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                                                    le costruzioni in rete

 TEMPERATURA X TEMPO
  Prof. Ing. Salvatore Lo Presti

         lopresti@dpce.ing.unipa.it

        Data di pubblicazione: 12/2002

 

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TEMPERATURE x TIME

The quality control of the concrete both coolness and seasoned is necessary also considering the numerous recent static instability of buildings. The time in which the concrete was thought as an eternal artificial stone by now is ended; it is opportune to evidence the numerous deficiencies both in the normative level and in the executive level, the persistence of such deficiencies leads unavoidably to the worst management of the constructive process of the structures in concrete simple and also armed. Who writes recently has carried out an experimental search on the quality control of the fresh concrete and has revealed the deficiency of the norm in merit to the seasoning of the cubical test pieces; the result of the search suggest to replace the concept of 28 days of seasoning with the new concept of " FACTOR OF MATURATION ".

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1. PREMESSA  

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Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione maggiormente utilizzato nell’ingegneria civile; le motivazioni che portano al suo vastissimo utilizzo sono numerose: il basso costo, le buone proprietà fisico-meccaniche e la possibilità che offre al progettista di risolvere gli innumerevoli problemi legati alla forma grazie alla precipua capacità di riempire con continuità gli spazi ad esso assegnati.

In Italia sono prodotti ogni anno circa 120 milioni di metri cubi di calcestruzzo e, tenuto conto della popolazione del nostro Paese, la produzione pro capite supera i 2 m3 di calcestruzzo all’anno; ciò rappresenta un primato mondiale. Tuttavia a fronte di questo primato produttivo, la qualità del calcestruzzo prodotto in Italia non sempre può essere considerata ottimale.

Molteplici e complesse sono le cause di questa singolare distonia fra la quantità e la qualità di questo materiale che indubbiamente è di basilare importanza per lo sviluppo economico di qualsiasi paese. La causa più probabile è da ricercare, forse, nella facilità di realizzazione; circostanza che, oggettivamente, è un vantaggio ma che può costituire un indubbio rischio; l’apparente facilità di produzione, infatti, può indurre molti operatori poco esperti ad improvvisarsi confezionatori con la inevitabile conseguenza che spesso viene prodotto un materiale qualitativamente scadente e quindi facilmente degradabile; molto lontano, cioè, da quella pietra artificiale che in un recente passato fu vista come eterna.

In realtà, se è facile produrre un calcestruzzo di bassa qualità prestazionale, non altrettanto facile è produrre un impasto di prefissata qualità ed in particolare di durabilità voluta.

L’esperienza ha dimostrato che per ottenere un calcestruzzo durevole è necessario che ci si attenga a queste regole operative fondamentali:

1.    Il progettista dell’opera deve tenere conto non solo delle caratteristiche meccaniche (Rck), ma anche delle possibili interazioni con l’ambiente nel quale l’opera è inserita (Dck).

2.    Il produttore del calcestruzzo deve sottoporre il prodotto ai prescritti controlli di qualità, sia per quanto concerne i costituenti[1], sia per quanto riguarda l’impasto finito.

3.    L’esecutore dell’opera deve rispettare i canoni della corretta pratica del costruire.

4.    Il Direttore dei lavori deve verificare che siano soddisfatti i requisiti al fine dell’accettazione in cantiere del prodotto.

5.    Il collaudatore delle opere in calcestruzzo semplice o armato deve essere scrupoloso nei controlli e nei saggi che effettua ai fini della certificazione.

La norma UNI 6132/72 impone la verifica della capacità di resistenza meccanica del materiale mediante la prova a compressione, fino alla rottura, di alcuni provini cubici significativi; tale misura, però, nella stragrande maggioranza dei casi è falsata dal fatto che non si tiene conto dell’effettiva entità della maturazione degli elementi assoggettati alla prova; ciò spesso conduce a conclusioni errate in merito alla classificazione del calcestruzzo.

Sebbene lo sviluppo delle conoscenze sulle proprietà del calcestruzzo abbia raggiunto un livello tutt’altro che disprezzabile, scarsa è la sensibilità degli operatori in merito al superamento dell’errore che si commette, partendo da provini di cui non si conosce l’esatta maturazione, nella misurarazione della resistenza a compressione di un calcestruzzo. Le negligenze possono condurre, in un numero molto elevato di situazioni ambientali, a risultati e a classificazioni del calcestruzzo non corretti. Ciò in quanto gli elementi sottoposti a prova, a causa di una errata valutazione della loro maturazione, potrebbero risultare non rappresentativi della classe di calcestruzzo su cui si indaga.

L’attuale normativa detta i canoni per la stagionatura dei provini[2] ed ignora che il puntuale rispetto di questi è praticamente impossibile nella quasi totalità dei cantieri laddove, cioè, è improponibile impiantare un laboratorio attrezzato per la corretta stagionatura dei cubetti. In realtà la stessa normativa fornisce un’alternativa alla vasca di maturazione di laboratorio, dove la temperatura e l’umidità sono sotto controllo, indica la possibilità di far stagionare i provini immergendoli nella sabbia umida, presupponendo che in queste condizioni si mantengano costanti la temperatura e l’umidità.

Chi scrive, ha recentemente svolto una ricerca sperimentale che ha condotto alla formulazione del concetto di “FATTORE DI MATURAZIONE” e si è dimostrato, che ciò non è vero per quanto riguarda la temperatura. Nel grafico di figura 1 sono riportate le temperature misurate all’interno delle vasche di maturazione con sabbia umida poste in cantiere durante tutto il periodo della ricerca; dal grafico si può notare che non è corretto ritenere costanti le temperature all’interno di tali vasche ricolme di sabbia mantenuta costantemente umida.

      Fig. 01 – Temperature all’interno delle vasche di maturazione in cantiere.

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2. IL FATTORE DI MATURAZIONE

La maturazione del calcestruzzo è, tra tutti i parametri che concorrono ad indicarne le caratteristiche, quello più spesso trascurato dagli operatori del settore meno accorti, eppure influisce notevolmente sul giudizio della qualità dell’opera che si realizza. Come è noto, non ci si può riferire al calcestruzzo come ad un materiale omogeneo ed isotropo, né lo si può considerare come materiale di caratteristiche note e costanti; si tratta di una pietra artificiale creata poco prima del suo impiego; esistono quindi infiniti tipi di calcestruzzo in funzione del mix-design, della natura dei componenti, delle condizioni climatiche al momento del getto, dell’esecuzione più o meno accurata del confezionamento, ecc. Sono queste considerazioni, tra l’altro, che hanno indotto il legislatore a predisporre norme in grado di consentire agli addetti ai lavori di potersi orientare all’interno degli innumerevoli e differenti prodotti.

Uno degli aspetti presi in considerazione dalle norme, come detto, è la resistenza meccanica ed è compito del personale addetto all'accettazione dei calcestruzzi in cantiere verificarla mediante prelievi sistematici, dall’impasto, in funzione dell'importanza dell'opera; tali prelievi conducono alla formazione di cubetti di prova da sottoporre allo schiacciamento presso laboratori autorizzati.

Perché queste prove siano significative, cioè perché conducano al valore convenzionale Rck, è necessario che le operazioni vengano effettuate in forma canonica, così come indicato dalle norme; solo così, infatti, le prove potranno ritenersi significative e ripetibili ovunque ed in qualunque tempo; quando non si seguono puntualmente le disposizioni contenute nelle norme, l'oggetto della prova diviene non classificabile ed i risultati ottenuti differiscono da quelli canonici tanto più ampiamente quanto minore è l'aderenza alle corrette pratiche da seguire.

Questa affermazione è stata abbondantemente dimostrata anche da questa ricerca, che ha quantificato la divergenza, in termini di resistenza meccanica, tra i provini conformi e quelli difformi, come mostrato nel grafico di Fig. 2.

 Fig. 02 – Raffronto delle resistenze meccaniche.

Sembrerebbe dunque superfluo proseguire; si pretenda che:

a)    i cubetti da sottoporre a prova siano confezionati in cubettiere regolamentari;

b)    il calcestruzzo contenuto nelle cubettiere sia pestellato con una barra di acciaio del diametro di mm 16 secondo tre strati e con n° 25 colpi inferti seguendo una spirale a partire dal bordo esterno;

c)    i cubetti di prova siano stagionati per 28 gg. in vasche di stagionatura con umidità costante non minore del 90% ed a temperatura costante di 20±2 °C;

ed i risultati ottenuti dalla prova a compressione di tali provini saranno corretti!

Purtroppo le condizioni imposte dalle norme possono essere soddisfatte solo in stabilimento dai prefabbricatori, molto difficilmente dalle imprese, anche le più volenterose ed attente al problema; queste lavorano in condizioni tali da non poter garantire la stretta osservanza alle disposizioni di norma; dunque avviene, spesso, che i cubetti vengano abbandonati per 28 giorni in un luogo casuale del cantiere, quello dove intralciano meno. Allo scadere del ventottesimo giorno il direttore dei lavori, scrupoloso, porta i cubetti in laboratorio per lo schiacciamento e con sua somma sorpresa gli viene comunicato che il calcestruzzo impiegato è pessimo perché i valori di schiacciamento sono di molto lontani da quelli richiesti.

Nascono a questo punto enormi problemi legati a timori e scrupoli di coscienza:

·  Bisogna demolire l’opera realizzata solo un mese prima?

·  Occorre declassare il calcestruzzo ai fini della valutazione economica?

·  L'impresa che ha eseguito i lavori è affidabile? ecc.

In realtà i cubetti provati non erano rappresentativi della qualità del calcestruzzo impiegato; quei provini non avevano subito un processo di maturazione corretto. È apparso dunque opportuno uno studio rivolto ad individuare un parametro che sia comune ai provini maturati in vasca controllata e a quelli maturati in cantiere a cielo aperto; tale parametro funge da legame tra le due diverse situazioni al fine di fornire agli utenti un metodo di valutazione e di confronto.

Il metodo consiste nel calcolare preventivamente il primo parametro, quello relativo alle condizioni canoniche in laboratorio[1], e nel monitorare con continuità il secondo, quello che si verifica nelle condizioni ambientali in cantiere; così facendo si potranno omogeneizzare le condizioni di maturazione e quindi raffrontare e rendere paragonabili i cubetti lasciati in cantiere con quelli che si sarebbero dovuti stagionare in laboratorio.

La ricerca svolta ha individuato come parametro di confronto il Fattore di Maturazione che può definirsi come il prodotto delle temperature, verificatesi durante la stagionatura, per il tempo trascorso. In realtà i parametri da considerare sono tre:

1.    il tempo;

2.    la temperatura;

3.    l’umidità relativa;

ma, al fine di semplificare l’applicazione del metodo, non potendo bloccare e quindi mantenere costante il tempo, che trascorre inesorabilmente, essendo improponibile mantenere costante la temperatura a causa delle complesse apparecchiature da installare nel cantiere, si è preferito mantenere costante il terzo parametro citato dalle norme, l’umidità relativa. Per tale motivo il fattore di maturazione è definito come il prodotto di due soli parametri, il tempo e la temperatura; il primo, misurato in minuti, è quello necessario perché i provini raggiungano la maturazione voluta, il secondo, misurato in °C, è quello riferito all’ambiente e riscontrato durante il periodo di stagionatura.

Entrambi i termini risultano di facile accertabilità ed è molto semplice mantenere costante l’umidità relativa adottando modesti mezzi che sono sempre presenti in ogni cantiere, come la sabbia e l’acqua.

Si distinguono dunque:

1.    il Fattore di Maturazione canonico[2] (FMc), espresso in °C·min, che è fornito dalla relazione:

 dove:

·       T è la temperatura variabile che si riscontra nel tempo t trascorso tra il momento del getto e quello dell’effettiva posa dei cubetti in vasca di stagionatura (solitamente 1 giorno);

·       K = 777.600 °C·min è un termine noto[3] perché le condizioni di stagionatura in vasca di laboratorio, a temperatura ed umidità controllate, sono quelle previste dalle norme.

2.    il Fattore di Maturazione reale[4] (FMr), espresso in °C·min, che è fornito dalla relazione:

 dove:

·       T è la temperatura variabile che si riscontra nel tempo t trascorso tra il momento del getto e quello necessario per raggiungere il valore del fattore di maturazione canonico;

Quando si verificherà l’uguaglianza:

FMr = FMc

potrà affermarsi che i cubetti provenienti dal cantiere avranno raggiunto il fattore di maturazione richiesto dalle norme e quindi potranno essere sottoposti alle prove di compressione; queste forniranno valori di resistenza meccanica analoghi a quelli che si sarebbero ottenuti schiacciando i provini maturati in vasca di laboratorio.

L’obiettivo della ricerca è stato proprio quello di dimostrare che, a parità di Fattore di Maturazione, due provini provenienti dallo stesso impasto di calcestruzzo, ma che hanno subito diversi procedimenti di maturazione, hanno lo stesso valore di resistenza meccanica.

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3. SVILUPPO DELLA RICERCA  

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Per raggiungere l’obiettivo della ricerca si sarebbero dovute eseguire le operazioni programmate ad ogni variazione di condizioni climatiche da riscontrare mediante un continuo monitoraggio. Ciò avrebbe comportato uno sforzo immane sia economico che operativo; si è ritenuto, però, che i risultati potessero essere significativi anche apportando alcune accettabili semplificazioni al problema.

L'indagine è stata utilmente limitata a quelle temperature ambientali che si verificano in quei periodi dell’anno di sicura apertura dei cantieri. Ci si è dunque proposti di scartare quelle che si verificano in tempi di certa inoperosità come, ad esempio, il mese di Agosto; altra semplificazione è stata quella di rilevare la temperatura ogni 5 minuti, intervallo di tempo che costituisce un campo di variazione non puntale, ma neppure grossolano. Dalle considerazioni, brevemente esposte, si è pervenuti alla determinazione di formare cubetti di prova ogni settimana per un periodo di dodici mesi, in modo da poter ritenere sufficientemente testate le possibili variazioni di temperatura riscontrate nel sito preso in considerazione e nei periodi ritenuti rappresentativi. La ricerca si è sviluppata nelle seguenti fasi:  

A) Fasi Preparatorie:  

1)         studio a tavolino del mix-design per cls. ritenuti d'impiego comune;

2)         scelta presso i fornitori dei componenti degli impasti;

3)         prequalificazione in laboratorio dei componenti degli impasti;

4)         individuazione del sito, ove effettuare le operazioni di cantiere, rispondente alle seguenti caratteristiche:

·       ampiezza sufficiente per consentire lo stoccaggio, in cantiere, dei numerosi cubetti che si prevedeva maturassero contemporaneamente;

·       presenza di idonea struttura atta al ricovero delle apparecchiature;

·       possibilità di approvvigionamento di energia elettrica;

·       vicinanza al laboratorio presso il quale effettuare le prove;

5)         disposizione nel cantiere delle vasche realizzate in lamiera zincata, di opportune dimensioni, per il ricovero dei cubetti da stagionare in ambiente naturale immersi sotto sabbia umida;

6)         collocazione della stazione termometrica in prossimità delle vasche[1] di contenimento dei cubetti.

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Fig. 3 - Schema delle fasi operative in cantiere ed in laboratorio.

 

B) Fasi Periodiche[2]:

Nello schema di Fig. 3 sono illustrati i passaggi che hanno caratterizzato le fasi di lavoro in cantiere ed in laboratorio; ogni ciclo operativo era costituito da:

·       confezionamento del calcestruzzo con verifica allo slump-test per garantire caratteristiche costanti ad ogni getto[3];

·       formazione di 36 provini cubici di 15 cm di lato in apposite cubettiere normalizzate riutilizzabili;

·       posa dei cubetti, in luogo climaticamente monitorato, per 24 ore di permanenza al fine di consentire la presa del calcestruzzo e quindi di poter considerare i provini indisturbati;

·       ricovero di 12 provini in vasca di maturazione presso il laboratorio;

·       ricovero a cielo aperto in vasca con sabbia dei rimanenti 24 provini;

·       attesa di 27 gg. per i provini canonici e calcolo di FMc;

·       monitoraggio della temperatura in cantiere e calcolo progressivo del FMr;

·       attesa di X gg. per i provini maturati sotto sabbia umida fino al raggiungimento dell’uguaglianza: FMr = FMc;

·       schiacciamento dei cubetti con FMr e con FMc per la determinazione dei rispettivi valori di Rck.

C) Fasi Conclusive:  

Essenzialmente le fasi conclusive sono consistite:

·       nell’elaborazione a tavolino dei dati ottenuti;

·       nella redazione dei grafici;

·       nelle considerazioni di correlazione e di raffronto;

·       nella formulazione del giudizio sulla proponibilità del metodo;

·       nell’elaborazione della relazione conclusiva.

 

FOTO 1 – Alcuni componenti il gruppo. FOTO 2 – Slump-test.  
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FOTO 3 – Prelievo dalle vasche. FOTO 4 – Prova a compressione.

 

È stato predisposto un programma di schiacciamento dei cubetti, atto a fornire i dati basilari per lo sviluppo della teoria.

Con tale programma si è prevista la prova a rottura sia dei provini canonici stagionati in vasca di laboratorio per 28 gg. che dei cubetti stagionati nelle vasche a cielo aperto per X giorni, previo calcolo del Fattore di Maturazione reale (MFr).

La prova a compressione dei provini caratterizzati dalla maturazione MFr si è effettuata in quattro tempi e precisamente:

·       la prima prova è stata effettuata nel giorno in cui il fattore di maturazione è stato riscontrato prossimo a quello ottenibile secondo norma;

·       la seconda nel giorno in cui il fattore di maturazione è stato riscontrato coincidente con quello ottenibile secondo norma;

·       la terza nel giorno in cui il fattore di maturazione è stato riscontrato di poco superiore a quello ottenibile secondo norma;

·       la quarta in un giorno in cui il fattore di maturazione è stato riscontrato elevato.

Le operazioni hanno avuto effettivamente inizio il giorno precedente quello del primo getto e precisamente il 19.10.1994; il pomeriggio di quel giorno sono state effettuate, infatti, le operazioni preliminari.

Le fotografie 1-2-3-4 illustrano alcune delle fasi di lavoro precedentemente descritte.

Il mix-design scelto per gli impasti, riferito ad un volume di 60 l.[4], è riassunto nella seguente tabella:

Tabella riassuntiva del mix-design  

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Sabbia fine 21 Kg
Sabbia di frantoio   30 Kg
Pietrischetto tipo 1 21 Kg
Pietrisco tipo 2 42 Kg
Cemento tipo 42,5 R

18 Kg

Acqua  

*  

* misurata di volta in volta, per tener conto dell’umidità trattenuta dagli inerti; la consistenza è verificata al Cono di Abrams per ottenere uno Slump di 7 cm con lo scarto di ±1 cm.  

Gli inerti impiegati sono stati prelevati dai mucchi, contenuti negli appositi alloggiamenti a cielo aperto, ubicati in una vasta e defilata area del piazzale dove si sono svolte le operazioni di cantiere messo a disposizione dalla “Calcestruzzi S.p.A.” di Palermo; sono stati pesati con una bilancia a bilico di buona precisione e incassettati in appositi contenitori con un lato a tramoggia ed i bordi sagomati perché potessero essere impilati uno sull’altro.

Le cubettiere utilizzate sono state quelle in materiale plastico di colore giallo e quindi reimpiegabili; hanno richiesto una costante manutenzione consistente nella spalmatura di olio sulle superfici interne per facilitare la sformatura dei cubetti[5], e nella successiva pulitura per la conservazione in vista del riutilizzo.

Le vasche per l’accoglimento dei cubetti collocate a cielo aperto hanno le dimensioni di 130x130x25 cm e sono state realizzate in lamiera zincata; prima della posa dei cubetti sono state predisposte riempiendole con uno strato di 5 cm di sabbia al fine di realizzare un letto isolante.

Prima di effettuare la miscela dei componenti del conglomerato si sono controllati scrupolosamente i pesi degli aggregati e si è determinata la percentuale di acqua trattenuta pesando un campione, con una bilancia di precisione, prima e dopo l’essiccamento.

L’impasto, per ogni getto di 60 l, è stato effettuato mediante una betoniera elettrica e la consistenza voluta è stata testata con il Cono di Abrams effettuando il cosiddetto “Slump-test” secondo le prescrizioni dettate dalle norme; successivamente si sono confezionati n° 12 cubetti[6] pestellati con n° 25 colpi per ognuno dei tre strati di calcestruzzo versato nella cubettiera.

La lettura delle temperature è avvenuta per mezzo di un termografo elettronico digitale “Salmoiraghi” il cui sensore era immerso in una vasca del tutto simile per materiale, forma, dimensioni, ubicazione, condizioni ambientali, coibentazione ed umidità a quelle che contenevano i provini posti a stagionare in cantiere.

La sformatura è avvenuta l’indomani dei getti con l’ausilio di un compressore; un terzo dei provini[7] sono stati immediatamente ricoverati nella vasca di stagionatura ricolma d’acqua alla temperatura costante di 20 °C, mentre i rimanenti due terzi[8] venivano poggiati ed adeguatamente sistemati sopra il letto di sabbia all’interno delle vasche a cielo aperto che successivamente furono ricolmate con sabbia e allagate d’acqua fino al rifiuto.

I dati provenienti dalla stazione termografica, stampati automaticamente e con continuità dalla macchina, sono stati attinti quotidianamente e giornalmente elaborati perché fosse monitorato senza soluzione di continuità il Fattore di Maturazione reale (MFr) che veniva messo a confronto con quello canonico MFc, già calcolato, relativo ai provini messi a stagionare nella vasca di maturazione in laboratorio dove la temperatura era stata fissata a +20 °C ed i provini erano immersi in ambiente con umidità relativa superiore al 90%.

Dopo 28 giorni dal getto, i cubetti stagionati nella vasca canonica vennero pesati e sottoposti alle prove di resistenza a compressione.

Stessa sorte hanno subito i cubetti maturati nelle vasche in cantiere ma a tempi differenti; ogni qual volta, cioè, si stimava prossimo al raggiungimento o raggiunto o superato di poco il fattore di maturazione canonico.

Il calcolo è stato effettuato fino all’ultimo giorno di presenza dei cubetti in cantiere e cioè fino al 22.02.1996 che può considerarsi di fatto l’ultimo giorno delle operazioni svolte in cantiere ed in laboratorio.

I valori di pesatura, di rottura per compressione ed il rilevamento del contenuto d’acqua degli inerti sono stati certificati dal laboratorio GEOLAB s.r.l. di Palermo.

Si riportano nella tabella che segue alcuni numeri significativi delle operazioni svolte

 

Tabella della quantificazione delle operazioni effettuate  

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GIORNI DI MONITORAGGIO AUTOMATICO DELLE TEMPERATURE, 485
GIORNI DI GETTO DEI CALCESTRUZZI, n° 38  
GIORNI DI LAVORO IN CANTIERE, n° 226  
GIORNI DI LAVORO IN LABORATORIO, n° 53  
GETTI ESEGUITI, n°   114  
CALCESTRUZZO CONFEZIONATO, mc 16,06
PROVE DI UMIDITA DEGLI INERTI, n°   24  
PROVINI REALIZZATI, n° 1.824  
PROVINI MATURATI IN CANTIERE, n° 1.368
PROVINI MATURATI IN LABORATORIO, n° 456
BATTUTE SCLEROMETRICHE, n° 131.328
VASCHE CONTEMPORANEAMENTE OPERATIVE IN CANTIERE, n° 24  
FATTORI DI MATURAZ. ELABORATI, n° 139.680

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4. ANALISI DEI RISULTATI

Sono stati elaborati i valori di raffronto della crescita del FMr e del FMc; i relativi grafici sono di seguito riportati e si riferiscono, per brevità di spazio assegnato, solo ad alcune serie, le più significative, di confezionamenti dei calcestruzzi tra quelli effettuati tra il primo getto avvenuto il giorno 20.10.1994 e l’ultimo avvenuto il giorno 21.12.1995.

Ogni serie comprende n° 3 impasti che possono essere ritenuti omogenei poiché le tre miscele, effettuate ogni giorno in cui si è effettuato il getto, sono state eseguite in rapida successione, quindi, con buona approssimazione, si può pensare di aver operato nelle medesime condizioni ambientali, ed in ogni caso impiegando gli identici componenti miscelati seguendo lo stesso mix-design.

Nei grafici sono riconoscibili:

1.    in azzurro la linea caratterizzante l’aumento nel tempo del FMc; questa è una retta crescente a causa del valore costante di uno dei due parametri, la temperatura[1]; il FMc varia dunque solamente con il variare del tempo;

2.    in rosso la linea caratterizzante la crescita del FMr che è una curva poiché è influenzata, oltre che dalla variabile tempo, anche dalle variazioni delle temperature;

3.    in verde il valore FMmax che è il massimo valore del FMc[2], raggiunto il quale, tutti i provini, comunque sia avvenuta la loro maturazione, possono essere ritenuti equipollenti a quelli canonici.

La linea verde rappresenta quindi il tetto massimo del Fattore di Maturazione che i cubetti devono raggiungere; questa intercetta la linea azzurra in corrispondenza dei 28 giorni canonici e la linea rossa in corrispondenza degli “X” giorni, dove X è un numero che può essere uguale, maggiore o minore di 28 e ciò in funzione delle temperature variabili che si verificano durante il periodo di maturazione. In definitiva l’intersezione della linea verde con quella rossa fornisce l’indicazione del giorno in cui deve essere effettuata la prova a compressione dei provini stagionati in cantiere.

Osservando il grafico relativo alla serie n° 1 è possibile notare che il FMc ed il FMr coincidono entrambi con la linea del FMmax dopo 28 giorni di stagionatura; ciò è avvenuto perché, nel periodo di maturazione[3], la media delle temperature all’interno delle vasche di cantiere corrispondeva esattamente alla temperatura tenuta costante nella vasca del laboratorio.

Dai grafici successivi si può notare come la linea del FMr si allontana da quella del FMc verso destra in modo via via crescente fino ad un valore massimo che si riscontra nella serie 9 nel periodo che va dal 15 dicembre al 6 febbraio successivo, periodo durante il quale le temperature furono molto inferiori ai 20 °C rappresentati dalla linea azzurra del FMc. In particolare la serie di cubetti n° 9 ha dovuto maturare per circa 54 giorni[4] per raggiungere lo stesso FM di quelli stagionati in laboratorio. Se si dovessero sottoporre a schiacciamento i cubetti maturati, nelle stesse condizioni, dopo “solo” 28 giorni[5] si otterrebbero valori di resistenza meccanica molto inferiori a quelli ottenuti dallo schiacciamento di quelli canonici. Ciò è riscontrabile nel grafico di figura 2 dove è possibile notare come, in corrispondenza della serie n° 9, il valore medio di rottura dei provini stagionati “solo” 28 giorni nelle vasche di cantiere sia molto inferiore a quello ottenuto per gli stessi provini stagionati nelle stesse condizioni ma per 54 giorni, valore che risulta essere quasi coincidente con quello canonico.

Proseguendo nell’osservazione dei grafici è evidente che aumentando la temperatura ambientale la linea rossa del FMr si riavvicina progressivamente a quella azzurra del FMc fino alla serie 24 quando i due FM si uguagliano nuovamente proprio a 28 giorni.

Leggendo ancora i grafici si rileva che la linea rossa riprende a discostarsi da quella azzurra ma questa volta verso sinistra e ciò perché il periodo corrisponde a quello delle temperature più alte di 20 °C fino al massimo raggiunto per la serie 31 per le quali sono stati sufficienti 21 giorni per ottenere l’uguaglianza MFr=MFc. Se si dovessero sottoporre a schiacciamento i cubetti maturati in cantiere dopo 28 giorni si otterrebbe un valore medio di resistenza meccanica superiore a quello canonico, come si legge sul grafico di figura 2.

Successivamente si riscontra nuovamente una coincidenza a 28 giorni in corrispondenza della serie 37 relativa a provini maturati nel periodo compreso tra il 5 ottobre e l’1 novembre, che corrisponde all’incirca al periodo di coincidenza verificatosi nell’anno precedente.

Grafici relativi al variare del Fattore di Maturazione.                         

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SERIE N° 09

SERIE N° 01
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SERIE N° 31 SERIE N° 24
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SERIE N° 47 SERIE N° 37

I grafici successivi mostrano un nuovo scostamento delle due linee e così via. L’andamento è ciclico ed è rappresentato dal grafico di figura 4 che si riferisce allo scarto temporale occorrente per ottenere la omogeneizazione dei provini.

Fig. 4 – Quantità di giorni da sommare algebricamente ai 28 canonici per garantire l’ottimale maturazione dei provini in calcestruzzo.  

 

 

Fig. 5 – Scarti delle resistenze meccaniche a compressione tra provini canonici e provini con 28 gg. di stagionatura in cantiere.

Nelle figure 5 e 6 sono riportati i grafici che illustrano gli scostamenti delle resistenze meccaniche confrontando il FMc rispettivamente con quello di cantiere a 28 giorni e a FMr=FMc.

Come si può notare, i provini stagionati per 28 giorni in cantiere hanno dato risultati di resistenza meccanica discostati da quelli canonici con picchi fino al 18% e con andamento costantemente inferiore specialmente nel periodo freddo.

Per i provini stagionati in cantiere fino al raggiungimento di FMr=FMc gli scarti sono quasi irrilevanti; solo in un caso si è avuto un picco del 10%.

Fig. 6 – Scarti delle resistenze meccaniche a compressione tra provini canonici e provini con FMr=FMc.

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5. VALUTAZIONI CONCLUSIVE

Il grafico di figura 4 non può essere proposto, agli addetti ai lavori, come abaco utile alla determinazione del periodo corretto di maturazione; ciò perché il grafico è stato costruito sui dati acquisiti da una esperienza effettuata in un dato sito geografico e durante un arco temporale non più percorribile. Qualora l’esperienza fosse stata condotta a Milano piuttosto che a Palermo oppure anche se nella stessa città, ma in un sito diverso, il grafico non sarebbe stato identico.

Le stesse considerazioni possono essere fatte in merito al periodo di osservazione; dal grafico si nota che nell’anno 1995 la coincidenza a 28 giorni dei valori del Fattore di Maturazione si è riscontrata per i getti effettuati il 5 ottobre e cioè 15 giorni prima dell’anno precedente.

Dalle considerazioni esposte si può dunque affermare che non è possibile, in assoluto, costruire un abaco che sia valido ovunque ed in ogni tempo.

Ciò che emerge dalla ricerca è che occorre effettuare un monitoraggio continuo in ogni cantiere e per tutta la durata del periodo interessato alla realizzazione dei calcestruzzi. In definitiva occorre rilevare le temperature con continuità e calcolare sistematicamente il FMr fino al raggiungimento del FMc per poter così conoscere il giorno esatto dell’avvenuta completa maturazione dei provini e quindi il giorno in cui è possibile effettuare la prova di compressione presso un laboratorio autorizzato. Appare opportuno, quindi, alla luce di quanto emerso dai risultati della ricerca, suggerire una variazione alla normativa vigente in merito al periodo di stagionatura dei provini cubici in calcestruzzo.

Le più recenti norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per strutture metalliche[6] nell’allegato 2 (controlli sul conglomerato), così recitano al punto 1, terzo capoverso:

“1. RESISTENZA CARATTERISTICA

…(terzo capoverso)

Nelle presenti norme, a meno di indicazione contraria, la <resistenza caratteristica> designa quella dedotta dalle prove a compressione a 28 giorni su cubi preparati e confezionati come al punto 3. …”

Si dovrebbe modificare il terzo capoverso così come segue:

“Nelle presenti norme la <resistenza caratteristica> designa quella dedotta dalle prove a compressione su cubi che abbiano raggiunto il FATTORE DI MATURAZIONE ottenibile in 28 giorni di stagionatura nelle condizioni ambientali costanti di 20 ± 2 °C e umidità relativa non minore del 90%, di cui alla UNI 6132-72, e preparati e confezionati come al punto 3[7]

Tale modifica alle norme non comporta alcuna variazione in merito alla gestione delle prove di laboratorio e solamente un irrilevante aggravio nella conduzione del cantiere. Di contro, imponendo un requisito puntualmente determinato, si consente una maggiore accuratezza nel controllo della qualità dei calcestruzzi, e ciò anche perché viene rimossa una prescrizione che, alla luce dei risultati, non risulta corretta.

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6. NOTE

1.    Prequalificazione.

2.  ”UNI 6127: Provini di calcestruzzo – Preparazione e stagionatura

“ …3.1.1.Stagionatura in condizioni definite di temperatura e di umidità.

Per controllare le caratteristiche dell’impasto di calcestruzzo, i provini devono essere conservati alla temperatura di 20 ± 2 °C con umidità relativa non minore del 90 %; tali condizioni si realizzano in locali opportunamente attrezzati, ovvero sistemando i provini sotto sabbia o stracci mantenuti umidi, in sotterranei, baracche coibentate, ecc …”

3.    Già fissate e quindi note e calcolabili.

4.    Quello cioè calcolato per i cubetti stagionati in laboratorio.

5.    Ottenuto dal prodotto di 60 min. per 24 h per 27 gg per 20 °C.

6.    Quello cioè monitorato per i cubetti realmente stagionati in cantiere.

7.    La sonda per il rilevamento delle temperature è stata collocata in una vasca con la medesima esposizione e con le stesse caratteristiche delle vasche contenenti i provini.

8.    Ogni settimana.

9.    114 getti.

10.   Volume della betoniera in dotazione.

11.   Avvenuta poi con l’ausilio di un getto di aria compressa erogato attraverso un foro, praticato dal costruttore, sulla faccia inferiore delle cubettiere.

12.   Per consentire la formazione dei 36 cubetti programmati si sono effettuati n° 3 impasti consecutivi per ogni giorno di getto.

13.   Dodici cubetti.

14.   Ventiquattro cubetti.

15.   Nella vasca di laboratorio si è mantenuta costante a 20 °C la temperatura di maturazione.

16.   Quindi costante essendo indipendente dal tempo.

17.   Dal 20 ottobre al 16 novembre.

18.   Circa 26 giorni in più.

19.   Dal grafico si legge, in corrispondenza dei 28 giorni, un valore di FM pari a circa il 50% di quello canonico.

20.   Emanate dal Ministero dei Lavori Pubblici con Decreto 9.01.1996, pubblicato sulla G.U. n° 29 del 5.2.1996 – supplemento.

21.   UNI 6132-72” …

2.2. Stagionatura

… i provini devono essere conservati, fino a 2 h prima della prova, in ambiente a temperatura di 20±2 °C e umidità relativa non minore del 90%. …”


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