La compattazione del calcestruzzo fresco per confezionare provini cubici o cilindrici, destinati alla determinazione della resistenza caratteristica del conglomerato a 28 giorni, è solitamente applicata, come previsto dalla vigente normativa UNI EN 12390-2, prolungando la costipazione del calcestruzzo fresco fino al completo riempimento delle cassaforme cubiche (di lato 15 cm) o cilindriche di diametro di 15 cm con rapporto altezza/diametro (h/D) eguale a 2.

La costipazione dello stesso calcestruzzo all’interno delle cassaforme per la realizzazione delle strutture reali difficilmente potrà avvenire con la stessa efficienza adottata per la confezione dei provini in accordo alla summenzionata UNI EN 12390-2, a meno che il calcestruzzo sia autocompattante e quindi costipabile senza alcune compattazione sia nelle cassaforme dei provini cubici o cilindrici, sia in quelle adottate per il calcestruzzo in opera delle strutture reali.

La densità o massa volumica del calcestruzzo in opera (M_v) divisa per la densità del calcestruzzo contenuto nei provini (M_v0) rappresenta un modo molto rapido e semplice per valutare la efficienza della compattazione del calcestruzzo in opera rispetto a quella dello stesso impasto cementizio per confezionare i provini cubici o cilindrici. Il rapporto (M_v/M_v0) rappresenta il grado di compattazione (g_c) del calcestruzzo in opera e raggiunge al massimo il valore di 1 allorquando il conglomerato in opera è compattato con la stessa efficienza con cui si compatta lo stesso calcestruzzo dei provini. Nella maggior parte dei casi il valore di gc è minore di 1 e dipende dalla cura adottata dall’impresa nella messa in opera ma anche dalla lavorabilità del calcestruzzo fresco.
A differenza del controllo della resistenza caratteristica che richiede un’attesa di 28 giorni dal getto, il valore di g_c può essere determinato già il giorno dopo il getto prelevando una carota dalla struttura in opere, misurandone la massa volumica M_v e comparandola a quella M_v0, anch’essa disponibile pesando il provino il giorno dopo il getto, per calcolare g_c = M_v/M_v0.

2. PARTE SPERIMENTALE

Sono stati confezionati tre calcestruzzi tutti con lo stesso rapporto a/c (0.52 ± 0.01) ma con diversa lavorabilità:

- classe di consistenza semifluida (S3);
- classe di consistenza superfluida (S5);
- calcestruzzo autocompattante (SCC).

Questi calcestruzzi sono individuati rispettivamente con la sigla S3, S5, SCC, e la loro composizione è mostrata nelle Tabella 1A (calcestruzzo S3), nella Tabella 2A (calcestruzzo S5) e nella Tabella 3A (calcestruzzo SCC).

Come materie prime dei calcestruzzi sono stati impiegate:

- cemento CEM II B-L 32.5 R;
- sabbia (0-4 mm), ghiaietto (4-12 mm), ghiaia
(12-20 mm);
- additivo superfluidificante a base acrilica.

Inoltre, per il solo calcestruzzo SCC sono stati impiegati filler calcareo e additivo viscosizzante.

La differenza nella classe di consistenza tra S3 e S5 è avvenuta mantenendo costante la composizione, ed il rapporto a/c, e cambiando il dosaggio di additivo superfluidificante da 0.3 a 0.8% sul peso del cemento (Tabelle 1A e 2A). Per il calcestruzzo SCC (Tabella 3A) si è mantenuto costante il rapporto a/c (0.52); si è aumentato il dosaggio di additivo superfluidificante a 1.5%; sono stati anche impiegati filler calcareo e additivo viscosizzante, oltre che un maggior dosaggio di cemento (345 kg/m³), per ottenere un calcestruzzo autocompattante coesivo e privo di segregazione.

Con ciascuno dei tre calcestruzzi sono stati confezionati in laboratorio provini cubici (15 cm) e provini cilindrici, alti 30 cm oppure 15 cm, con rapporto altezza/diametro (h/D) eguale a 2 oppure 1, tutti vibrati a rifiuto nelle cassaforme, stagionati per 28 giorni a 20°C con UR > 95%. Su questi provini è stata misurata la massa volumica indicata con M_v0.

Con ciascuno dei tre calcestruzzi sono stati preparati, in un campo prove, due tipi di muro: il primo è stato vibrato accuratamente per ottenere una massa volumica (M_v) eguale a quella dei provini cubici o cilindrici (M_v0) simulando una impresa che lavora molto bene ottenendo sul cantiere strutture compatte come i provini in laboratorio, cioè con g_c = 1. Il secondo tipo di muro è stato messo in opera senza alcuna vibrazione simulando un impresa che lavora molto male e quindi con g_c ≤ 1.

Oltre alla caratterizzazione in termini di massa volumica e di grado di compattazione, sui provini (cubici o cilindrici) e sulle carote estratte dai calcestruzzi vibrati e non vibrati è stata determinata la resistenza meccanica a compressione a 28 giorni. Per valutare l’influenza soltanto del grado di compattazione sulla resistenza meccanica, anche le carote, estratte dal muro dopo 2 giorni dal getto, sono state stagionate come i provini cubici o cilindrici a 20°C con UR > 95% in modo da evitare che la differenza meccanica tra provini e carote potesse essere imputata anche a una diversa maturazione del calcestruzzo.

3. RISULTATI

Le Foto della Fig. 1 mostrano il provino cubico (“cubetto”) e quelli cilindrici con h/D eguale a 2 oppure 1 tutti confezionati compattando “a rifiuto” il calcestruzzo S3 in accordo alla UNI EN 12390-2. Le foto della Fig. 2 mostrano le carote, con h/D eguale a 2 e a 1, estratte dal muro di calcestruzzo S3 compattato a rifiuto, cioè con g_c = 1. L’aspetto di queste carote è molto simile ai provini cilindrici compattati a rifiuto mostrati in Fig. 1 poiché non presentano vuoti visibili all’interno del calcestruzzo S3. Le foto della Fig. 3 mostrano le carote con h/d eguale a 2 e a 1 estratte dal muro di calcestruzzo S3 non vibrato: si osservano macrovuoti, da qualche mm a qualche cm, dovuti ad una incompleta compattazione per la carente vibrazione (g_c = 0,92-0,93). Risultati analoghi, ma con macrovuoti molto minori, sono stati registrati sulle carote di calcestruzzo S5 non vibrato. La presenza di macrovuoti nelle carote estratte dal muro di calcestruzzo SCC non vibrato sono risultati praticamente assenti e il loro aspetto è molto simile a quello dei provini cilindrici.

Gli effetti di questi macrovuoti sulla resistenza meccanica e sul grado di compattazione sono riportati nella Tabella 1B per il calcestruzzo S3, nella Tabella 2B per il calcestruzzo S5, e nella Tabella 3B per il calcestruzzo SCC. In ciascuno di questi calcestruzzi la resistenza meccanica dei provini cilindri con h/D = 2 rappresenta circa l’80% della resistenza cubica; la resistenza meccanica dei provini cilindrici con h/D = 1 è sostanzialmente coincidente con quella dei provini cubici.

Per quanto attiene al confronto della resistenza meccanica delle carote estratte dai muri gettati con o senza vibrazione con quella dei provini cubici e cilindrici, tutti compattati a rifiuto, i risultati dipendono dalla classe di consistenza del calcestruzzo. In particolare, per il calcestruzzo in classe di consistenza semi-fluida S3 (Tabella 1 B) si verifica che:

A) avviene una significativa riduzione ∆R di circa il 40% nella resistenza meccanica delle carote estratte dal muro non vibrato in confronto a quella dei provini cilindrici compattati a rifiuto di pari h/D;

B) la diminuzione di resistenza ∆R scompare se il provini cilindrici sono comparati con le carote estratte dal muro vibrato;

C) i risultati delle prove esaminate nei punti A) e B) sono da imputare al diverso grado di compattazione (g_c) che è compreso tra 0,99 e 1,00 per il calcestruzzo del muro vibrato a rifiuto e scende ai valori di 0,92-0,93 per il calcestruzzo del muro non vibrato.
Per il calcestruzzo con classe di consistenza superfluida S5 (Tabella 2 B) si registra che:

D) il divario (∆R) tra resistenza meccanica dei provini cilindrici e quella del calcestruzzo del muro non vibrato, di pari rapporto h/D, si attenua e si attesta sul 15%;

E) il divario si annulla se la resistenza dei provini cilindrici è confrontata con quella delle carote estratte dal muro vibrato;

F) i risultati esaminati nei punti D) ed F) sono ancora una volta da mettere in relazione con il grado di compattazione g_c che è 1,00 per il calcestruzzo del muro vibrato e scende a 0,97-0,96 per il calcestruzzo del muro non vibrato.

Per il calcestruzzo autocompattante in classe di consistenza SCC (Tabella 3B) diventano trascurabili (0,3-0,4%) le differenze tra la resistenza meccanica dei provini e quella delle carote, in quanto anche le carote estratte dal muro non vibrato presentano un grado di compattazione pressoché unitario e comunque ≥ 0,99.

4. CONCLUSIONI

1) I risultati presentati in questo articolo confermano che i provini cilindrici presentano una resistenza meccanica (f_c) pari all’80% della resistenza dei provini cubici (R_c) se i provini cilindrici presentano un rapporto h/D pari a 2, mentre la resistenza meccanica dei provini cilindrici con h/D = 1 coincide con la resistenza meccanica dei provini cubici.

2) Tra resistenza meccanica dei provini cilindrici e quella delle carote (di pari rapporto h/D) estratte dalle strutture reali esiste una differenza (∆R) che è tanto più alta quanto minore è il grado di compattazione (g_c) del calcestruzzo nella struttura. Questa differenza ammonta a circa il 40% se g_c è 0,92-0,93, scende al 15% se g_c è 0,96-0,97, e si annulla quando il grado di compattazione è pressoché unitario.

3) La riduzione della resistenza (∆R) del calcestruzzo in opera, rispetto a quella dei provini, dipende dalla cura con cui si compatta il calcestruzzo ma anche dalla lavorabilità del calcestruzzo fresco: maggiore è la classe di consistenza, minore è la dipendenza di ∆R dalla cura con cui è vibrato il calcestruzzo in opera.

4) I risultati riportati in questo articolo riguardano la caduta di resistenza meccanica (∆R) tra provini compattati a rifiuto e carote estratte dalla muratura con grado di compattazione variabile in relazione alla cura della vibrazione e alla lavorabilità del calcestruzzo fresco; si è mantenuto intenzionalmente costante la stagionatura umida dei provini e quella delle carote (UR ≥ 95%) per determinare l’influenza solo della compattazione su ∆R a parità di stagionatura; nella pratica il valore di g_c può eventualmente aumentare se la superficie del calcestruzzo è esposta in climi asciutti, caldi e ventilati che favoriscono l’evaporazione dell’acqua e quindi l’arresto del processo di idratazione del cemento; un’ulteriore diminuzione di resistenza delle carote, rispetto a quella dei provini, può essere provocata da estrazioni non esattamente ortogonali alla superficie che possono distorcere le carote provocandone una micro-fessurazione, come anche da improprie operazioni di rettifica tra le superfici esposte alla sollecitazione alla compressione. Nel lavoro descritto nel presente articolo questo tipo di errori è stato, per quanto possibile, eliminato perché anch’esso può contribuire ad una ulteriore ∆R non imputabile alla inadeguata compattazione del calcestruzzo in opera.