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Normativa e Sicurezza Strutturale ·
Norme Tecniche per le Costruzioni ·
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LA VALUTAZIONE DELLA RESISTENZA A COMPRESSIONE DEL CALCESTRUZZO · IN OPERA PER IL
COLLAUDO DELLE STRUTTURE E L’ACCERTAMENTO · DELLE RESPONSABILITÁ DELL’IMPRESA E DEL
PRODUTTORE ·
Luigi Coppola Alessandra Buoso ·
·
INTRODUZIONE ·
·
Come determinare la resistenza cubica in
opera ai fini della collaudabilità DELLA STRUTTURA: ·
modalità di prelievo, tipologia e dimensioni
delle carote, numero minimo di carote ·
·
Accertamento delle
responsabilità eventuali del fornitore del conglomerato ·
per non conformità
della resistenza a compressione cubica in opera
· ·
Calcolo della resistenza cubica potenziale ai
fini
· dell’accertamento delle
responsabilità del produttore Introduzione Una delle novità salienti
introdotte dalle “Norme Tecniche per le Costruzioni” emanate ai sensi della
Legge n. 1086 del 5 novembre 1971 e della Legge n. 64 del 2 Febbraio 1974 con
Decreto Ministeriale del 14 gennaio 2008, pubblicato sul Supplemento
Ordinario n.30 della G.U. del 04 Febbraio 2008 è relativa (paragrafo 11.2.6) al
valore medio della resistenza strutturale (Rcm-opera), misurata
con tecniche opportune (distruttive e non distruttive) e debitamente
trasformata in resistenza cilindrica o cubica, non inferiore all’85% del
valore medio definito in fase di progetto (Rcm). Si evidenzia, in particolare, come sia sempre possibile risalire alle responsabilità di eventuali non conformità (dei valori di resistenza a compressione misurati sui cubetti prelevati a bocca di betoniera o del valore della resistenza a compressione media in opera) quando la Direzione Lavori correttamente effettua i controlli di accettazione al momento della consegna del calcestruzzo in cantiere procedendo al confezionamento, alla conservazione e alla maturazione dei provini cubici in accordo alle norme UNI EN 12390 parte 1-2-3-4 e successivamente decida di effettuare anche il controllo della resistenza in opera mediante il prelievo delle carote (con rapporto h/d=1 in accordo alla norma EN 12504-1). In sostanza, la resistenza a compressione valutata sui cubetti a bocca di betoniera consente di stabilire se essa è conforme al valore caratteristico utilizzato dal progettista nel dimensionamento strutturale (valenza strutturale) permettendo, nell’eventualità che il controllo dovesse risultare negativo, di accollare gli oneri derivanti da una minore resistenza a compressione del calcestruzzo fornito rispetto a quella utilizzata per il calcolo strutturale (e pattuita nel contratto commerciale tra produttore e impresa), interamente al fornitore. Generalmente questi oneri possono essere stabiliti come segue:
Nel
caso di un controllo di accettazione negativo, ma anche allorquando il
Direttore Lavori di fronte ad un controllo di accettazione positivo nutre
dubbi sulla qualità delle operazioni di posa in opera, compattazione e
maturazione dei getti si può disporre la valutazione della resistenza a
compressione in opera per stabilire se il valore è in accordo con quanto
stabilito al paragrafo 11.2.6 Norme Tecniche per le Costruzioni. Nella
eventualità che (Tabella 1):
In definitiva, quindi, se correttamente e in accordo alle Norme Tecniche per le Costruzioni, il Direttore Lavori effettua i controlli di accettazione e successivamente decida di valutare la resistenza a compressione del calcestruzzo in opera sarà sempre possibile stabilire univocamente e con dati oggettivi le azioni da intraprendere e a chi accollare gli oneri derivanti dagli interventi che si rende necessario attuare.
Tabella 1– Casistiche possibili nella accertamento della resistenza a
compressione del calcestruzzo a bocca di betoniera e del calcestruzzo in
opera La
situazione, invece, diventa più complicata in quei contesti in cui la
direzione lavori omette di effettuare i controlli di accettazione non
procedendo al prelievo del calcestruzzo e al confezionamento dei cubetti
prima di eseguire il getto, contravvenendo già ad un obbligo di Legge, e
successivamente decida di valutare la resistenza del calcestruzzo dalle
strutture in opera. Occorre tener presente, infatti, che la determinazione
del valore della resistenza a compressione in opera del calcestruzzo ha, al pari
del controllo di accettazione effettuato mediante il prelievo dei cubetti a
“bocca di betoniera”, una duplice valenza: da una parte quella propriamente
strutturale tesa a stabilire la collaudabilità dell’elemento strutturale sul
quale vengono effettuati i carotaggi e la successiva determinazione della
resistenza in opera. Dall’altra, la valutazione della resistenza in opera si
pone anche l’obiettivo di accertare, di fronte ad un esito negativo del
controllo, le responsabilità delle figure coinvolte con particolare
riferimento al produttore del calcestruzzo (responsabile della qualità del
conglomerato fornito) e all’impresa esecutrice delle opere (sotto la cui
responsabilità ricadono le operazioni di posa, compattazione e maturazione
dei getti). In sostanza, se il valore della resistenza cubica media in opera
(Rcm-opera) dovesse
risultare inferiore all’85% del valore della resistenza media Rcm-progetto utilizzata
per il dimensionamento strutturale tanto da richiedere per le strutture
coinvolte dalla non conformità interventi di consolidamento o di
demolizione/ricostruzione, si rende necessario stabilire chi tra produttore
del calcestruzzo e impresa esecutrice deve accollarsi gli oneri per questi
interventi suppletivi. Il presente articolo è dedicato a questa tematica e si
prefigge l’obiettivo di fornire una metodologia pratica per la determinazione
della resistenza in opera finalizzata ad accertare sia la collaudabilità
della struttura che le responsabilità di eventuali non conformità da parte
dei soggetti coinvolti (fornitore di calcestruzzo e impresa esecutrice). Come determinare la
resistenza cubica in opera ai fini della collaudabilità della struttura:
modalità di prelievo, tipologia e dimensioni delle carote, numero minimo di
carote Di
seguito vengono riportate alcune indicazioni di carattere pratico per la
valutazione della resistenza a compressione cubica del calcestruzzo in opera. Geometria delle carote:
diametro e snellezza della carota
Come
è noto il dimensionamento delle sezioni in calcestruzzo armato avviene sulla
base del valore della resistenza caratteristica a compressione misurata su provini
cubici di lato 150 mm, compattati a rifiuto e maturati per 28
giorni alla temperatura di 20±2°C e U.R. > 95%. Nella valutazione della resistenza
a compressione in opera essendo praticamente impossibile estrarre dalle
strutture dei cubi di lato 150 mm si deve ricorrere, invece, ad effettuare la
prova di schiacciamento su carote. Il valore della resistenza a compressione
misurato sulle carote dipende sensibilmente dalla geometria della stessa: ad
esempio, esso diminuisce all’aumentare del rapporto altezza/diametro.
Pertanto, si pone immediatamente il problema di quale devono essere la
geometria e le dimensioni della carota per far si che il valore della
resistenza a compressione misurato sia paragonabile a quello che si
otterrebbe con lo stesso calcestruzzo (e nelle stesse condizioni di
compattazione e con le medesime modalità di stagionatura) qualora la prova di
schiacciamento venisse effettuata utilizzando un provino cubico. Innanzitutto
occorre precisare che il valore della resistenza a compressione è influenzato
dal rapporto tra il diametro della carota (d) e la dimensione massima
dell’aggregato utilizzato nel confezionamento dell’impasto (Dmax).
Questa influenza diventa significativa quando d/Dmax risulta
inferiore a 3. Pertanto, tenendo presente che generalmente i calcestruzzi
vengono confezionati con aggregati aventi Dmax pari a 32 mm è
opportuno che il diametro delle carote risulti almeno di 100 mm. Inoltre, la
resistenza a compressione è influenzata dalla snellezza della carota e,
quindi, dal rapporto tra altezza e diametro. In accordo con la norma EN 13791
la resistenza a compressione misurata su carote con diametro 100 mm e
rapporto h/d=1 è assimilabile a quella misurata proprio sul provino cubico di
lato 150 mm (nelle stesse condizioni di compattazione e con le stesse
modalità di stagionatura). Pertanto, si può concludere che relativamente alla
geometria della carota le prove di schiacciamento debbono essere effettuate
su carote con: - diametro 100 mm - rapporto h/d=1 Quindi,
a meno che non esistano particolari esigenze derivanti: · dal dover valutare la resistenza di un
calcestruzzo confezionato con aggregati aventi Dmax superiore a 32
mm (ad esempio 40 mm), allorquando potrebbe essere opportuno ricorrere a
carote di diametro 150 mm e altezza 150 mm (in modo da lasciare invariata la
snellezza); · dalla impossibilità di prelevare carote
prive di ferri d’armatura paralleli all’asse longitudinale della carota,
allorquando potrebbe essere necessario ricorrere all’estrazione di una carota
con diametro inferiore a 100 mm (ad esempio 75 mm), ma mai inferiore a 50 mm, è opportuno attenersi, relativamente alla geometria della carota, alle disposizioni sopra riportate in quanto l’adozione di carote con diametri diversi da 100 mm impone l’applicazione di un coefficiente correttivo non sempre di facile individuazione. Si tenga conto in proposito che la resistenza a compressione sulle carote con diametro 100 mm (a parità di rapporto h/d) può risultare maggiore di quella determinata su carote di diametro 50 mm di un valore che oscilla tra il 7 e il 27% a seconda che la dimensione massima dell’aggregato sia di 20 oppure di 40 mm rispettivamente. Come si può intuire la variazione subita dalla resistenza a compressione al variare del diametro della carota rispetto a quella misurata sulla carota da 100 mm, che è direttamente assimilabile alla resistenza cubica, è abbastanza consistente. Pertanto, a meno che non esista una reale necessità, alla luce della difficoltà di individuare con esattezza il fattore correttivo da applicare si suggerisce di utilizzare carote con diametro pari a 100 mm. Ovviamente non esiste alcuna necessità di adottare carote con rapporti h/d > 1. Pertanto, durante il procedimento di preparazione del campione si procederà a tagliare la carota in modo da ottenere il rapporto h/d=1. Se l’estrazione avviene da elementi che per il ridotto spessore o per la scadente qualità del calcestruzzo non consentono di ottenere carote con rapporto h/d=1 al valore della resistenza a compressione occorrerà apportare una correzione che tenga conto della minore snellezza del provino (Tabella 2). Come si può notare il fattore di correzione è influenzato anche dal livello di resistenza a compressione del calcestruzzo.
Tabella 2 –
Coefficiente correttivo della resistenza a compressione (Fh/d)
misurata su carote con rapporto h/d diverso da 1 per la trasformazione nella
corrispondente resistenza a compressione cubica Pertanto,
se ad esempio è stata determinata una resistenza a compressione di 20 N/mm2
su una carota di diametro 100 mm e rapporto h/d = 0.75 la resistenza a
compressione sulla carota con rapporto h/d=1 e d =100 mm vale: Rc-opera = fc-carota ·
Fh/d = 20 · 0.83 = 16.6
N/mm2 Taglio, rettifica e spianatura
della carota
Nell’esecuzione
delle operazioni di carotaggio l’utensile dovrà essere fissato rigidamente
alla struttura in calcestruzzo mediante degli opportuni tasselli al fine di
garantire che l’asse della carota risulti perfettamente verticale. Dopo il
taglio meccanico per ottenere, come suggerito al paragrafo precedente una
carota di snellezza h/d=1, si procederà all’operazione di spianatura e
rettifica delle basi del provino con macchina provvista di mole abrasive.
Questa modalità di rettifica delle carote è da preferirsi a quella che
utilizza malte a presa rapida applicate in spessore sottile sulle basi delle
carote. Questo per riprodurre le stesse condizioni di prova esistenti nella
rottura a compressione dei cubetti i quali vengono posti con le basi
direttamente a contatto con la superficie dei piatti della pressa. Pertanto,
nella prova di schiacciamento della carota per riprodurre la stessa
situazione che si ha nella rottura del provino cubico è opportuno non
interporre alcuno strato di materiale aggiuntivo tra i piatti della macchina
e le basi della carota da sottoporre a prova. Nell’eventualità si volesse
ricorrere alla rettifica con strato di malta (in gergo definita “cappatura”)
è assolutamente sconsigliabile utilizzare malte di bassa resistenza e basso
modulo elastico, quali ad esempio, le malte a base di gesso. Infatti, in
questa evenienza si ridurrebbe l’effetto di confinamento esercitato dai
piatti della pressa sul calcestruzzo con il risultato che la resistenza a
compressione misurata sul provino “cappato” risulterebbe inferiore a quella
misurata sullo stesso provino rettificato meccanicamente. In conclusione,
quindi, si suggerisce di effettuare la rettifica delle carote con procedimento
meccanico. È
opportuno far presente che al fine di limitare l’influenza derivante da una
non corretta maturazione dei getti (che fortunatamente ha scarse implicazioni
sugli aspetti relativi alla collaudabilità dell’opera, ma incide pesantemente
sulla durabilità delle strutture) è opportuno quando si effettua il taglio
della carota che vengano rimossi i primi 2,5 ÷ 3cm più corticali che sono
quelli interessati da un minor grado di idratazione. Presenza di ferri d’armatura
Prima
di effettuare il carotaggio è opportuno dotarsi di un magnetometro (pacometro
o profometro) per individuare le zone della struttura dove poter effettuare
un carotaggio senza interessare le barre di armatura. Innanzitutto occorre
evidenziare che non è possibile utilizzare carote che presentino ferri
paralleli all’asse longitudinale della stessa in quanto il valore misurato
della resistenza a compressione sarebbe fortemente influenzato dalla presenza
del tondino. Carote con ferri disposti perpendicolarmente all’asse longitudinale
possono essere impiegate nella prova di schiacciamento, ma il valore misurato
deve essere opportunamente incrementato per tener conto dell’effetto di
disturbo dovuto alla presenza del ferro. In linea di massima l’incremento
deve essere tanto maggiore quanto maggiore è il rapporto tra diametro del
tondino e quello della carota e quanto più esso dista dalle basi della carota
stessa. Il coefficiente correttivo (FFe)
può essere desunto dall’espressione riportata nel Rapporto Tecnico n.11 della
Concrete Society:
dove: - Φ è il diametro
del tondino in mm - d è il diametro della carota in mm - d’ è la distanza del tondo dalla base più vicina
della carota in mm - h è l’altezza della carota in mm. Quindi, se ad esempio la resistenza a compressione
misurata su una carota con rapporto h/d=1 e d=100 mm contenente un tondino di
diametro pari a 14 mm posto ad una distanza di 30 mm dalla base della carota
è risultata di 25 N/mm2, la resistenza a compressione misurata su
una carota priva di ferro sarebbe risultata pari a: Rc-opera = fc-carota ·
FFe = 25 · (1 + (1,5·(14/100)·(30/100))) = 25 · 1.063
= 26.6 N/mm2. L’effetto derivante dalla presenza del tondino,
nel caso in esame, conduce ad apportare un incremento al valore della
resistenza misurato di circa il 6%. Ovviamente, nel caso di carota priva di
ferri il coefficiente correttivo FFe = 1. Effetto derivante dall’azione
del carotiere: il tormento
Durante l’esecuzione del carotaggio occorre
ridurre al minimo gli effetti torsionali che l’utensile provoca sulla
struttura in calcestruzzo. Per questo motivo, come già in precedenza
suggerito occorre fissare rigidamente il carotiere alla struttura per evitare
il suo asse subisca oscillazioni durante l’operazione di estrazione della
carota. Anche fissando saldamente l’utensile, tuttavia, l’operazione di
carotaggio non è “indolore” per il calcestruzzo in quanto può determinare la
comparsa di microlesioni interne tanto più accentuate quanto più scadente è
la qualità del calcestruzzo in opera. Pertanto, di questo effetto (definito
di “tormento”) si deve tener conto incrementando la resistenza a compressione
misurata sulla carota di un fattore FTor inversamente proporzionale
alla resistenza del conglomerato (Tabella 3).
Tabella 3 – Coefficiente correttivo (FTor) della resistenza
a compressione della carota per tener conto dell’effetto derivante dal
“tormento” dell’utensile Pertanto,
se ad esempio, la resistenza a compressione misurata su una carota con
rapporto h/d=1 e diametro 100 mm, priva di ferri, è risultata di 25 N/mm2
la resistenza a compressione determinata su un provino di calcestruzzo non
sottoposto a carotaggio, confezionato e maturato in identiche condizioni,
sarebbe del 10% più elevata e, quindi pari a 27.5 N/mm2 (25 ·
1.10). Effetto dovuto alla direzione
del carotaggio rispetto a quella di getto
Il carotaggio effettuato in direzione
perpendicolare a quella di getto intercetta microfessurazioni che durante la
prova di schiacciamento si dispongono parallelamente alle isostatiche di
compressione favorendo la rottura per valori dello sforzo inferiori a quelle
che si registrano per la stessa carota prelevata parallelamente alla
direzione di getto. La penalizzazione della resistenza per effetto di un
carotaggio perpendicolare alla direzione di getto risulta tanto più marcata
quanto più il prelievo viene effettuato verso le zone sommitali del getto che
sono maggiormente interessate dal fenomeno di bleeding e quindi presentano un
livello di microfessurazione interna più accentuato rispetto a quello che
interessa le zone basali della struttura. In accordo con la EN 13791,
pertanto, il valore della resistenza a compressione misurato sulle carote
estratte dalla struttura deve tener conto della direzione del carotaggio. In
linea di massima per le carote prelevate parallelamente alla direzione di
getto, come avviene nei pavimenti o nelle platee di fondazione, non occorre
apportare alcuna correzione al valore della resistenza misurata sulle carote,
per le quali l’effetto delle microfessurazioni interne è poco influente nella
prova di schiacciamento. Per contro, la resistenza a compressione misurata
sulle carote prelevate in direzione perpendicolare al getto, come avviene
quando si effettua il carotaggio su un pilastro oppure un muro di sostegno,
deve essere opportunamente incrementato attraverso un coefficiente di
correzione (FDir) che tenga conto anche della posizione del
prelievo se alla base, cioè, in una zona intermedia, oppure in testa alla
struttura (Tabella 4).
Tabella 4 – Coefficiente correttivo per tener conto della direzione
del carotaggio rispetto a quella di posa in opera del conglomerato (h indica
l’altezza dell’elemento verticale) Quindi,
se ad esempio, la resistenza a compressione misurata su una carota con
rapporto h/d=1 e d=100mm prelevata al centro di un pilastro è risultata di 30
N/mm2 occorre incrementare il valore della resistenza a
compressione per tener conto del fatto che la carota è stata prelevata
perpendicolarmente alla direzione di getto. Il valore corretto della
resistenza della carota risulta pertanto pari a 32.3 N/mm2 (30 ·
1.075). Effetto dell’età della carota e
della temperatura di maturazione in cantiere
La
Rck utilizzata per il calcolo strutturale, come è ben noto, si
intende misurata su provini maturati per 28 giorni alla temperatura di
20±2°C. É difficile, invece, che l’età della carota al momento in cui la stessa
viene sottoposta alla prova di schiacciamento coincida con i 28 giorni. Basti
pensare al fatto che, generalmente, si procede alla valutazione della
resistenza in opera allorquando è ormai noto l’esito (negativo) del controllo
di accettazione dei provini confezionati a “bocca di betoniera” e, quindi,
quando ormai è trascorso un tempo dall’esecuzione del getto superiore ad un
mese. A volte, si decide di effettuare la valutazione della resistenza in
opera quando i getti palesano evidenti difettosità con calcestruzzo
pulverulento o incoerente. Generalmente in questi casi si procede al
carotaggio senza attendere preliminarmente i dati delle prove di
schiacciamento relative al controllo di accettazione a bocca di betoniera. É
ben noto, che la resistenza a compressione del calcestruzzo cresce nel tempo,
sebbene nei primi giorni la velocità di sviluppo è maggiore e va man mano
attenuandosi alle lunghe stagionature. Pertanto, se le prove di
schiacciamento avvenissero su carote di età molto giovane il valore misurato
sarebbe sottostimato rispetto a quello che il calcestruzzo potrebbe attingere
all’età di 28 giorni. Pertanto, al valore misurato della resistenza a
compressione di una carota di età generica t inferiore a 28 giorni occorrerà apportare una correzione (incremento)
per tener conto del fatto che il conglomerato ha una ulteriore riserva di
resistenza da sviluppare. Se le prove di schiacciamento vengono effettuate su
carote di età maggiore dei 28 giorni ovviamente il valore della resistenza
sviluppato sarà maggiore di quello che il conglomerato possedeva all’età di
28 giorni. Tuttavia, in questa seconda situazione è poco importante ai fini
della collaudabilità che la resistenza a compressione a 28 giorni era
inferiore a quella misurata sulle carote di età superiore. Pertanto, in
questa evenienza al valore misurato della resistenza a compressione della
carota di età maggiore di 28 giorni non occorre apportare alcuna correzione
(decremento). In definitiva per tener conto dell’età del calcestruzzo al
momento dell’esecuzione della prova di schiacciamento la correzione potrà
essere effettuata utilizzando la formula dell’Eurocodice che esprime la
resistenza a compressione ad un tempo generico t, fc(t), in
funzione di quella a 28 giorni, fc28:
dove:
-
t è il tempo a cui si effettua il
carotaggio (t < 28gg) - s è una costante funzione del tipo di cemento
impiegato
Ai
fini della collaudabilità della struttura si assumerà: · Ft=1 per carote sottoposte a compressione ad
età maggiori di 28 giorni (t >
28gg); · Ft
= 1/exp[s[1-(28/t)1/2]] per carote sottoposte a compressione ad età
inferiori a 28 giorni (t < 28gg). Si
supponga, a titolo di esempio, che una carota di calcestruzzo, confezionato
con cemento CEM II/A-L 42.5R, venga sottoposta a schiacciamento dopo 7 giorni
dal getto ed evidenzia a questa età una resistenza a compressione di 16 N/mm2.
Ai fini della collaudabilità si potrà fare affidamento su una resistenza a
compressione maggiore che il conglomerato svilupperà nei giorni successivi
che potrà così essere quantificata: 16 · Ft = 16 · (1/exp[-0.2]) =
16 · 1.22 = 19.5 N/mm2. Se,
invece, la stessa carota fosse stata sottoposta alla prova di schiacciamento
dopo 60 giorni evidenziando un valore di resistenza a compressione di 35 N/mm2
esso risulterebbe superiore alla resistenza che il conglomerato avrebbe
evidenziato a 28 giorni di circa il 6% (Rc-carota28gg = 35 ·
(1/exp[0.063]) = 35 · 0.94 = 32.9 N/mm2), ma ai fini della
collaudabilità questa correzione non si rende necessaria adottando il valore
della resistenza effettivamente ottenuta nella prova di schiacciamento e pari
a 35 N/mm2 (Ft=1). Oltre
all’età della carota al momento dello schiacciamento si deve tener conto
anche della temperatura a cui è maturato il calcestruzzo della struttura in
opera. Infatti, se la determinazione della resistenza avviene su una carota
estratta da una struttura realizzata durante il periodo invernale che in
cantiere è maturata a temperature inferiori a 20±2°C è evidente che il valore
della resistenza a compressione è sottostimato rispetto a quella che lo
stesso calcestruzzo avrebbe evidenziato a 20°C. In questo caso del più lento
sviluppo della resistenza a compressione si deve tener conto incrementando il
valore determinato nella prova di schiacciamento in quanto alle lunghe
stagionature il conglomerato potrà recuperare il deficit di resistenza che
evidenzia qualora la rottura della carota avvenga a tempi brevi
dall’esecuzione del getto. Per contro, per le strutture realizzate nel
periodo estivo si deve tener conto che la maturazione del calcestruzzo a
temperature più elevate favorisce un più rapido sviluppo di resistenza.
Soprattutto se la valutazione della resistenza a compressione viene
effettuato su carote di età inferiore a 28 giorni si deve tener conto del più
rapido sviluppo della resistenza (riducendo il valore effettivo misurato)
altrimenti si incorre in una sovrastima della resistenza a compressione a 28
giorni. La correzione dei valori di resistenza misurati sulle carote per
tener conto di temperature di maturazione in cantiere diverse da 20°C si
effettua calcolando la media ponderale della temperatura ambientale dal
momento dell’esecuzione dei getti e sino al giorno in cui viene effettuato il
carotaggio. Questi dati possono essere ricavati consultando le pagine web
dell’aeroporto più vicino al cantiere oppure quelle dell’Agenzie Regionale
Per l’Ambiente (ARPA). Calcolata la temperatura media ponderale, si può
applicare la correzione al valore della resistenza determinata sulla carota
estratta dalla struttura dividendolo per il coefficiente correttivo FT desunto dalla Tabella
5, con le seguenti limitazioni:
T > 22°C e FT >1 → FT
= 1; T < 18°C e FT < 1 → FT = 1
Tabella 5 –
Coefficiente correttivo per tener conto di temperature di maturazione delle
strutture in cantiere diverse da 20°C Calcolo della resistenza cubica
in opera ai fini della collaudabilità della struttura
In
definitiva, riassumendo tutte le considerazioni contenute ai precedenti
paragrafi si può scrivere la formula
più generale per il calcolo della resistenza cubica del calcestruzzo in opera
valida ai fini della collaudabilità:
dove:
Esempio di calcolo della
resistenza cubica in opera per stabilire la collaudabilità della struttura
Si
supponga di aver estratto da un muro di sostegno alto 5 m una carota di
calcestruzzo (confezionato con un cemento di classe 32.5N) in una zona della
struttura posta a 0.5 m dalla sommità del muro dove la struttura è meno
impegnata dal punto di vista statico. L’estrazione della carota di diametro
pari a 100 mm avviene dopo 3 giorni dal getto avvenuto durante il periodo
estivo quando la temperatura media ponderale esistente in cantiere è di 30°C.
Per la particolare densità dei ferri d’armatura la carota estratta presenta
un tondino di diametro 12 mm perpendicolare all’asse longitudinale della
carota ad una distanza dalla base più vicina pari a 20 mm. Il valore
sperimentale della resistenza a compressione ottenuto sottoponendo la carota
dopo averla tagliata, rettificata e spianata meccanicamente ottenendo per la
stessa un’altezza di 75 mm, è risultato pari a 18.5 N/mm2. In
questo contesto abbiamo: - fc-carota = 18.5 N/mm2; - Fh/d = 0.83 con h/d=0.75; - FFe = 1.048 (vedi equazione [1]); - FTor = 1.12; - FDir = 1.10; - Ft = 1/(exp [0.38 [1-(28/3)1/2]]) =
2.18 ; - FT = 0.87. Pertanto,
la resistenza cubica in opera vale (equazione [3]): Rc-opera= fc-carote ·
Fh/d · FFe · FTor · FDir · Ft
· FT = 18.5 · 0.83 · 1.2 · 1.12 · 1.10 ·
2.18· 0.87 = 38.44N/mm2 Come
si può notare, il valore della resistenza cubica in opera ai fini della
collaudabilità risulta decisamente maggiore di quello sperimentale derivante
dalla rottura a compressione della carota. Questo risultato discende dal
fatto che l’estrazione della carota è avvenuta dopo appena 3 giorni e,
quindi, il conglomerato possiede una riserva di resistenza che svilupperà al
28-esimo giorno di quasi 22 N/mm2. Questa riserva di resistenza
risulta così elevata anche perché nel confezionamento del conglomerato è
stato impiegato un cemento di classe 32.5N che a 3 giorni (al momento della
rottura per schiacciamento) ha un grado di idratazione basso che,
successivamente, nei 25 giorni che lo separano dalla stagionatura di 28
giorni, sarà maggiore di quello di un cemento ad indurimento rapido.
Conseguentemente il calcestruzzo subirà un maggior incremento della
resistenza a compressione nel tempo. É inutile sottolineare come se si
procedesse alla valutazione della collaudabilità della struttura sulla base
del valore “grezzo” della resistenza a compressione ottenuto dallo
schiacciamento della carota si commetterebbe un evidente errore sottostimando
pesantemente il valore effettivo della resistenza cubica in opera del
conglomerato. Criterio per stabilire la
collaudabilità della struttura: Norme Tecniche per le Costruzioni(D.M.
14/01/2008) e Norma Europea EN 13791
Chiarito
ai paragrafi precedenti come effettuare il calcolo della resistenza cubica in
opera (Rc-opera) è opportuno definire quale criterio adottare per
stabilire la collaudabilità degli elementi sottoposti ad indagine. Le
possibilità almeno sulla carta sono due, adottare il criterio: · stabilito dalle Norme Tecniche per le
Costruzioni secondo il quale la struttura è collaudabile se la resistenza
cubica media in opera risulta almeno pari all’85% del valore medio della
resistenza a compressione di progetto (1).
· previsto
dalla norma europea EN 13791 secondo la quale la struttura è collaudabile se
il valore caratteristico della resistenza cubica in opera è almeno pari
all’85% del valore caratteristico di progetto:
Il
criterio previsto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni risulta essere
particolarmente stringente, si ritiene pertanto che la collaudabilità della
struttura dovrebbe essere verificata con il criterio suggerito dalla norma
europea EN 13791 (2). In accordo con questa normativa, quindi,
si rende necessario determinare il valore caratteristico della resistenza a
compressione in opera il quale può essere calcolato ricorrendo a due approcci
distinti quello A (statistico) e quello B
(forfetario). L’approccio statistico si applica quando il numero di
carote sottoposte a prova è almeno pari a 15; in questo caso la resistenza
caratteristica cubica in opera è il valore minore desunto dalle due seguenti
equazioni:
dove: -
Rck-opera è la resistenza caratteristica cubica del calcestruzzo
in opera (in N/mm2); - Rcm-opera è il valore medio
delle resistenze cubiche in opera (in N/mm2); - sn-opera è lo scarto quadratico
medio dei valori delle resistenze cubiche in opera (in N/mm2), il
quale deve essere assunto almeno pari a 2 N/mm2; - Rcmin-opera è il valore minimo
delle resistenze cubiche in opera (in N/mm2). Adottando
l’approccio di tipo B (forfetario) la resistenza caratteristica cubica in
opera è il valore minore desunto dalle due seguenti equazioni:
dove
i simboli hanno lo stesso significato dell’equazioni [6] e [7] e K è un coefficiente
che dipende dal numero di carote (n) sottoposte alla prova di schiacciamento
e può essere desunto dalla Tabella 6.
Tabella 6 – Coefficiente K per la determinazione del valore caratteristico
della resistenza cubica a compressione del calcestruzzo in opera Come si può notare, la normativa tende ad essere più premiante allorquando il lotto sottoposto a prova è costituito da un maggior numero di carote. Relativamente a quest’ultimo aspetto, il numero di carote da utilizzare, ovviamente, deve essere commisurato al volume di calcestruzzo degli elementi che si intende indagare. In linea di massima, e a puro titolo di suggerimento, si può operare come segue:
A
questo punto il procedimento per l’accertamento della collaudabilità della
struttura può ritenersi concluso. E’ opportuno sin d’ora ribadire come il procedimento sopra illustrato può essere
utilizzato esclusivamente per stabilire se la struttura è collaudabile o meno
e, quindi, per stabilire se occorre eventualmente sottoporre gli elementi
strutturali ad interventi di consolidamento oppure se gli stessi debbono
essere demoliti e ricostruiti ex-novo. Per
nessun motivo, di fronte ad una eventuale non conformità del valore della
resistenza cubica in opera, indipendentemente che si adotti il criterio
di valutazione delle Norme Tecniche o quello previsto dalla norma EN 13791, questa potrà essere attribuita al
produttore del conglomerato. Circa la valutazione di eventuali
responsabilità del fornitore di calcestruzzo occorrerà operare in accordo a
quanto riportato nei paragrafi che seguono. Accertamento delle responsabilità eventuali del fornitore del
conglomerato per non conformità della resistenza a compressione cubica in
opera Di
fronte ad una non conformità della resistenza cubica in opera - mancato
rispetto di una delle equazioni [4] o [5] in funzione del criterio di
collaudabilità prescelto – esiste la necessità di stabilire se vi sono
responsabilità da parte del fornitore di calcestruzzo. Questa necessità,
ovviamente, non sussiste in quei contesti in cui la D.L. ha effettuato, come
peraltro imposto dagli obblighi di legge, il “controllo di accettazione” del
conglomerato. Infatti, attraverso la valutazione dei dati di resistenza a
compressione misurati sui cubetti prelevati a “bocca di betoniera” – come più
volte evidenziato – si può stabilire univocamente
e in maniera oggettiva se il produttore ha fornito o meno il calcestruzzo
con la resistenza caratteristica effettiva (Rckeff) conforme (cioè uguale o maggiore) a quella
utilizzata nel progetto strutturale (Rckprogetto)
e pattuita contrattualmente tra fornitore e impresa. Pertanto, si ribadisce l’estrema importanza di procedere
all’effettuazione dei controlli di accettazione sui provini a “bocca di
betoniera” per stabilire univocamente ed oggettivamente eventuali
responsabilità del fornitore. In assenza di questi controlli - in
presenza, quindi, di una omissione da parte della D. L. di un obbligo di
legge – e quando la D. L. con un “ravvedimento postumo” decida di effettuare
una verifica della resistenza cubica in opera che si riveli negativa esiste
la necessità di stabilire se vi sono, relativamente al mancato rispetto dei
requisiti di collaudabilità, eventuali responsabilità da parte del fornitore.
L’accertamento di queste responsabilità non si rivela spesso né di facile, e
soprattutto, né di univoca soluzione in quanto presenta non pochi elementi di
soggettività, ma anche di difficile quantificazione. Pertanto, il
procedimento descritto nel seguito vuole solo rappresentare un contributo a
“dipanare” una questione – l’accertamento delle responsabilità del produttore
attraverso l’analisi dei dati di resistenza a compressione determinati sulle
carote estratte dalle strutture in opera – tra le più complesse che investono
spesso il contenzioso relativo al mondo delle costruzioni in calcestruzzo
armato. Il
problema dell’accertamento delle responsabilità del fornitore del
conglomerato va affrontato in questi termini: tenendo presente che la
resistenza caratteristica effettiva del calcestruzzo fornito dal produttore
deve essere determinata su provini cubici di calcestruzzo confezionati a
“bocca di betoniera” compattati a rifiuto e maturati per 28 giorni alla
temperatura di 20±2°C e U.R. > 95%, in assenza di questi dati (si
ribadisce per omissione da parte della D.L. di un obbligo di legge) se si
vuole accertare eventuali responsabilità da parte del produttore (sulla
mancata collaudabilità della struttura) esclusivamente attraverso le misure
di resistenza a compressione effettuate dalle carote estratte dal
calcestruzzo in opera, ci si deve chiedere “quale sarebbe stata la resistenza caratteristica a compressione del
calcestruzzo in opera se lo stesso fosse stato sottoposto a prove di
schiacciamento utilizzando provini cubici compattati a rifiuto, maturati alla
temperatura di 20°C e U.R. del 95% per 28 giorni??”. Questo valore della
resistenza a compressione nel prosieguo del presente articolo verrà
individuata dal termine resistenza
caratteristica cubica equivalente (Rck-potenziale).
Questa resistenza a compressione caratteristica non può essere confusa né con
quella cubica caratteristica in opera per la verifica della collaudabilità
della struttura (Rck-opera) né, a maggior ragione, con il valore
grezzo determinato dalla mera rottura di una (Rc-carota) o più
carote estratte dalla struttura. Alle modalità di determinazione della resistenza
caratteristica cubica potenziale (Rck-potenziale) sono dedicati i
paragrafi che seguono. Geometria della carota, taglio
e rettifica, presenza di ferri, tormento e direzione del carotaggio
Relativamente
alle influenze della geometria della carota (diametro e snellezza), alle
operazioni di taglio, rettifica e spianatura, alla presenza di ferri
d’armatura, al tormento esercitato dal carotiere e all’influenza della
direzione del carotaggio rispetto a quelle di getto sul valore della
resistenza a compressione misurata sulla carota estratta dalle strutture in
opera continuano a valere tutte le considerazioni già esplicitate nella
sezione relativa al calcolo della Rc-opera ai fini della
collaudabilità. In sostanza, le influenze dei fattori sopramenzionati
incidono allo stesso modo sia che si debba procedere alla valutazione della
resistenza ai fini della collaudabilità che si debba determinare la
resistenza caratteristica cubica equivalente per accertare eventuali
responsabilità del fornitore. Pertanto, il valore della resistenza a
compressione determinato sperimentalmente su una carota con diametro pari a
100 mm (fc-carota(d=100mm)) anche nel caso della quantificazione
di Rc-potenziale verrà opportunamente corretto introducendo gli
stessi fattori di correzione Fh/d, FFe, FTor,
FDir già esplicitati a proposito del calcolo di Rc-opera.
Relativamente alle influenze della età della carota al momento della prova di
schiacciamento e alla temperatura di maturazione del calcestruzzo in opera,
invece, occorre introdurre alcune significative variazioni rispetto alle
considerazioni riportate nei paragrafi precedenti in merito alla
collaudabilità, presentate nei due paragrafi che seguono. Età della carota al momento
dell’esecuzione della prova di schiacciamento
Nel
caso di accertamento della responsabilità del produttore se la prova di
schiacciamento viene effettuata su carote con età inferiore a 28 giorni ci si
comporterà allo stesso modo di quanto suggerito a proposito della
collaudabilità delle strutture. Quindi, il valore sperimentale della
resistenza a compressione verrà incrementato mediante il coefficiente Ft
desunto dall’equazione [2] per ottenere la resistenza a compressione del
calcestruzzo all’età di 28 giorni, stagionatura alla quale vengono sottoposti
a compressione i provini confezionati a bocca di betoniera. Se le prove di
schiacciamento vengono, invece, effettuate su carote con età maggiore di 28
giorni, contrariamente a quanto illustrato per la collaudabilità, il valore
sperimentale della resistenza a compressione misurato sulla carota dovrà
essere ridotto attraverso il coefficiente Ft (≠ 1) desunto
dall’equazione [2] per tener conto che il conglomerato alla stagionatura di
28 giorni (quella a cui vengono schiacciati i provini confezionati a bocca di
betoniera) aveva una resistenza inferiore. Pertanto, se, ad esempio, il
valore sperimentale della resistenza a compressione misurato su una carota di
calcestruzzo (confezionato con cemento di classe CEM 42.5R) con 60 giorni di
età è risultato pari a 35 N/mm2, ai fini dell’accertamento delle
responsabilità questo valore andrà corretto per tramutarlo in quello che il
conglomerato avrebbe attinto a 28 giorni. La correzione si effettua
moltiplicando il valore sperimentale della resistenza a compressione per il coefficiente
Ft calcolato con l’equazione [2] (Ft = 0.94): Rc-potenziale
= 35 · 0.94 = 32.9 N/mm2. In definitiva, quindi, per
l’accertamento delle responsabilità del produttore il coefficiente Ft,
indipendentemente dall’età a cui avviene lo schiacciamento della carota verrà
desunto dall’equazione [2]. Temperatura di maturazione del
calcestruzzo in cantiere
I
provini di calcestruzzo confezionati a bocca di betoniera ai fini del
controllo di accettazione vengono sottoposti alla prova di schiacciamento dopo
28 giorni di maturazione alla temperatura di 20°C. Pertanto, per il calcolo
della resistenza cubica equivalente per l’accertamento delle responsabilità
del produttore il valore sperimentale ottenuto dalle prove di schiacciamento
della carota estratta dalla struttura deve essere opportunamente corretto se
la temperatura di maturazione del calcestruzzo in cantiere è diversa da 20°C.
Rispetto a quanto stabilito per la collaudabilità della struttura, in questo
caso la correzione deve essere effettuata con i coefficienti desunti dalla
Tabella 5 indipendentemente dalla temperatura di maturazione e dall’età della
carota al momento dell’esecuzione della prova. In sostanza, rispetto a quanto
riportato a proposito della collaudabilità si opererà come segue:
In
tutte le altre situazioni si opera come già suggerito a proposito della
collaudabilità. Pertanto, in definitiva per il calcolo della resistenza a
compressione cubica equivalente la correzione va effettuata desumendo il
coefficiente FT dalla Tabella 5 indipendentemente dalla
temperatura e dall’età a cui la carota viene sottoposta alla prova di
compressione. Fattori aggiuntivi per il
calcolo della resistenza caratteristica a compressione equivalente
In
sostanza, per quanto almeno sin qui detto, non ci sono differenze
significative tra il calcolo della resistenza cubica in opera (Rc-opera) per la verifica della collaudabilità della
struttura e quello della resistenza cubica potenziale per l’accertamento
delle responsabilità del produttore (Rc-potenziale) salvo una
diversa modalità di quantificazione dei coefficienti correttivi che tengono
conto dell’influenza dell’età della carota al momento dell’esecuzione della
prova di schiacciamento (Ft) e della temperatura di maturazione
del calcestruzzo in cantiere (FT). Tuttavia, ci sono dei fattori
che influenzano pesantemente il valore della resistenza a compressione
equivalente che, invece, non riguardano il calcolo della resistenza cubica in
opera. Questi fattori sono relativi a: - le aggiunte di acqua in autobetoniera; - le modalità di posa in opera e
compattazione del calcestruzzo; - le procedure e alla durata della
maturazione umida delle strutture. All’approfondimento
di queste influenze sono dedicati i paragrafi che seguono. Le aggiunte di acqua in autobetoniera
Relativamente alle riaggiunte di acqua effettuate in autobetoniera, ai fini dell’accertamento delle responsabilità del produttore, occorre distinguere il caso in cui il calcestruzzo in cantiere:
Prima
di procedere ad esaminare i due casi sopramenzionati è opportuno sottolineare
che ai fini della verifica della collaudabilità della struttura (Figura 1) è indifferente che l’aggiunta di acqua in autobetoniera avvenga
nella situazione a) oppure b). Infatti, la penalizzazione della resistenza a
compressione del conglomerato per effetto dell’aggiunta di acqua e,
conseguentemente per l’aumento del rapporto a/c, non è più recuperabile.
Quindi, ai fini della collaudabilità poco importa quale sarebbe stata la
resistenza a compressione del calcestruzzo prima di procedere
all’introduzione di acqua in betoniera. Ai
fini dell’accertamento delle responsabilità del produttore, invece, occorre
fare un netto distinguo (Figura 1):
dove H2O è il quantitativo di acqua
per m3 aggiunto in betoniera. In
accordo con l’equazione [10] la perdita di resistenza derivante dalle
riaggiunte è stimabile all’incirca in un 7% per ogni 10 kg/m3 di
acqua introdotti nella botte. Se, ad esempio, al momento del getto il
calcestruzzo possedeva una lavorabilità S2 conforme a quella pattuita e
l’impresa ha richiesto un aggiunta di acqua di 22 kg/m3 per
portare il calcestruzzo in classe di consistenza S4 e, successivamente, dalle
prove di schiacciamento la resistenza a compressione della carota estratta
dalla struttura ha evidenziato un valore di 27 N/mm2, per il
calcolo della resistenza a compressione equivalente si effettuerà la seguente
correzione:
Quest’ultimo
valore rappresenta la resistenza a compressione del calcestruzzo prima della
riaggiunta di acqua richiesta dall’impresa.
Figura
1 – Le riaggiunte di acqua in autobetoniera ai fini della collaudabilità delle
strutture e dell’accertamento delle responsabilità del produttore di
calcestruzzo La compattazione del calcestruzzo delle strutture in opera
Il
controllo di accettazione del calcestruzzo, come ben noto, viene effettuato
su provini compattati a “rifiuto” contraddistinti dall’assenza di aria in
eccesso rispetto a quella “fisiologica” e, pertanto, connotati dalla massima
massa volumica. L’estrazione delle carote, invece, avviene da strutture in
opera che la cui massa volumica dipende strettamente dalle modalità di
effettuazione e dalla durata della vibrazione. Pertanto, se la compattazione
dei getti non viene effettuata correttamente, la massa volumica del
calcestruzzo in opera può risultare anche sensibilmente inferiore a quella
del cubetto compattato a rifiuto per via di una maggiore percentuale di aria
residua rispetto a quella fisiologica. Il maggior volume di aria residua si
rende responsabile di una diminuzione della resistenza a compressione del
calcestruzzo in opera rispetto a quella che lo stesso conglomerato avrebbe
attinto qualora fosse stato compattato a rifiuto come il cubetto destinato ai
controlli di accettazione a bocca di betoniera. Purtroppo, il deficit di
resistenza meccanica a compressione non è più recuperabile e, pertanto, è
poco importante dal punto di vista della collaudabilità sapere che un
determinato calcestruzzo avrebbe posseduto una resistenza a compressione
maggiore di quella determinata sperimentalmente sulla carota se l’opera fosse
stata sottoposta ad una compattazione efficace quanto quella del cubetto. Per
questo motivo, la resistenza misurata sulle carote non deve essere corretta
per tener conto dell’inefficacia della compattazione. Questo equivale a dire
che il coefficiente correttivo che tiene conto delle operazioni di compattazione,
FCom, ai fini della
collaudabilità deve essere posto pari ad 1 e per questo motivo,
sostanzialmente, non appare nell’equazione [3] per il calcolo della
resistenza cubica in opera (Rc-opera). Ai fini della valutazione
della resistenza cubica a compressione potenziale, invece, è necessario
quantificare la diminuzione della resistenza per effetto di una inadeguata
compattazione effettuata dall’impresa esecutrice. In sostanza, quindi, si
pone il problema di valutare quale sarebbe stato il valore della resistenza a
compressione se il calcestruzzo in opera fosse stato compattato a rifiuto
alla stregua dei provini per il controllo di accettazione. A tale scopo si
ammette che la perdita di resistenza è all’incirca il 7.5% per ogni 1% di
diminuzione della massa volumica rispetto al valore massimo atteso
(corrispondente a quella del cubetto compattato a rifiuto). In accordo con
questo assunto, il fattore di correzione FCom per il quale
moltiplicare il valore sperimentale della resistenza a compressione determinato
sulla carota vale:
dove: - mvcar è la massa volumica del
calcestruzzo della carota in kg/m3; - mvcub è la massa volumica del cubetto
prelevato a bocca di betoniera in kg/m3. Pertanto, se la resistenza a compressione misurata
su una carota estratta dalla struttura in opera è risultata pari a 32 N/mm2
e la sua massa volumica di 2.250 kg/m3 contro quella misurata sul
cubetto di 2.310 kg/m3, la resistenza cubica a compressione potenziale
(cioè quella che avrebbe posseduto la carota se sottoposta ad una
compattazione efficace quanto quella del cubetto) sarebbe pari a:
Il
calcolo della resistenza cubica potenziale, che in accordo all’esempio precedente
sembrerebbe alquanto semplice, presenta non pochi problemi dal punto di vista
pratico in quanto se fossero disponibili le masse volumiche dei cubetti
prelevati a bocca di betoniera sarebbero anche disponibili i dati di
resistenza meccanica a compressione e, quindi, sarebbe non necessario, per
stabilire eventuali responsabilità del fornitore, effettuare alcuna
valutazione dei dati di resistenza a compressione relativi alle carote in
quanto quelli sui prelievi sarebbero più che sufficienti. In assenza, invece,
dei dati relativi ai cubetti, in quanto di questo si sta disquisendo, non
sarebbero disponibili le masse volumiche del calcestruzzo compattato a
rifiuto. Si potrebbe ovviare a questo inconveniente richiedendo al produttore
i dati di massa volumica del calcestruzzo indurito determinati nell’ambito
delle normali procedure che egli attua durante il controllo di produzione.
Relativamente a quest’aspetto occorre sottolineare che la massa volumica dei
cubetti compattati a rifiuto, al pari della resistenza meccanica a
compressione, è contraddistinta da una dispersione di risultati (Tabella 7) derivante dal fatto che, durante il campionamento, per via del
diverso volume di aggregato grosso tra un cubetto e l’altro, la massa volumica
può risultare differente. Pertanto, se si analizza il singolo dato di massa
volumica non è detto che ad un minor valore corrisponda una minore
resistenza. Ad esempio, in Tabella 7, che si riferisce alle misure di massa
volumica e di resistenza a compressione a 28 giorni di cubetti prelevati da
uno stesso conglomerato prodotto in giornate distinte e compattati a rifiuto,
si rileva come i prelievi n.7 e 8 che posseggono masse volumiche
sostanzialmente coincidenti evidenziano resistenze a compressione diverse o,
il che è lo stesso, come il prelievo 1, pur possedendo una massa volumica di
2.468 kg/m3 molto più alta di quella (2.367 kg/m3) del prelievo 7, possegga resistenza a
compressione di 40 N/mm2 minore di quella (43 N/mm2)
del prelievo (n.7) con la massa volumica più bassa. Questo induce a ritenere
che nell’equazione [11] per la stima dell’abbattimento della resistenza
derivante da incompleta compattazione per la massa volumica del calcestruzzo
compattato a rifiuto si dovrà far riferimento al valore caratteristico della
massa volumica desunto dai controlli di produzione (mvkcub-produzione).
Tabella 7 – Massa volumica e resistenza a compressione a 28 giorni di cubetti
prelevati da uno stesso conglomerato prodotto in giornate distinte e
compattati a rifiuto La
variabilità dei valori di massa volumica derivanti dal campionamento si
riflette evidentemente anche sulle carote estratte dalle strutture. Pertanto,
se si analizza una carota singola non è detto che ad un minor valore della
massa volumica della carota corrisponda necessariamente un valore più basso
della resistenza (Tabella 8). Ad esempio, in Tabella 8 si può notare come la carota 2 di massa volumica (2.252 kg/m3)
inferiore a quella (2.317 kg/m3) della carota 9 presenta un valore
della resistenza a compressione sostanzialmente identico a quello evidenziato
da quest’ultima (19,8 e 20,0 N/mm2, rispettivamente). Mentre, le
carote 9 e 10 che hanno masse volumiche sostanzialmente coincidenti (2.317 e
2.329 kg/m3) presentano resistenze meccaniche significativamente
diverse (20,0 e 26,8 N/mm2, rispettivamente). Alla luce di queste
oscillazioni dei valori di massa volumica è evidente come abbia poco senso
(per non dire che può risultare erroneo) effettuare la correzione al valore
sperimentale della resistenza misurata sulla singola carota - per tener conto
dell’influenza della compattazione - confrontando la massa volumica di ogni
carota estratta con quella del calcestruzzo compattato a rifiuto. In
definitiva, quindi, per il calcolo della resistenza cubica potenziale ai fini
dell’accertamento delle responsabilità del produttore, relativamente
all’influenza della compattazione è opportuno far riferimento al valore caratteristico
della massa volumica dell’intero lotto di carote prelevato (mvkcarote-lotto). Questo
valore verrà confrontato con quello caratteristico dei cubetti compattati a
rifiuto desunto dai dati di produzione del calcestruzzo. In accordo con
quanto affermato, il coefficiente di correzione riferito all’intero lotto di
carote, FCom-lotto,
verrà determinato in accordo alla seguente equazione:
Alla
luce di quanto sopra riportato è evidente che quando si intende accertare la
responsabilità del produttore attraverso il calcolo della resistenza cubica
equivalente occorre sottoporre a prova un lotto di carote che sia
rappresentativo, in termini di massa volumica del conglomerato, delle
strutture che si stanno indagando. Questo significa che il numero di carote
minimo da utilizzare deve essere anche per volumi di calcestruzzo inferiori a
50 m3 almeno pari a 7. Questo lotto minimo verrà incrementato di 3
carote per ogni ulteriori 50 m3 di conglomerato gettato.
Tabella
8 – Massa volumica e resistenza a compressione di carote prelevate da una
struttura realizzata con calcestruzzo di stessa Rck nominale Le modalità e la durata della maturazione umida delle strutture
I
provini confezionati a bocca di betoniera per il controllo di accettazione
del calcestruzzo vengono maturati in ambiente con U.R. del 95% al fine di
favorire una corretta idratazione del cemento e, conseguentemente, lo
sviluppo delle resistenze meccaniche a compressione nel tempo. Il
calcestruzzo in opera, salvo che nelle strutture idrauliche o permanentemente
immerse, viene maturato a umido per tempi molto più brevi, sovente anche per
sole 24 ore. La minore durata della maturazione umida determina per il calcestruzzo
in opera un minor grado di idratazione e, conseguentemente, un minor valore
della resistenza a compressione rispetto a quello che lo stesso conglomerato
avrebbe attinto qualora fosse stato mantenuto in ambiente umido per 28
giorni. É da far notare, tuttavia, come l’assenza di maturazione umida
determina una diminuzione della resistenza meccanica a compressione soltanto
nei primi 2,5 ÷ 3 cm di calcestruzzo più corticale. Pertanto, se si vuole
eliminare l’influenza della mancata maturazione umida sul valore della
resistenza a compressione della carota estratta dalla struttura basta
rimuovere, mediante taglio meccanico, i primi 3 cm di calcestruzzo corticale.
Questa operazione è possibile anche per le strutture di spessore inferiore a
120 mm esposte da entrambi i lati all’atmosfera asciutta dove l’asportazione
di 30 mm di calcestruzzo su entrambi i fronti della parete determinerebbe per
le carote un’altezza di 50÷60 mm, ancora sufficiente per poter effettuare la
prova di schiacciamento per determinare la resistenza a compressione.
Pertanto, relativamente alla
maturazione umida dei getti si può concludere che ai fini dell’accertamento
delle responsabilità del produttore rimuovendo 2,5 ÷ 3 cm del calcestruzzo
corticale non si rende necessario apportare alcuna correzione al valore
sperimentale della resistenza a compressione misurata sulle carote estratte
dalla struttura. Calcolo
della resistenza cubica potenziale ai fini dell’accertamento delle
responsabilità del produttore
In
definitiva, riassumendo tutte le considerazioni contenute ai precedenti
paragrafi si può suggerire il metodo per
il calcolo della resistenza cubica potenziale ai fini dell’accertamento delle
responsabilità del fornitore del calcestruzzo. Esso consiste di due stadi
distinti descritti nel seguito. · PRIMO STADIO Il
primo stadio del metodo suggerito è finalizzato alla trasformazione del
valore sperimentale della resistenza a compressione di ogni singola carota in
quello potenziale escludendo in questa prima fase di quantificare l’effetto
derivante da una incompleta compattazione:
dove:
· SECONDO STADIO Calcolati
i singoli valori della resistenza cubica equivalente derivanti da quelli sperimentali
ottenuti sulle carote estratte dalla struttura si procederà a calcolare:
Noti
i valori di Rcm-potenziale-lotto,
di Rcmin-potenziale-lotto,
del tipo di controllo di accettazione (A o B (5)) fissato dal capitolato
e della resistenza caratteristica a compressione di progetto (Rckprogetto)
pattuita contrattualmente tra fornitore e impresa si potrà verificare se sono
soddisfatte o meno le disequazioni previste dalle Norme Tecniche per le
Costruzioni. A chiarimento del metodo proposto si riporta nel paragrafo che
segue un esempio pratico. Esempio di calcolo della resistenza cubica in equivalente
ai fini dell’accertamento delle responsabilità del produttore
Si
supponga di aver effettuato una campagna consistita in 15 carotaggi (diametro
100 mm) da una pavimentazione in calcestruzzo, di spessore pari a 20 cm
armata con una rete elettrosaldata poggiata sulla massicciata, realizzata
durante il periodo invernale da 60 giorni circa. Durante questo periodo la
temperatura media ponderale esistente in cantiere è stata di 15°C. Le carote
sono state sottoposte dapprima ad un taglio meccanico per la rimozione di
circa 5 cm di calcestruzzo da entrambi i lati e, successivamente, a rettifica
e spianatura fino ad ottenere un’altezza di 100 mm. I risultati sperimentali
di resistenza meccanica a compressione e massa volumica ottenuti per le
singole carote sono riportati in Tabella 9. A completamento delle
informazioni disponibili dai documenti di trasporto emerge che al momento
dell’esecuzione del getto l’impresa ha richiesto un’aggiunta di acqua in
betoniera di 15 kg/m3. Durante l’esecuzione dei lavori, inoltre,
sono stati omessi gli obbligatori prelievi per il confezionamento dei cubetti
destinati al “controllo di accettazione” di tipo A per verificare se il
calcestruzzo fornito fosse o meno conforme al valore caratteristico di
progetto (Rckprogetto) e pattuito contrattualmente tra impresa e
fornitore pari a 35 N/mm2. Dal dossier fornito dal produttore,
infine, emerge che il calcestruzzo è stato confezionato con cemento CEM
II/A-LL 42.5R e che il valore caratteristico della massa volumica
caratteristica del calcestruzzo compattato a rifiuto desunto dai dati di
produzione (mvkcub-produzione) è pari a 2.303 Kg/m3.
Stabilire in base ai valori di resistenza a compressione ottenuti sulle
carote se esistono responsabilità da parte del produttore del conglomerato,
cioè se il calcestruzzo fornito possedeva resistenza caratteristica inferiore
a quella pattuita contrattualmente. Verifichiamo
dapprima se la struttura è collaudabile o meno utilizzando la formula
precedentemente menzionata:
snellezza: h/d=1 , Fh/d vale 1.0 (Tabella 2); ferri assenti: FFe =1.0 (equazione [1]); tormento: considerato sulla media dei valori FTor
= 1.10 (Tabella 3); direzione carotaggio parallela a
quella di getto: FDir
= 1.00 (Tabella 4); età della carota 60 giorni e cemento
di classe 42.5R: Ft = 1.00; temperatura di maturazione in
cantiere 15°C e 60 giorni: FT =
1.00. Quindi,
si può procedere al calcolo di Rc-opera:
I
valori ottenuti per Rc-opera
sono riportati in Tabella 9. Si
può procedere, quindi, al calcolo dello scarto quadratico medio dei valori di
Rc-opera il quale risulta pari a 2.2 N/mm2 e
successivamente alla stima della resistenza caratteristica cubica in opera Rck-opera
in accordo con la EN 13791: Rck-opera
= 25.7 – 1.48 · 2.2= 22.4N/mm2 Rck-opera
= 22.88 + 4 = 26.9 N/mm2 Pertanto,
il valore caratteristico della resistenza cubica in opera vale 22.4 N/mm2. Questo
valore caratteristico non soddisfa il criterio di collaudabilità stabilito dalla
EN 13791, in quanto: Rck-opera
= 22.4 N/mm2 < 29.75 N/mm2 = 0.85 * 35 = 0.85 * Rck-progetto Ne
consegue che la struttura non è
collaudabile in accordo alla EN 13791. In
accordo alle Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14.01.2008): Rcm-opera
= 25.7 N/mm2 < 37.9 N/mm2 = 0.85 × 44.6 = 0.85 · (35 + 9,6) = 0.85 · Rcm-progetto Quindi,
la struttura non è collaudabile in
accordo al D.M. 14.01.2008. Si
pone, pertanto, il problema di stabilire se la non collaudabilità della
struttura sia da attribuire o meno al fornitore del calcestruzzo. La prima
operazione da fare è quella di calcolare la resistenza cubica potenziale di
ogni singola carota (Rcpotenziale-i), senza tener conto
dell’influenza sui dati di resistenza a compressione dell’eventuale inaccuratezza
nella compattazione dei getti, utilizzando l’equazione [13]:
snellezza: h/d=1 , Fh/d vale 1.0 (Tabella 2); ferri assenti: FFe =1.0 (equazione [1]); tormento: considerato sulla media dei valori FTor
= 1.10 (Tabella 3); direzione carotaggio parallela a
quella di getto: FDir
= 1.00 (Tabella 4); età della carota 60 giorni e cemento
di classe 42.5R: Ft = 0.94 (Equazione [2]); temperatura di maturazione in cantiere
15°C e 60 giorni: FT =
0.95 (Tabella 5); aggiunta di acqua in betoniera
richiesta dall’impresa 15 kg/m3: FH2O =
1.12 (Equazione [10]) Si può procedere quindi al calcolo di:
Come
si può notare, nel caso in esame la resistenza cubica potenziale (al netto
dell’effetto dovuto alla compattazione) è sostanzialmente coincidente con il valore
della resistenza cubica in opera in quanto l’incremento di resistenza da
apportare per tener conto delle riaggiunte di acqua richieste dall’impresa è
compensato dal fatto che le prove di schiacciamento avvengono su carote
maturate a temperature più basse di 20°C e con un età (60 giorni) maggiore
della stagionatura (28 giorni) alla quale sarebbe dovuti essere sottoposti a
prova i cubetti. I valori ottenuti per Rcpotenziale-i sono
riportati in Tabella 9. In
base alle masse volumiche misurate per i singoli carotaggi si determina il
valore caratteristico di questa grandezza relativo all’intero lotto
sottoposto a prova (mvkcarote-lotto)
pari nel caso in esame a 2263 kg/m3. A questo punto si può
calcolare il coefficiente correttivo che tiene conto delle modalità di
compattazione riferito all’intero lotto di carote sottoposte ad indagine
tenendo conto della massa volumica del calcestruzzo compattato a rifiuto
(2.303 kg/m3) desunta dai dati di produzione.
Si può, a questo
punto, calcolare il valore medio e quello minimo della resistenza cubica
equivalente dell’intero lotto e che tengono conto anche dell’influenza della
compattazione: Rcm-potenziale-lotto
= 25,68 · 1,18 = 30.32 N/mm2 Rcmin-potenziale-lotto
= 22,88 · 1,18 = 27 N/mm2
Tabella 9 – Valori sperimentali della resistenza a compressione misurata
sulle carote, resistenza a compressione potenziale Rcpotenziale-i
e massa volumica dei singoli carotaggi Per
l’opera era stato previsto un controllo di accettazione di tipo A e la resistenza
caratteristica a compressione di progetto (oltre che pattuita
contrattualmente) era di 35 N/mm2. Ai fini dell’accertamento delle
responsabilità del fornitore è necessario verificare le seguenti
disuguaglianze: Rcmpotenziale-lotto
= 30,32 N/mm2 < 35 + 3,5
N/mm2 Rcminpotenziale-lotto = 27,0 N/mm2
< 35 – 3,5 N/mm2 Entrambe
le disuguaglianze non sono verificate. Pertanto, si può concludere che il calcestruzzo fornito possedeva
resistenza caratteristica a compressione, qualora la stessa fosse stata
determinata sui cubetti confezionati e stagionati in accordo alle norme di
legge sui controlli di accettazione, non conforme a quella prevista in
progetto e contrattualmente pattuita. La resistenza caratteristica del
calcestruzzo fornito, infatti, si attesta a circa 27 N/mm2
inferiore, quindi, al valore (35 N/mm2) di progetto. Tenendo
presente che il valore caratteristico della resistenza cubica in opera è pari
a 22.4 N/mm2 e risulta inferiore dell’85% del valore caratteristico
della resistenza cubica potenziale (23 = 0.85 × 27) si può anche concludere che la non
collaudabilità della struttura ricade sotto la responsabilità sia del fornitore di conglomerato che dell’impresa
esecutrice. NOTE
Bibliografia
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