Strutture ferroviarie: qualifica delle miscele di calcestruzzo

Calcestruzzo: il costruttore deve effettuare studio e prove delle miscele che intende effettuare

L’Arch. Giorgio Estrafallaces, di Italferr, ha aperto la sua relazione ringraziando gli organizzatori ed evidenziando il tema del suo intervento «Tratterò brevemente le modalità di qualifica delle miscele di calcestruzzo con particolare riferimento alle prescrizioni del capitolato di Italferr. Vedremo le differenze tra queste prescrizioni e quelle delle norme tecniche per le costruzioni e faremo un piccolo focus in merito alle responsabilità degli attori del processo di qualifica delle miscele».

La presentazione si prospetta quindi quanto mai interessante, toccando alcuni dei punti chiave del processo che porta alla fornitura del calcestruzzo nella realizzazione delle infrastrutture.
Estrafallaces ha evidenziato che «Per cominciare però è bene fare chiarezza in merito ai termini che saranno ricorrenti nel corso della presentazione: prequalifica per il capitolato di Italferr e valutazione preliminare per le norme tecniche per le costruzioni sono espressioni equivalenti: indicano entrambe l’insieme delle attività di prova e di acquisizione documentale necessarie per la produzione e l'Impiego di una miscela di calcestruzzo.

Cosa si intende dunque per prequalifica e cosa si intende per valutazione preliminare? si intende la determinazione delle caratteristiche della miscela di calcestruzzo nel rispetto dei requisiti prestazionali definiti in progetto ed espressi dal capitolato.
Responsabilità: tanto le norme tecniche per le costruzioni che il capitolato sono concordi nell'assegnare al costruttore il compito di studiare la composizione della miscela al fine di ottenere le prestazioni richieste dal progetto.

Il costruttore prima dell'inizio della costruzione di un'opera deve effettuare studio e prove preliminari di ciascuna miscela che intende utilizzare ed acquisire la documentazione relativa ai costituenti.
Attenzione, il costruttore ha la responsabilità del calcestruzzo prodotto anche quando lo studio della miscela è delegato ad altro soggetto, per esempio, al produttore di calcestruzzo preconfezionato.

Al direttore lavori invece è fatto obbligo, tanto dalle norme tecniche per le costruzioni tanto dal capitolato di Italferr, di acquisire prima dell’impiego la documentazione attestante l’esecuzione delle prove preliminari di studio della miscela e l'attestazione della marcatura CE dei materiali costituenti. Il Direttore Lavori ha anche facoltà di disporre ulteriori prove preliminari sulla miscela di calcestruzzo e sui materiali costituenti.»

Estrafallaces mostra quindi una tabella in cui sono riportate le specifiche del capitolato di Italferr e delle norme tecniche commentandola: «Come si può vedere c'è un parallelismo quasi perfetto, richiedono entrambe lo studio di pre-qualifica della miscela, le prove preliminari sul calcestruzzo e sui costituenti, affidano al direttore lavori la facoltà di disporre ulteriori prove e l’obbligo di acquisire la documentazione di pre-qualifica.

Ciò che distingue invece il capitolato Italferr dalle NTC del 2018, (e, ancor prima da quelle del 2008 e del 2005), è l'obbligo che viene fatto dal Capitolato di effettuare prove industriali presso l'impianto di betonaggio al fine di testare effettivamente le caratteristiche studiate e dichiarate dal costruttore. In questo senso quindi il Capitolato Italferr è ben più restrittivo delle norme tecniche del 2018.»

Un approccio molto attento che non nasce solo dalle recenti norme.
Estrafallaces racconta infatti "Fin dai primordi, il capitolato Italferr si è sempre caratterizzato per la maggiore attenzione riservata a questi aspetti. Per esempio, rispetto al DM 9.1.96, il Capitolato fin dal 1994 prevedeva la valutazione dei requisiti di ciascuna miscela con prove all'impianto di betonaggio che dovevano essere certificate dal laboratorio autorizzati o ufficiali. Non solo, ma nel Capitolato si faceva menzione della durabilità fin dal 1994 richiedendo già in fase di qualifica della miscela appositi test di prova».

Che cos'è il dossier di prequalifica del calcestruzzo

Estrafallaces racconta quindi ancora alcune scelte che caratterizzavano già dagli anni novanta le attività di controllo del calcestruzzo per arrivare ad approfondire un tema chiave per il settore: "Ma cos'è dunque il dossier di pre-qualifica? il dossier di pre-qualifica è un documento propedeutico all'attività di qualifica della miscela e dell'impianto di betonaggio che comprende studi, prove, certificazioni, valutazioni degli impasti, necessario per caratterizzare la miscela e i suoi costituenti.

Nel dossier di pre-qualifica deve essere fatto esplicito riferimento alla formulazione della miscela, alla classe di resistenza, alla classe di consistenza, al diametro massimo dell’aggregato, alla classe di esposizione (così come prescritto dalle norme tecniche per le costruzioni), ma anche al tipo di cemento da utilizzare, al rapporto acqua cemento e al contenuto di cloruri (come invece prescritto dal Capitolato)."

La qualifica delle miscele di calcestruzzo

Estrafallaces prosegue nella disamina toccando il punto della qualifica delle miscele. «Questa invece è la parte più bella a mio avviso, ovvero come si effettua praticamente la qualifica delle miscele di calcestruzzo. Beh, possiamo individuare tre differenti step: un primo che riguarda la caratterizzazione dei materiali costituenti la miscela, un secondo le prove sul calcestruzzo fresco ed un terzo le prove sul calcestruzzo indurito.

Prima di cominciare l'attività di qualifica i materiali vanno campionati. Attività questa, sempre in capo al laboratorio autorizzato. I materiali sono poi identificati con una targhetta e quindi sottoposti alle prove di caratterizzazione in base alle rispettive norme di prodotto, (per esempio per il cemento la UNI EN 197, gli aggregati UNI EN 12620 e la normativa italiana di applicazione UNI 8520 e così via).

Per quanto riguarda le prove sul calcestruzzo fresco Estrafallaces da queste indicazioni: «preconfezionato l'impasto all'impianto di betonaggio occorre misurare la temperatura della miscela e anche quella dell’ambiente per poi effettuare la determinazione allo slump test al fine di verificare che la consistenza della miscela sia conforme a quella prevista dal progetto. Lo slump test viene effettuato a step temporali differenti: subito dopo l’impasto, dopo 30 minuti, dopo 60, dopo 90, dopo 120 minuti a seconda del mantenimento della lavorabilità dichiarato. Questa è sicuramente la caratteristica della miscela più restrittiva in assoluto, quella sulla quale un bel po' di miscele e di qualifiche si inchiodano.

Il mantenimento della lavorabilità è il periodo che intercorre tra la chiusura del carico e la posa in opera dell'impasto nella cassaforma. Perché è importante il mantenimento della lavorabilità? perché il calcestruzzo diminuisce progressivamente nel tempo la sua lavorabilità, perde di plasticità che le maestranze in campo sono solite ripristinare sul punto di getto con generose aggiunte d’acqua, che a loro volta, pregiudicano non solo la resistenza meccanica del calcestruzzo ma anche la sua durabilità.

Per misurare invece la segregabilità delle miscele di calcestruzzo fluide, quindi in classe S5, è necessario effettuare prova di spandimento mediante tavola scosse secondo UNI EN 12350 parte 5.
Importante prova sul calcestruzzo fresco è la determinazione dell'acqua essudata (bleeding) che si raccoglie sulla superficie del calcestruzzo dopo la compattazione del campione.»

Cosa non fare in cantiere

Estrafallaces da un’indicazione anche su cosa non dovrebbe essere fatto, in particolare si riferisce alla determinazione del contenuto d'acqua in maniera speditiva con alcool: «mi soffermo su quello che non dovrebbe mai essere fatto in cantiere, e non solo per la presenza di fiamme libere, ma anche perché questa metodologia di prova non dà sufficienti garanzie in termini di affidabilità.

Non a caso, per esempio, al fine di evitare perdite di materiale causate dallo scoppiettio degli aggregati, con conseguente alterazione del risultato di prova, si pongono sulle teglie delle reti (come nella figura del video). Questo invece è ciò che dovrebbe essere fatto secondo la UNI 11201 (nella figura del video). Accade invece di trovare in campo laboratori poco attrezzati per effettuare prove di questo genere che prelevano il campione, inibiscono la presa del calcestruzzo con alcool, ed effettuano la prova in un periodo successivo presso la propria sede»

Il contenuto di aria e la prova di omogeneità

«Altre prove da condurre sul calcestruzzo fresco sono quelle per la determinazione del contenuto d'aria con porosimetri a colonna d'acqua e a manometro e per l’omogeneità.
Prova questa , non presente nella normazione nazionale (è una prova mutuata dagli standard americani) è stata inserita nel Capitolato di Italferr per stabilire l'efficacia della miscelazione. La prova si effettua esclusivamente quando il calcestruzzo è confezionato a secco, setacciando un campione un campione prelevato ad 1/5 ed un altro a 4/5 dello scarico. La differenza tra il materiale trattenuto non deve eccedere il 15 per cento.

Le prove di valutazione del calcestruzzo indurito

Estrafallaces prosegue la sua disamina: «Ultimate le prove sul calcestruzzo fresco si procede al confezionamento dei provini, che devono essere tutti identificati con un apposito cartellino recante la sigla del responsabile dell’attività,
Estrafallaces torna sulle prove sul calcestruzzo indurito: «in base alle prescrizioni del progetto e/o del Capitolato, si effettuano: prove di resistenza a compressione a varie scadenze temporali, generalmente a 1, 3, 7 14 28 60 giorni, prove di determinazione della resistenza a trazione indiretta, di profondità della penetrazione d'acqua in pressione, modulo elastico, determinazione del ritiro.
Tutte prove standard che vengono fatte in corso di qualifica della miscela.
La prova di resistenza al degrado dovuto ai cicli di gelo e disgelo viene effettuata invece, solo in presenza di calcestruzzo in classe di esposizione ambientale XF.
Estrafallaces prosegue entrando nel merito della descrizione di alcune di queste prove.

Il Dossier di qualifica

La relazione a questo punto tratta la predisposizione del Dossier di qualifica della ricetta: «Ultimate le prove sul calcestruzzo fresco e sul calcestruzzo indurito, nonché sui materiali costituenti, si elabora il dossier di qualifica che dunque, attesta la conformità della miscela di calcestruzzo alle prescrizioni di legge, di capitolato e di progetto.
Come prescritto dal Capitolato Italferr, la qualifica deve essere nuovamente effettuata ed il dossier riemesso in successiva revisione «ogni qualvolta intervengono modifiche nei costituenti, nei dosaggi, oppure ogni qualvolta ci siano modifiche nelle modalità di confezionamento» e prosegue evidenziando che si debba procedere anche, «ad un tagliando con frequenza annuale allo scopo di verificare il mantenimento dei requisiti determinati in occasione delle prove industriali all'impianto di betonaggio.»

Conclusioni

«Il capitolato Italferr e le norme tecniche per le costruzioni prescrivono entrambe che l'impiego della miscela di calcestruzzo per interventi strutturali sia preceduto da una fase di studio allo scopo di determinare i requisiti prescritti.
La valutazione preliminare delle caratteristiche del calcestruzzo -come recitano le NTC- costituisce il presupposto fondamentale per l'affidabilità e la durabilità delle opere strutturali.
Prima dell’impiego della miscela ilcostruttore deve sottoporre alla direzione lavori la documentazione relativa a: FPC dell'impianto di betonaggio, studio preliminare di qualifiche della miscela, dossier di qualifica della miscela. Documenti tutti, che il DL deve acquisire preliminarmente"