calcestruzzo, inoltre, influisce positivamente sulla impermeabilità dello stesso e quindi sulla sua DURABILITA’ nel tempo.

A tal proposito, si può fare utile riferimento alla tabella redatta da Mario Collepardi:

Tab. 1 Tempo di stagionatura umida richiesto per la impermeabilizzazione del calcestruzzo in relazione al rapp. a/c (Rif. Tabella del Prof. Mario Collepardi)

La conoscenza della tecnologia del calcestruzzo

Andrea Dari: Quanta conoscenza delle norme relative al controllo del calcestruzzo c’è tra chi opera nella filiera, dal produttore al tecnico ?

Matteo Felitti. Senza generalizzare, spesso incontro produttori e tecnici per nulla aggiornati sulle norme relative al calcestruzzo. In particolare, la norma UNI 11104 contiene una tabella utile per la corretta prescrizione del calcestruzzo (prospetto 5 – Valori limite per la composizione e le proprietà del calcestruzzo) che riporto per comodità del lettore.

Tab. 2 La tabella contiene i valori limite a cui fare riferimento nelle prescrizioni del calcestruzzo. Suggerisce, inoltre, l’utilizzo di cementi speciali in determinate classi di esposizione (Riscritta dall’ Autore)

Un errore ricorrente che riscontro nella mia attività di Strutturista e Tecnologo del calcestruzzo è la prescrizione, da parte del progettista, di una resistenza cubica caratteristica INCOMPATIBILE con la relativa classe di esposizione. Ad esempio, se nella relazione sui materiali si prescrive un C25/30 (strutturale) NON è possibile adottare una classe di esposizione XS1! In questo caso, la norma - spesso ignorata - prescrive un calcestruzzo C32/40 (durabilità).  

Andrea Dari: Troppe norme sul controllo del calcestruzzo? Si dovrebbe arrivare a un testo unico ?

Matteo Felitti. Un testo unico è auspicabile in un settore complesso come il nostro. 

La difficoltà, a mio parere, è da sempre quella di rimanere aggiornati sulle innumerevoli norme che regolano il settore.  

Andrea Dari: C’è una norma per te assolutamente da aggiornare se non da cambiare ?

Matteo Felitti. Come spesso ricordo, ritengo che vada assolutamente modificata la norma che impone il contenuto minimo di cemento e le corrispondenti tabelle UNI 11104 e UNI EN 206. 

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