1. INTRODUZIONE

Secondo il DM del Gennaio 1996 esistono due tipi di controllo nella determinazione della resistenza caratteristica cubica del calcestruzzo (R_ck) o cilindrica (f_ck):

• controllo di tipo A sempre applicabile;
• controllo di tipo B applicabile, in alternativa al controllo di tipo A, solo per strutture il cui volume supera 1500 m³.

Questa distinzione è stata confermata dal DM del Settembre 2005 con la differenza che il controllo di tipo A può essere adottato solo in strutture il cui volume non supera 1500 m3. Un’altra novità introdotta dal DM del 2005 riguarda il controllo statistico di tipo B, ed in particolare l’incremento da 1.4 a 1.48 del coefficiente K da adottare nella equazione [1]

R_cm28 > R_ck+K• s [1]

dove R_cm28 è il valor medio della resistenza meccanica a compressione a 28 giorni, ed s è lo scarto quadratico medio determinato attraverso l’equazione [2]

s = [∑(R_ci28-R_cm28)² /(n-1)]^1/2 [2]

con R_ci28 che rappresenta la resistenza meccanica dei vari prelievi ed n è il numero dei prelievi sottoposti a valutazione.

2. QUANTI PRELIEVI IN FUNZIONE DEL TIPO DI CONTROLLO

Il prelievo su cui misurare la resistenza meccanica a 28 giorni (R_ci28) è la media di due determinazioni eseguite su due provini cubici.
Se si adotta il controllo di tipo A occorre disporre di almeno tre prelievi individuati da R₁, R₂ ed R₃ dove R₁ corrisponde al valore più basso. La resistenza R_cm28 è la media dei tre prelievi R₁, R₂ e R₃. Affinché il controllo di accettazione risulti superato, il valore minimo R₁ ed il valore medio R_cm28 (espressi in N/mm²) devono rispettare le equazioni [3] e [4]:

R_cm28 ≥ R_ck + 3.5 [3]

R₁ ≥ R_ck – 3.5 [4]

Il controllo di tipo A è riferito ad una quantitativo di miscela omogenea non maggiore di 300 m³. Nel caso, ad esempio, si gettino 350 m³, si dovranno effettuare tre prelievi per i primi 300 m³ e comunque altri 3 prelievi per i 50 m³ rimanenti. Ciascun prelievo deve essere effettuato su un massimo di 100 m³ di miscela omogenea e comunque uno per ogni giorno di getto. Per costruzioni con meno di 100 m³ totali, fermo restando l’obbligo di almeno 3 prelievi (sei provini), è concessa una deroga al prelievo giornaliero.
Se si adotta il controllo di tipo B occorre disporre di almeno 15 prelievi (30 provini). Anche in questo caso deve essere fatto almeno un prelievo ogni 100 m³ di getto e comunque uno per ogni giorno di getto se il getto giornaliero fosse inferiore a 100 m³. Affinché il controllo di accettazione risulti superato, il valore minimo (R₁) ed il valore medio (R_cm28) devono rispettare le equazioni [1] e [4]:

R_cm28 >R_ck + K • s [1]

R₁ > R_ck - 3.5 [4]

In sostanza, la principale differenza nella determinazione della Rck con i controlli di tipo A oppure B consiste nella valutazione termine K•s che nel caso del controllo di tipo A viene valutato in 3.5 MPa senza richiedere il calcolo dello scarto quadratico medio s.
Un’altra novità introdotta dal DM del Settembre 2005 nel caso del controllo statistico di tipo B è la definizione dei criteri di accettazione. Il coefficiente di variazione C_v, definito come rapporto s/R_cm28, deve essere inferiore a 0.3 , e si raccomanda comunque di intervenire con controlli più accurati in corso d’opera quando il valore di C_v dovesse essere superiore a 0.2 .

3. ESEMPI PRATICI DI VALUTAZIONE DELLA R_ck

Di seguito sono riportati i risultati sperimentali di resistenza meccanica elaborati con il controllo di tipo A oppure B. Il confronto verrà eseguito su costruzioni in c.a. per le quali si chiedevano di soddisfare i seguenti requisiti nelle prove di qualifica:

- calcestruzzo con classe di resistenza C28/35 in ambiente in assenza di vincoli sulla durabilità (X0);

- calcestruzzo con classe di resistenza C40/50 esposto all’aria (classe di esposizione XC4);

- calcestruzzo con classe di resistenza C32/40 per un’opera portuale in acqua di mare (classe di esposizione XS3).


3.1 Calcestruzzo C28/35 - X0

Si tratta di una pavimentazione industriale in ambiente chiuso con bassa umidità relativa la cui classe di esposizione X0 non comporta alcun vincolo sul rapporto acqua/cemento.

Sono stati impiegati le seguenti materie prime:

- cemento Portland al calcare CEM II B/L 32.5 R;

- aggregato naturale con diametro massimo di 25 mm;

- additivo superfluidificante di tipo policarbossilico (1% sul peso del cemento).

La Tabella 1 mostra le composizioni del calcestruzzo C28/35-X0 in funzione del tipo di controllo di tipo A oppure B.

I dati mostrati nella Tabella 1 indicano che il calcestruzzo confezionato in conformità al controllo di tipo B richiede un rapporto acqua/cemento più basso (0.45 contro 0.49) di quello richiesto per il calcestruzzo prodotto in conformità al controllo di tipo A . In termini di composizione nel calcestruzzo confezionato con il controllo di tipo B occorre un maggior contenuto di cemento (335 contro 305 kg/m³) e di additivo superfluidificante (3.3 contro 3.0 kg/m³). D’altra parte con il controllo di tipo B il rapporto inerte/cemento (i/c) risulta leggermente più basso (5.8 contro 6.4) sia per il minor contenuto di inerte sia per il maggior dosaggio di cemento. In termini economici, limitando la valutazione alle sole materie prime, si può valutare una differenza di 2 €/m³ tra il costo del calcestruzzo con controllo di tipo B e quello del calcestruzzo con controllo di tipo A. Ovviamente occorre anche tener conto del costo aggiuntivo per la maggiore attenzione che richiede il controllo di qualità per la produzione del calcestruzzo con controllo di tipo B rispetto a quello con controllo di tipo A.

Le prove di qualifica sui calcestruzzi, tutti in classe di consistenza S3 con un trasporto di circa 45 minuti dalla centrale di betonaggio al cantiere, hanno fornito i risultati mostrati in Tabella 2.

I risultati della Tabella 2 indicano che entrambi i calcestruzzi C28/35-X0 soddisfano i requisiti prestazionali previsti dai controlli A e B, come viene mostrato nelle equazioni [3] e [4 per il controllo di tipo A e nelle equazioni [1] e [4] per il controllo di tipo B:

[3] ==> Controllo tipo A: R_cm28 = 40 MPa > R_ck + 3.5 MPa = 38.5 MPa

[4] ==> Controllo tipo A: R_cmin = 32 MPa > R_ck – 3.5 MPa = 31.5 MPa

[1] ==> Controllo tipo B: R_cm28 = 46 MPa > R_ck + k• s = 35 + 7 MPa = 42 MPa

[4] ==> Controllo tipo B: R_cmin = 36 MPa > R_ck – 3.5 MPa = 31.5 MPa

Il ritiro igrometrico dopo 6 mesi di esposizione all’aria con UR = 50%, calcolato con l’ausilio della Fig. 1, è leggermente maggiore nel calcestruzzo C28/35-X0 confezionato in conformità con il controllo di tipo B (440 contro 370 µm/m).

Fig. 1 – Influenza del rapporto a/c ed i/c sul ritiro dopo esposizione all’aria con UR del 50%.

3.2 Calcestruzzo C40/50 - XC4

Si tratta di una struttura in c.a. esposta all’aria in classe di esposizione XC4 per la quale si richiede una R_ck di 50 MPa.

I materiali impiegati per la confezione del calcestruzzo sono:

- cemento Portland CEM I 42.5 R;

- inerte frantumato con diametro massimo di 25 mm;

- additivo superfluidificante policarbossilico dosato all’1% sul peso del cemento.

La Tabella 3 mostra le composizioni del calcestruzzo C40/50 – XC4 confezionati con controllo di tipo A e B entrambi in classe di consistenza S3.

Tabella 3. Influenza del tipo di controllo (A oppure B) sulla composizione del calcestruzzo C40/50-XC4 in classe di consistenza S3 confezionato con cemento Portland CEM I 42.5 R.

I dati mostrati nella Tabella 3 indicano che il calcestruzzo confezionato in conformità al controllo di tipo B richiede un rapporto acqua/cemento più basso (0.44 contro 0.48) di quello richiesto per il calcestruzzo prodotto in conformità al controllo di tipo A . In termini di composizione nel calcestruzzo confezionato con il controllo di tipo B occorre un maggior contenuto di cemento (375 contro 345 kg/m³) e di additivo superfluidificante (3.8 contro 3.5 kg/m³). D’altra parte con il controllo di tipo B il rapporto inerte/cemento (i/c) risulta leggermente più basso (5.0 contro 5.5). In termini economici, limitando la valutazione alle sole materie prime, si registra una differenza di 2 €/m³ tra il costo del calcestruzzo con controllo di tipo B e quello del calcestruzzo con controllo di tipo A. Ovviamente, anche in questo caso, occorre tener conto del costo aggiuntivo per la maggiore attenzione che richiede la produzione del calcestruzzo con controllo di tipo B rispetto a quello con controllo di tipo A.

Le prove di qualifica sui calcestruzzi, tutti in classe di consistenza S3 con un trasporto di circa 45 minuti dalla centrale di betonaggio al cantiere, hanno fornito i risultati mostrati in Tabella 4.

Tabella 4. Influenza del tipo di controllo (A oppure B) sulle proprietà meccaniche del calcestruzzo C40/50-XC4 .

I risultati della Tabella 4 indicano che entrambi i calcestruzzi C40/50-XC4 soddisfano i requisiti previsti dai controlli A e B, come viene mostrato nelle equazioni [3] e [4 per il controllo di tipo A e nelle equazioni [1] e [4] per il controllo di tipo B:

[3] ==> Controllo tipo A: R_cm28 = 54 MPa > R_ck + 3.5 MPa = 53.5 MPa

[4] ==> Controllo tipo A: R_cmin = 50 MPa >R_ck– 3.5 MPa = 46.5 MPa

[1] ==> Controllo tipo B: R_cm28 = 58 MPa > R_ck + k• s = 50+7 MPa = 57 MPa

[4] ==> Controllo tipo B: R_cmin = 55 MPa >R_ck– 3.5 MPa = 46.5 MPa

Il ritiro igrometrico dopo 6 mesi di esposizione all’aria con UR = 50%, calcolato con l’ausilio della Fig.1, è leggermente maggiore nel calcestruzzo C40/50-XC4 confezionato in conformità con il controllo di tipo B (520 contro 500 µm/m).


3.3 Calcestruzzo C32/40 - XS3

Le strutture di questa opera sono semi-immerse in acqua di mare in classe di esposizione XS3 per la quale il rapporto a/c non deve superare 0.45. Per un migliore comportamento del calcestruzzo dal punto di vista della durabilità (ed in particolare per una maggiore resistenza alla penetrazione dei cloruri) è stato prescritto il cemento d’altoforno CEM III A 32.5 R. La Fig. 2 mostra la correlazione della resistenza meccanica media a 28 giorni con il rapporto a/c ricavata sperimentalmente confezionando diversi calcestruzzi sottoposti a rottura per compressione a 28 giorni.

Fig. 2 – Correlazione tra resistenza meccanica media a 28 giorni (Rcm28) ed a/c per calcestruzzi confezionati con il cemento CEM III A 32.5 R.

Il valore di Rcm28 ricavato dalla Rck per il calcestruzzo confezionato in conformità al controllo di tipo A è così calcolabile:

R_ck = 40 MPa ==> R_cm28 ≥ R_ck+3.5 MPa ≈ 44 MPa

La Fig. 2 indica che per ottenere questo valore di R_cm28 occorre adottare un rapporto a/c non superiore a 0.45:

R_cm28 ≥ 44 MPa ==> a/c ≤ 0.45

Se si adotta il controllo di tipo B per impianto di betonaggio caratterizzato da uno scarto quadratico medio (s) di 6 MPa il valore di R_cm28 ricavato dalla R_ck diventa:

R_ck = 40 MPa ==> R_cm28 ≥ R_ck + k • s = 40 + 1.48 • 6 MPa ≈ 49 MPa

Per raggiungere questa prestazione occorre adottare (Fig. 2) un rapporto a/c non superiore a 0.41:

R_cm28 ≥ 49 MPa ==> a/c ≤ 0.41

I due rapporti a/c (0.45 e 0.41), calcolati per il calcestruzzo confezionato in conformità al controllo di tipo A e B rispettivamente, si basano solo sul requisito della classe di resistenza C32/40. Tuttavia, la durabilità delle opere marittime in classe di esposizione XS3, indipendentemente dal controllo di tipo A oppure B, richiede che siano soddisfatti sia un requisito composizionale (a/c) sia un requisito prestazionale (R_ck):

a/c ≤ 0.45
R_ck ≥ 45 MPa

Il requisito di R_ck legato alla durabilità trasformato in rapporto a/c diventa:

Controllo A==>R_ck= 45 MPa==>R_cm28 ≥ 45 + 3.5 MPa ≈ 49 MPa ==> a/c ≤ 0.41

Controllo B==>R_ck= 45 MPa==>R_cm28 ≥ 45+k•s = 45 + 9 = 54 MPa==>a/c ≤ 0.36

Pertanto il raggiungimento del requisito della durabilità comporta un valore di a/c non superiore a 0.41 per il calcestruzzo confezionato in conformità al controllo di tipo A, e non superiore a 0.36 per il calcestruzzo confezionato in conformità al controllo di tipo B.
Data la complessità del getto per strutture molto armate il calcestruzzo deve essere gettato ad una consistenza superfluida S5 che richiede circa 160 kg/m³ di acqua in presenza di un additivo policarbossilico dosato all’1% sul peso del cemento ed impiegando un inerte alluvionale con diametro massimo di 25 mm. Le composizioni del calcestruzzo sottoposto a controllo di tipo A oppure B sono mostrate in Tabella 5.

Tabella 5. Influenza del tipo di controllo (A oppure B) sulla composizione del calcestruzzo C32/40-XS3 in classe di consistenza S5 confezionato con cemento d’altoforno CEM 32.5 R.

Il calcestruzzo confezionato con il controllo di tipo B richiede un maggior contenuto di cemento d’altoforno (440 contro 395 kg/m³) e di additivo superfluidificante (4.4 contro 4.0 kg/m³). D’altra parte con il controllo di tipo B il rapporto inerte/cemento (i/c) risulta più basso (4.1 contro 4.7). Limitando la valutazione economica alla incidenza delle sole materie prime, si registra una differenza di 3 €/m³ tra il costo del calcestruzzo con controllo di tipo B e quello del calcestruzzo con controllo di tipo A. Anche in questo caso, però, occorre tener conto del costo aggiuntivo per la maggiore attenzione che si deve prestare alla produzione del calcestruzzo con controllo di tipo B rispetto a quello con controllo di tipo A.

La Tabella 6 mostra le proprietà determinate sui calcestruzzi confezionati in conformità ai controlli di tipo A oppure B, entrambi in classe di consistenza superfluida S5.

Tabella 6. Influenza del tipo di controllo (A oppure B) sulle proprietà meccaniche e termiche del calcestruzzo C32/40-XS3.

I risultati della Tabella 6 indicano che entrambi i calcestruzzi C40/50-XC4 soddisfano i requisiti previsti dai controlli A e B, come viene mostrato nelle equazioni [3] e [4 per il controllo di tipo A e nelle equazioni [1] e [4] per il controllo di tipo B:

[3] ==> Controllo tipo A: R_cm28 = 50 MPa > R_ck + 3.5 MPa = 48.5 MPa

[4] ==> Controllo tipo A: R_cmin = 42 MPa > R_ck – 3.5 MPa = 41.5 MPa

[1] ==> Controllo tipo B: R_cm28 = 55 MPa ≥ R_ck + k• s = 45+9 MPa = 49 MPa

[4] ==> Controllo tipo B: R_cmin = 44 MPa ≥ R_ck – 3.5 MPa = 41.5 MPa

Il ritiro igrometrico dopo 6 mesi di esposizione all’aria con UR=50% è sostanzialmente identico (450 µm/m) nei calcestruzzi C32/40-XS3 confezionati in conformità con il controllo di tipo B oppure di tipo A.

Il dosaggio relativamente elevato per il raggiungimento delle prestazioni meccaniche e dei requisiti di durabilità (395 oppure 440 kg/m³ per controllo rispettivamente di tipo A oppure B) comporta un riscaldamento adiabatico (20 °C oppure 25 °C per il controllo di tipo A oppure B) contenuto entro limiti accettabili per l’impiego di un cemento d’altoforno CEM III A 32.5 R che sviluppa un calore di idratazione molto basso per la sostituzione (circa 50%) del clinker Portland con loppa d’altoforno.


4. CONCLUSIONI

I risultati ottenuti e discussi in questo articolo consentono di trarre le seguenti conclusioni.

1. I confronti di calcestruzzi, diversi per classe di resistenza (C28/35, C40/50, C32/40) e classe di esposizione (X0, XC4, XS3), indicano che, a parità di resistenza caratteristica, i conglomerati confezionati in conformità del controllo di tipo B richiedono una resistenza meccanica media a 28 giorni (R_cm28) maggiore di quella che si richiede per i corrispondenti conglomerati prodotti con controllo di tipo A.

2. Il maggior valore di R_cm28 corrisponde ad un minor rapporto acqua/cemento per i calcestruzzi conformi al controllo di tipo B.

3. Il minor rapporto acqua/cemento comporta un maggior costo per i calcestruzzi conformi al controllo di tipo B per il maggior contenuto di cemento e di additivo richiesti.

4. Il ritiro igrometrico è leggermente maggiore nei calcestruzzi conformi al controllo di tipo B per il minor rapporto inerte/cemento.

5. Nella realizzazione dei calcestruzzi C28/35-X0 e C40/50-XC4, indipendentemente dal tipo di controllo, i valori di R_ck ottenuti sono in accordo con quelli richiesti dalla classe di resistenza: R_ck = 35 MPa nei calcestruzzi C28/35 ed R_ck = 50 MPa nei calcestruzzi C40/50-XC4.

6. Nel calcestruzzo esposto all’ambiente marino, in classe di esposizione XS3, il valore di R_ck richiesto per ragioni di durabilità secondo la UNI 11140 (45 MPa) è superiore a quello necessario per il raggiungimento della classe di resistenza (R_ck= 40MPa). Ciò comporta l’adozione di un basso rapporto acqua cemento: a/c = 0.40 oppure 0.36 per il conglomerato conforme al controllo di tipo A oppure B.

7. Il basso rapporto acqua/cemento richiesto dalla classe di esposizione XS3 comporta un dosaggio relativamente elevato di cemento (390-440 kg/m³) che avrebbe potuto comportare un elevato sviluppo di calore con conseguente rischio di fessurazioni indotte dai gradienti termici tra nucleo e parti corticali delle strutture massive con più di 40 cm di spessore. La scelta del cemento d’altoforno CEM III A 32.5 R (con un contenuto di clinker contenuto entro il 50%) ha consentito di mitigare lo sviluppo di calore e di contenere il riscaldamento adiabatico al di sotto di 20-25 °C.