Il nuovo calcestruzzo – La resistenza meccanica
9.3 RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE DEL CALCESTRUZZO
Secondo l’equazione di Powers [8.4], la resistenza meccanica a compressione di una pasta di cemento dipende, a parità di temperatura, da a/c e da ? (Fig. 9.1). Tuttavia, da un punto di vista pratico interessa di più la resistenza meccanica del calcestruzzo che è il vero materiale da costruzione. Inoltre, è dif?cile determinare il valore di ? in un sistema più complesso come il calcestruzzo.Pertanto i gra? ci delle Figure 9.2-9.7, che sono riferiti alla Rc del calcestruzzo, vengono espressi in funzione di a/c, del tempo di stagionatura (solitamente 1-3-7-28 giorni) e della classe di resistenza del cemento. Val la pena di ricordare (§ 8.2) che il tempo di stagionatura e la classe di resistenza del cemento in?uenzano, entrambi, il grado di idratazione ?. Nelle Figure 9.2-9.7 vengono mostrate le resistenze meccaniche a compressione (Rc ) per i calcestruzzi confezionati con cementi di classe da 32.5N a 52.5R, misurate alle varie stagionature (da 1 a 28 giorni) alla temperatura di 20°C.
Fig. 9.1 – In?uenza del rapporto a/c sulla resistenza meccanica a compressione (Rc) della pasta di cemento secondo PowersLe correlazioni Rc – a/c delle Figure 9.2-9.7 si riferiscono, come avviene in pratica per la misura di resistenza sui provini di calcestruzzo, a conglomerati sottoposti a compattazione a ri?uto, cioè con il massimo grado di compattazione possibile, cioè con gc=1 (§ 6.5). Infatti, in assenza di questa precisa prescrizione, il risultato potrebbe essere in?uenzato, in modo signi?cativo ma aleatorio, dal grado di compattazione, cioè dalla presenza di macrovuoti (§ 8.1) residui nel calcestruzzo per difetto di costipazione (aria intrappolata). In altre parole, due operatori che costipassero in modo diverso il calcestruzzo fresco otterrebbero risultati diversi nella resistenza meccanica e più bassi dove è minore il grado di compattazione, cioè dove è maggiore il volume di aria intrappolata. Rimane il fatto, ovviamente, che la resistenza meccanica del calcestruzzo in opera potrà risultare tanto inferiore a quella del provino quanto minore è il grado di compattazione del calcestruzzo in opera rispetto a quella del calcestruzzo nel provino. Per ridurre questa differenza occorre impiegare calcestruzzi di maggior classe di consistenza cioè più lavorabili grazie all’impiego di additivi super?uidi?canti (§ 13.12.1) e quindi meno dipendenti dalla cura adottata nel compattare il calcestruzzo (§ 6.5).
Fig. 9.2 – Resistenza a compressione in funzione del rapporto a/c a diverse stagionature per i cementi di classe 32.5NFig. 9.3 – Resistenza a compressione in funzione del rapporto a/c a diverse stagionature per i cementi di classe 32.5R
Fig. 9.4 – Resistenza a compressione in funzione del rapporto a/c a diverse stagionature per i cementi di classe 42.5NFig. 9.5 – Resistenza a compressione in funzione del rapporto a/c a diverse stagionature per i cementi di classe 42.5R 
Fig. 9.6 – Resistenza a compressione in funzione del rapporto a/c a diverse stagionature per i cementi di classe 52.5NFig. 9.7 – Resistenza a compressione in funzione del rapporto a/c a diverse stagionature per i cementi di classe 52.5RAnche l’aria inglobata, pari a 4-6% in volume del calcestruzzo, cioè quella in forma di microbolle (Fig. 8.3) generate da un additivo aerante intenzionalmente aggiunto per produrre calcestruzzi resistenti al ghiaccio (§ 13.4), può provocare una diminuzione di resistenza meccanica che può essere prevista assumendo un calo di Rc di circa il 20% nel calcestruzzo con additivo aerante rispetto a quello privo di additivo aerante (Fig. 9.8): a parità di Rc richiesta (per es. 43,5 MPa) il rapporto a/c, che per un calcestruzzo senza aerante potrebbe essere 0,55, viene ridotto a 0,48 (Fig. 9.8) per compensare la caduta di resistenza provocata dalle microbolle di aria. In altre parole, non esiste alcun problema pratico nel prescrivere e produrre un calcestruzzo con una determinata Rc e resistente ai cicli di gelo-disgelo (e quindi con microbolle d’aria) purché si riduca adeguatamente il rapporto a/c come mostrato in Fig. 9.8.
9.4 RESISTENZA CARATTERISTICA (Rck)
Nelle Norme Tecniche per le Costruzioni emanate con il DM del 14 Gennaio 2008 (Appendice IV), è esplicitamente evidenziato che il Direttore dei Lavori deve procedere al prelievo dei campioni necessari per le prove di accettazione da eseguire in un laboratorio autorizzato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti. Il prelievo dei provini deve essere eseguito dal Direttore dei Lavori o da un tecnico di sua ?ducia.
Fig. 9.8 – Resistenza a compressione a 28 giorni per calcestruzzi confezionati con CEM 42.5R in assenza ed in presenza di additivo aeranteLe prove di accettazione consistono nella misura della resistenza caratteristica Rck . Infatti, in ottemperanza alla legge N° 1086 del 1971 sui calcestruzzi armati (c.a.) e precompressi (c.a.p.), fu introdotto in Italia il concetto di resistenza caratteristica (Rck) in luogo di una generica resistenza a compressione mediata dai valori dei singoli prelievi tutti riferiti a 28 giorni*:Rcm28 = ? Rci28/ndove Rci28 è il valore di resistenza meccanica a compressione, a 28 giorni ottenuta nel prelievo iesimo (media di due provini) maturato in condizioni standard (a 20°C con UR ? 95%), ed Rcm28 è il valore medio a 28 giorni. Il valore di Rcm28 è riportato nei gra? ci delle Figure 9.2 – 9.7 sulle curve “28 giorni”.*. Se si impiegano provini cilindrici i simboli adottati diventano fcm28 ed fck in luogo di Rcm28 ed Rck.Con l’avvento della legge N° 1086, occorre far riferimento non più alla Rcm28 ma ad una resistenza caratteristica (Rck), più bassa, ottenuta penalizzando di un certo valore (K?s) il valore di Rcm28 :Rck = Rcm28 * K * sdove K è un valore ?ssato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (Appendice IV) e vale 1,4 ed s è lo scarto quadratico medio così calcolato:s = ? [ ? (Rcm28 – Rci28)² / (n-1)]La differenza (Rcm28 – Rci28) rappresenta lo scarto tra valor medio e valore individuale nel prelievo iesimo. In una produzione di calcestruzzo dove tutti i prelievi fossero tra loro coincidenti (e quindi anche eguali al valor medio) il valore di s nell’equazione [9.4] si annullerebbe ed il valore di Rck calcolato con la [9.3] coinciderebbe con Rcm28: in altre parole non ci sarebbe alcuna penalizzazione; in realtà s assume valori di circa 2-3 MPa in laboratorio (dove pure è possibile lavorare con buona riproducibilità di risultati da un impasto all’altro), di circa 3-4 MPa in una centrale di betonaggio che esercita un buon controllo di qualità soprattutto sull’umidità degli inerti (§ 4.4), e di circa 5-7 MPa in una centrale da media a mediocre nel controllo della qualità.Appare evidente che quanto migliore è il controllo in fase produttiva, tanto minore è lo scarto quadratico medio s dell’equazione [9.4] e tanto minore è la penalizzazione K?s nell’equazione [9.3] che occorre adottare per il calcolo della Rck. In pratica, un produttore di calcestruzzo, ?ssata una certa Rck in base al progetto strutturale dell’opera, e noto il valore di s della speci?ca centrale dibetonaggio dove il calcestruzzo verrà prodotto, si pone come obiettivo il raggiungimento di una Rcm28 in grado di soddisfare la disequazione [9.5]:Rcm28 > Rck + (K*s)In altre parole se il valore di s su un impianto produttivo è di 5 MPa, a fronte di una richiesta del progettista di Rck = 25 MPa occorre garantire almeno una Rcm28 di 25 + 1,4 · 5 = 32 MPa. Ovviamente valori maggiori di 32 MPa per Rcm28 soddisfano ancor meglio la disequazione [9.5].A maggior garanzia della sicurezza dell’opera è richiesto anche che il minimo valore di resistenza meccanica (Rcmin28) tra tutti i singoli prelievi (Rci28) debba soddisfare la disequazione [9.6]:Rcmin28 > Rck – 3,5 MPaCiò significa che per un dato valore di Rck (per es. 25 MPa) nessun prelievo dovrà risultare minore di 21,5 MPa in base alla disequazione [9.6]. Se ciò dovesse avvenire (per es. Rcmin28 = 16,5 MPa) la Rck dovrà essere declassata da 25 MPa a 20 MPa per soddisfare oltre alla disequazione [9.5] anche la disequazione [9.6]. Ciò comporterà ovviamente che, a fronte di una Rck più bassa (20 contro 25 MPa) il progettista si esprima sulla opportunità o meno di provvedere a lavori supplementari sull’opera per compensare la riduzione di Rck o addirittura di abbattere la struttura in caso di gravi deficienze strutturali per la minor classe di resistenza del calcestruzzo. In ogni caso, l’impresa potrà avvalersi di uno sconto sulla fornitura del calcestruzzo preconfezionato a seguito del declassamento del materiale, oltre ad attribuire al fornitore le eventuali spese di consolidamento o di rifacimento della struttura.La disequazione [9.5] prevede due applicazioni che vanno sotto il nome di controllo di tipo A e controllo di tipo B. Secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni del DM del 14 Gennaio 2008 il controllo di tipo A può essere adottato solo per opere con un volume di calcestruzzo omogeneo non superiore a 1500 m3. Se il controllo è di tipo A, indipendentemente dal valore dello scarto quadratico medio (s), si assume che il valore di K • s sia eguale a 3,5 MPa e la [9.5] diventa:Rc28 > Rck + 3,5 MPaIl controllo di tipo A può essere applicato solo se il volume di calcestruzzo omogeneo di un’opera non superi 1500 m3 di calcestruzzo e, per il controllo della Rck , si richiede almeno un prelievo ogni 100 m3 di calcestruzzo e/o per giorno di getto. Vale inoltre la disequazione [9.6] per quanto attiene il valore minimo di resistenza (Rcmin28).Il controllo statistico di tipo B può essere applicato indipendentemente dal volume di calcestruzzo ma diventa obbligatorio se il volume supera 1500 m3. Anche per questo tipo di controllo il valore minimo della resistenza non deve essere inferiore al valore caratteristico per più di 3,5 MPa secondo la disequazione [9.6].Nell’Appendice III è mostrato a titolo di esempio come si calcola Rck secondo il tipo di controllo A oppure B.Nel DM del 14/01/2008 (Appendice IV) sono previste classi di resistenze Cfck/Rck variabili da C8/10 fino a C90/105 (Tabella 9.1) dove fck è la resistenza caratteristica misurata su provini cilindrici (rapporto altezza/diametro = 2) ed Rck è determinata su provini cubici. Nella Tabella 9.2 sono mostrati i valori della classe di resistenza Cfck/Rck minima in funzione della destinazione.Per strutture progettate con classi di resistenza superiori a C45/55, la resistenza caratteristica e tutte le grandezze meccaniche e fisiche che hanno influenza sulla resistenza e durabilità del conglomerato devono essere accertate prima dell’inizio dei lavori tramite un’apposita sperimentazione preventiva e la produzione deve seguire specifiche procedure per il controllo di qualità.Per strutture in calcestruzzo armato o precompresso con classe di resistenza superiore a C(70/85) occorre l’autorizzazione del Servizio Tecnico Centrale su parere del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (Tabella IV/2 nell’Appendice IV, Paragrafo E). Secondo il DM del 14 Gennaio del 2008 nelle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) sono previsti tre tipi di Rck che verranno esaminati in dettaglio nel paragrafo G2 dell’Appendice IV:• la resistenza caratteristica “progettuale” (Rck prog) indica quella indicata nel progetto;• la resistenza caratteristica “potenziale” (Rck pot) indica la resistenza caratteristica determinata sui provini cubici prelevati in corso d’opera per il controllo di accettazione della fornitura del calcestruzzo e sottoposti a completa compattazione con gc = 1 (§ 6.5) e stagionati a umido per 28 giorni (§ 15.3);• la resistenza caratteristica “strutturale” (Rck strutt ) indica la resistenza caratteristica (cubica*) del calcestruzzo dentro la struttura messa in opera determinata dal DL o dal Collaudatore per schiacciamento delle carote o mediante prove non distruttive (Capitolo XXVI).Secondo il § 11.2.5 delle NTC perché il calcestruzzo fornito sia accettabile occorre che la sua resistenza caratteristica sia almeno eguale a quella prescritto dal Progettista e sia quindi rispettata la seguente condizione:Rck pot ? Rck prog [9.8]Inoltre, poiché il calcestruzzo messo in opera non può essere completamente compattato e accuratamente stagionato come i provini destinati alla determinazione della Rck pot si ammette che la Rck strutt sia inferiore a quella prescritta nel progetto (Rck prog). Tuttavia non è tollerato che la Rck strutt sia inferiore dell’85% della Rck prog :Rck strutt ? 0,85 • Rck prog [9.9]Per fare solo un esempio, se la resistenza caratteristica prescritta nel progetto (Rck prog) è 30 MPa, secondo la [9.9] deve essere garantita una resistenza caratteristica cubica delle carote estratte dalla struttura di almeno 0,85 • 30 = 25,5 MPa. Questa condizione, determinata dalle NTC del 2008 comporta che l’Impresa non ri-aggiunga acqua al calcestruzzo giunto sul cantiere (§ 5.4), checompatti il calcestruzzo fresco con un grado di compattazione (gc) che non sia inferiore a 0,97 (§ 6.5), e che protegga la superficie della struttura scasserata per evitare un arresto del processo di idratazione dovuto all’evaporazione dell’acqua (§ 15.3). Per l’Impresa si tratta in sostanza di rispettare le regole del ben costruire, non genericamente definite “a regola d’arte”, ma quantificate matematicamente con l’equazione [9.9] controllate in corso d’opera dal Direttore dei Lavori e verificate al termine della costruzione dal Collaudatore. Per approfondire questo argomento si legga l’Appendice IV.9.5 RESISTENZA MECCANICA A FLESSIONE ED A TRAZIONELa resistenza meccanica a flessione ed a trazione dipendono, oltre che dal rapporto a/c e dal grado di idratazione ? (quindi dal tempo e dalla classe di resistenza del cemento), anche dal tipo di inerte che gioca invece un ruolo meno importante nella resistenza a compressione. Nella Fig. 9.9 è mostrato, esemplificativamente per un cemento CEM 42.5R ed al tempo di 28 giorni, la dipendenza di Rf (valore medio) in funzione di a/c per calcestruzzi confezionati con inerte alluvionale (tondeggiante e liscio) o con inerte di frantumazione, irregolare e ruvido (§ 4.1).Come si può notare, la Fig. 9.9 mostra due distinte curve di correlazione Rf – a/c a seconda dell’inerte impiegato, mentre nella Fig. 9.10 è mostrata un’unica curva di correlazione tra Rcm28 ed a/c indipendentemente dall’inerte impiegato. Si può osservare che, a parità di a/c, il calcestruzzo presenta una maggiore Rf se l’inerte è di forma irregolare e di tessitura ruvida (cioè frantumato).
