TEMPERATURA x TEMPO

Salvatore Lo Presti - Facoltà di Ingegneria - Università di Palermo
lopresti@dpce.ing.unipa.it
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.Tuttavia non sempre la qualità di questo materiale è accettabile e la causa più probabile è da ricercare 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: 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 (classe di esposizione); il produttore del calcestruzzo deve sottoporre il prodotto ai prescritti controlli di qualità, sia per quanto concerne i costituenti, sia per quanto riguarda l'impasto finito; l'esecutore dell'opera deve rispettare i canoni della corretta pratica del costruire nella compattazione del conglomerato fresco e nella stagionatura umida del manufatto scasserato; il direttore dei lavori deve verificare che siano soddisfatti i requisiti al fine dell'accettazione in cantiere del prodotto; 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.
L'attuale normativa detta i canoni per la stagionatura dei provini 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 (20°C; U.R. ³ 95%)indicando la possibilità di far stagionare i provini immergendoli nella sabbia umida, presupponendo che in queste condizioni si mantengano costanti la temperatura e l'umidità.


Fig. 1 - Temperature all'interno delle vasche.

Nel grafico di Fig. 1 sono riportate le temperature misurate all'interno delle vasche di maturazione con sabbia umida poste in cantiere durante tutto il periodo della ricerca svolta da chi scrive in merito al problema della stagionatura; dal grafico si può notare che non è corretto ritenere costanti le temperature.Dunque avviene, spesso, che i cubetti vengano abbandonati per 28 giorni in un luogo casuale del cantiere, quello dove intralciano meno, e che i risultati della prova non siano soddisfacenti. In realtà i cubetti provati non sono rappresentativi della qualità del calcestruzzo impiegato; quei provini non hanno 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, 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 (1) che può definirsi come il prodotto delle temperature, verificatesi durante la stagionatura, per il tempo trascorso. In realtà i parametri da considerare sono tre: il tempo; la temperatura e 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 (FMc), espresso in °C·min, che è fornito dalla relazione: FMc=K+St·T 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 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 (FMr), espresso in °C·min, che è fornito dalla relazione: FMr=St·T 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.



Fig. 2 - Fasi di sviluppo della ricerca.

 

Quando si verificherà l'uguaglianza: FMr = FMc si potrà affermare 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.
Per raggiungere l'obiettivo della ricerca si è pervenuti alla determinazione di formare cubetti di prova ogni settimana per un periodo di dodici mesi, in modo da poter ritenere sufficientemente provate le possibili variazioni di temperatura riscontrate nel sito preso in considerazione e nei periodi ritenuti rappresentativi. La ricerca si è sviluppata come schematizzato in Fig. 2 e sono stati elaborati gli andamenti di crescita dell' FMr e dell' FMc; i rispettivi valori sono stati riportati su grafici che hanno evidenziato scostamenti progressivi delle linee di crescita e successivi avvicinamenti con punti di coincidenza nei periodi primaverili ed autunnali. L'andamento è ciclico ed è rappresentato dal grafico di Fig. 3 che si riferisce allo scarto temporale occorrente per ottenere la omogenizzazione dei provini.


Fig. 3 - Quantità di giorni da sommare algebricamente ai 28 canonici per garantire l'ottimale maturazione dei provini in calcestruzzo.

Il grafico di Fig. 3 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 l'FMr fino al raggiungimento dell'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 facendo riferimento al Fattore di Maturazione.
Tale modifica alle norme non comporterebbe alcuna variazione in merito alla gestione delle prove di laboratorio e solamente un irrilevante aggravio nella conduzione del cantiere per il rilevamento continuo della temperatura. Di contro, imponendo un requisito puntualmente determinato, si consente una maggiore accuratezza nel controllo della qualità dei calcestruzzi.

BIBLIOGRAFIA

(1) Nicholas Carino, "Come prevedere la resistenza meccanica in sito nelle strutture in calcestruzzo", Enco Journl N° 19, pp 9-12, 2002