INTRODUZIONE

La durabilità del materiale, intesa come rispetto della composizione ed in particolare del massimo rapporto acqua-cemento (a/c) e del minimo dosaggio di cemento (c), come viene intesa nella norma UNI EN 206-1, è solo condizione necessaria ma non sufficiente per la durabilità della struttura. Questa, infatti, risente moltissimo della cura o dell’incuria con cui viene realizzata la posa in opera e la maturazione della struttura dopo la scasseratura.

Anche nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC), emanate con D.M. del 14 Settembre 2005 e pubblicate sulla Gazzetta Ufficiale del 23 Settembre 2005, si fanno ripetuti riferimenti alla posa in opera ed alle regole di maturazione che il progettista deve indicare per la realizzazione della struttura accanto alle indicazioni sulla classe di resistenza del materiale che tenga conto anche dell’ambiente dove sorgerà l’opera (classe di esposizione) e del tempo di vita utile di progetto previsto per la struttura.

VITA UTILE DI PROGETTO

Secondo le nuove NTC (paragrafo 2.5) il Committente ed il Progettista, di concerto, debbono dichiarare nel progetto la vita utile della struttura. La scelta di questa importante caratteristica – che rappresenta un significativo cambiamento rispetto alle precedenti norme di legge sulle costruzioni in c.a. – è facilitata dalla Tabella 2.5.1 nel testo originale della G.U. e riportata qui come Tabella 1.

A parte le strutture provvisorie ed i componenti strutturali sostituibili di immediata interpretazione, le costruzioni vengono suddivise nelle due classi in base ai seguenti criteri:

- Classe 1: con vita utile di 50 anni include le normali costruzioni viarie o ferroviarie la cui eventuale interruzione non provoca situazioni di emergenza, le costruzioni per industrie con attività non pericolose, edifici e costruzioni con normali affollamenti, costruzioni senza funzioni pubbliche e sociali di rilevante importanza.
- Classe 2: con vita utile di 100 anni include costruzioni con affollamenti significativi in esercizio, reti ferroviarie e viarie le cui interruzioni possono provocare situazioni di emergenza, industrie con attività pericolosa per l’ambiente.

Le NTC non escludono che in casi straordinari possano essere previste costruzioni con una vita utile maggiore di 100 anni, purché si valutino le azioni con appositi studi: si pensi ad esempio ad opere come il MOSE a Venezia o il Ponte sullo Stretto di Messina.

Se il Committente è una pubblica amministrazione, un ente pubblico o un’industria non avrà certo problemi nell’indicare al Progettista con quale Classe di costruzione debba essere identificata la struttura in corso di progettazione. Se il Committente è, invece, un privato o un’azienda non esperta nel settore delle costruzioni, si deve intendere che sia il Progettista ad intervistare il Committente per interpretarne la volontà circa la vita attesa di servizio in base alle esigenze espresse sull’attività destinata a queste costruzioni.

IMPORTANZA DELLA POSA IN OPERA

Si è più volte discusso (1-3) della importanza della posa in opera intesa come getto e compattazione del conglomerato fresco all’interno delle casseforme: un’ inadeguata compattazione del calcestruzzo in opera può provocare macrovuoti dentro e sulla superficie del calcestruzzo con pesanti penalizzazioni della resistenza “attuale” del calcestruzzo in opera (R_c) rispetto alla resistenza caratteristica (R_ck) che si riferisce alla resistenza “convenzionale” dei provini cubici compattati al massimo della densità possibile. Se si definisce gc il grado di compattazione, inteso come rapporto tra la densità della carota estratta dalla struttura (D_s) e quella del provino (D_p) costipato al massimo della densità possibile, si trova la seguente equazione sperimentale (3):

∆R (%)= 100 (R_ck - R_c)/ R_ck = 500 (1-g_c) [1]

dove g_c vale D_s/D_p, R_c è la resistenza “cubica” della carota, e ∆R è la caduta percentuale della resistenza attuale nella struttura rispetto alla resistenza convenzionale del provino. Per esempio, in una struttura che presenti una densità di 2300 kg/m³ contro una densità del provino di 2370 kg/m³, il grado di compattazione g_c è 2300/2370 = 0,97 che inserito nella [1] porta ad una caduta della resistenza attuale ∆R del 15 % rispetto a quella convenzionale R_ck. Un grado di compattazione di 0,97 è spesso registrato nella gran parte delle strutture reali realizzate con calcestruzzo in classe di consistenza S4 (fluida) o S5 (superfluida); questo dato sembra essere confermato dalla proposta delle Norme Tecniche per le Costruzioni di considerare “accettabile” una resistenza cubica del calcestruzzo nella struttura pari all’85% della resistenza caratteristica del provino. Vale la pena di precisare che solo con un conglomerato autocompattante SCC si può teoricamente raggiungere una densità nella struttura pari a quella del provino (g_c=1) e quindi in questo caso non si dovrebbero registrare cadute di resistenza meccanica (∆R) passando dal materiale (provino) alla struttura. Se, d’altra parte, si impiega un calcestruzzo meno lavorabile (per esempio in classe di consistenza S3) la caduta di resistenza nella struttura rispetto a quella convenzionale del provino può arrivare fino al 35% (considerata inaccettabile dalle Norme Tecniche per le Costruzioni) in corrispondenza di una inadeguata posa in opera quantificata da un grado di compattazione di 0,93. Val la pena di segnalare che, oltre alla caduta prestazionale nella struttura in termini di minore resistenza meccanica, un difetto di questo tipo che si manifesta in forma di macrovuoti nel calcestruzzo (Fig.1) comporta anche un più facile accesso degli agenti aggressivi verso i ferri della struttura con conseguente carente durabilità rispetto alla vita utile di progetto.

IMPORTANZA DELLA MATURAZIONE

La maturazione del calcestruzzo è intesa come protezione del materiale in opera dopo la rimozione delle casseforme. Si tratta di un argomento tanto importante, per l’influenza sulla durabilità della struttura, quanto disattesa dalle imprese sui cantieri di tutto il mondo per l’assenza nel progetto di specifiche su questo aspetto.

Val la pena di ricordare che la qualità del calcestruzzo in opera cresce con il tempo purché il materiale sia conservato in ambiente umido. La crescita va intesa in tutti gli aspetti delle prestazioni del conglomerato: non solo della resistenza meccanica, che come tutti sanno a 1 giorno è molto minore che a 28 giorni, ma anche della permeabilità e della durabilità. Un calcestruzzo a 1 giorno non è né resistente meccanicamente né durabile chimicamente come quello che diventerà per esempio a 28 giorni purché venga maturato adeguatamente in funzione delle condizioni ambientali e della sua composizione. Il punto debole della struttura è rappresentato dal copriferro che, per proteggere adeguatamente le sottostanti armature metalliche, deve innanzitutto rimanere integro. In altre parole una struttura con il copriferro fessurato (Fig. 2) non sarà in grado di esercitare la sua funzione protettiva anche se il rapporto a/c dovesse essere molto basso e se il grado di compattazione g_c fosse eguale a 1.

La causa di questa fessurazione dipende in gran parte dal ritiro igrometrico ε_r che può coinvolgere la superficie della struttura quando si asciuga subito dopo la rimozione dei casseri e l’ambiente è insaturo di umidità (UR < 95%) mentre la parte più interna rimane ancora umida e non si ritira. Questa situazione si tramuta, come è noto, in uno stato tensionale di trazione (σ_t) nella parte corticale del calcestruzzo che può provocare la fessurazione del copriferro (Fig 3) se il calcestruzzo sulla superficie non ha raggiunto nel frattempo una resistenza a trazione R_t superiore a σ_t:

σ_t = ε_r . E > R_t [2]

dove E è il modulo elastico del calcestruzzo scontato del rilassamento viscoso.

Per evitare questo fenomeno che comprometterebbe la durabilità della struttura per la esposizione dei ferri di armatura occorre prolungare il tempo della rimozione dei casseri fino a quando la superficie del copriferro non ha raggiunto una resistenza a trazione R_t che sia maggiore di σ_t. Se l’impresa vuole recuperare subito le casseforme, in alternativa alla scasseratura al tempo t₁ dovrà aggiungere un trattamento supplementare di maturazione che duri t₂ durante il quale la superficie non si asciughi in clima insaturo di umidità. Per raggiungere questo obiettivo si può ricorrere alla protezione della superficie con teli impermeabili, con sacchi umidi di iuta, o anche con spruzzi di acqua nebulizzata. Esistono raccomandazioni (UNI EN 13670), o Linee Guida per il Calcestruzzo Strutturale, richiamate anche dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (rispettivamente al paragrafo 11.1.1 o 1.1.11) come utili possibili (ma non obbligatori) riferimenti, che indicano quale ha da essere il tempo di maturazione complessivo (t₁+t₂) per far crescere adeguatamente il livello di resistenza a trazione R_t e ridurre il ritiro εr in modo tale che risulti:

R_t> σ_t = ε_r . E [3]

ed impedire che la σ_t sul copriferro ne provochi la fessurazione (Fig. 4) e la sua dequalificazione nella protezione dei ferri con conseguenti interventi di restauro già in corso d’opera. La Tabella 1 mutuata dalla norma UNI EN 13670 indica quale ha da essere il tempo t eguale a t₁+t₂ per maturare la superficie del calcestruzzo in funzione dei parametri che possono condizionare il raggiungimento di R_t > σ_t: tipo di cemento, rapporto a/c, condizioni climatiche (Tabella 2).

Val la pena di sottolineare che le Norme Tecniche per le Costruzioni, mentre fanno obbligo al progettista di indicare le regole di maturazione lasciano alla libera responsabilità del progettista la specifica misura da adottare nel progetto ed imporre all’Appaltatore sotto il controllo del Direttore dei Lavori che è responsabile della corretta applicazione della misura protettiva.

Questa flessibilità nella scelta del progettista, circa la precisa norma applicativa da adottare per la maturazione, consente di scegliere anche tra altre norme internazionali collaudate (tipo ACI, ASCE, BS, ecc.), o di avvalersi di nuove norme pubblicate dopo l’emanazione delle Norme Tecniche per le Costruzioni o perfino di nuove tecnologie innovative che servano a risolvere il problema che nel caso specifico è la eliminazione delle fessure sul copriferro: a questo scopo, per esempio, l’impiego di additivi antiritiro (Shrinkage Reducing Admixture, SRA) e/o di macro-fibre polimeriche “strutturali”, di recente segnalati con successo nella letteratura tecnica (4-6), potrebbe risolvere il problema della fessurazione anche con una semplice maturazione all’aria dopo la scasseratura a 1 giorno (Fig. 5). L’importante è che nel progetto sia indicata la tecnica scelta per la maturazione, tra le varie disponibili, e che questa sia capace di risolvere il problema a giudizio del Direttore dei Lavori, prima, e del Collaudatore dopo.

CONCLUSIONI

Le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni hanno evidenziato per la prima volta due aspetti, finora trascurati nei progetti e per questo disattesi dall’Impresa, che possono compromettere la durabilità della struttura ancorché il materiale calcestruzzo sia di ottima qualità in termini di rapporto a/c e di dosaggio di cemento.
Il primo aspetto riguarda la messa in opera del calcestruzzo per il quale si può accettare un grado di compattazione tale che la resistenza cubica attuale (R_c), cioè quella della struttura, non sia inferiore all’85% della resistenza caratteristica convenzionale (R_ck) del provino cubico. In questo articolo si suggerisce un metodo molto semplice per imporre un’accettabile compattazione all’Impresa, consistente nella richiesta che nel progetto sia indicato che il rapporto (g_c) tra la densità del calcestruzzo della struttura (D_s) e quella del provino compattato a rifiuto (D_p), cioè alla massima densità possibile, sia almeno eguale a 0,97. La presenza di questa indicazione nel progetto consentirebbe al Direttore dei Lavori di contestare all’Impresa una carente compattazione in termini semplici ed immediati, cioè già il giorno successivo al getto senza dover attendere i 28 giorni per determinare R_c ed R_ck. Una compattazione adeguata è una prima condizione necessaria per evitare la presenza di macrovuoti nella struttura che rendono i copriferri più penetrabili dagli agenti aggressivi con grave pregiudizio per la durabilità dell’opera. Allo stato attuale del progresso tecnologico, il problema della carente compattazione del calcestruzzo in opera è assolutamente inaccettabile per la disponibilità di additivi superfluidificanti che rendono possibile una posa in opera anche di calcestruzzi con rapporto a/c molto basso senza dover ricorrere a pericolose riaggiunte d’acqua sul cantiere. Ciò che è mancato finora è la indicazione da parte del progettista sulla classe di consistenza, cioè del livello di lavorabilità da adottare, senza riaggiunte di acqua, in relazione alle difficoltà esecutive dell’opera (geometria complessa, sezione sottile, alta densità dei ferri) che nessuno come il progettista deve conoscere.

Un secondo aspetto altrettanto importante per il conseguimento della durabilità della struttura riguarda la integrità del copriferro, spesso compromessa per mancanza di prescrizioni nel progetto sulle regole di maturazione del calcestruzzo in opera. Con le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni è fatto obbligo al progettista di indicare nel progetto come la superficie deve essere stagionata in relazioni alle condizioni ambientali al momento della sformatura; tuttavia è lasciata alla libera responsabilità del progettista la indicazione di una norma piuttosto che un’altra, purché efficace nel raggiungimento della prestazione (assenza di fessure nel copriferro) del cui controllo è responsabile il Direttore dei Lavori. Nello spirito di queste Norme è anche consentito di adottare nuove tecnologie, nel frattempo apparse nella letteratura tecnica (impiego di additivi SRA e/o fibre polimeriche strutturali), per una semplice stagionatura all’aria dopo la formatura delle strutture purché queste innovazioni tecnologiche siano efficaci nel raggiungimento della prestazione.


BIBLIOGRAFIA

(1) M. Collepardi, “L come Lavorabilità”, Enco Journal n. 10, 1998.
(2) M. Collepardi, A. Borsoi, S. Collepardi, F. Simonelli e R. Troli, “3-Self-Concrete (3SC): La prossima sfida. Parte I – Calcestruzzo Autocompattante”, Enco Journal n. 24, pp. 15-21, 2003.
(3) M. Collepardi, “Il Nuovo Calcestruzzo” – Terza Edizione, pp. 329-339, Ed. Tintoretto, Villorba, 2003.
(4) A. Borsoi, P. Birane, W. Parente e M. Collepardi, “Calcestruzzo a ritiro ridotto o nullo”, Enco Journal n. 29, pp. 6-9, 2005.
(5) G. Mantegazza, “Innovazione nella progettazione delle pavimentazioni civili ed industriali: fibre polimeriche ibride strutturali e software di calcolo”, Pavimenti, pp. 30-38, 9, 2005.
(6) E. Allievi e R. Magnaghi, “Pavimentazioni in calcestruzzo fibrorinforzato con fibre d’acciaio senza giunti con additivo antiritiro per un centro di logistica nel salernitano”, Pavimenti, pp. 40-43, 9, 2005.