Esecuzione delle strutture in calcestruzzo

Marco Francini

Produzione di calcestruzzo

ed esecuzione delle strutture

88° CONVEGNO ATE

Politecnico di Milano

29 ottobre 2013



il successo passa da una collaborazione

a doppio verso

marco francini

88° Convegno ATE

Politecnico di Milano - 29 ottobre 2013

Marco Francini



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29 ottobre 2013

Premessa

Da buon tecnologo del calcestruzzo mi occuperò soltanto

degli aspetti dell‟esecuzione delle strutture

che sono influenzati dal variare delle proprietà del calcestruzzo

a parità di classi prestazionali.

Non approfondirò, per brevità ma soprattutto per incompetenza,

gli aspetti esecutivi invarianti rispetto alle proprietà del materiale.

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29 ottobre 2013

Premessa

In quest‟ottica, non tutti i punti della UNI EN 12670 sono qui ugualmente pregnanti.

Possiamo suddividere i rischi esecutivi, e le relative contromisure, in due categorie:

• Rischi/contromisure di carattere generale,

validi per la maggior parte dei calcestruzzi

• Rischi/contromisure specifici,

direttamente connessi con le proprietà del calcestruzzo

Ovviamente qui ci concentreremo qui maggiormente sui secondi

Marco Francini



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Indicazioni di validità generale

Alcune indicazioni per la prescrizione del calcestruzzo hanno validità

generale (e sono quasi scontate per chi ha dedicato qualche ora

a leggere le norme vigenti, e in particolare la UNI EN 13670):

Scelta delle classi

prestazionali

adeguate all‟utilizzo

• classe di consistenza (adeguata a cassero, ferri e tipo getto)

• diametro massimo aggregato (adeguato a interferro e copriferro)

• classe di esposizione ambientale (anche in fase di costruzione !)

Accorgimenti per assicurare

la costipazione adeguata

• strumenti di vibrazione ben dimensionati ed efficienti

• operatori esperti e in numero sufficiente

• durata e distribuzione uniforme della vibrazione

Accorgimenti per assicurare

la maturazione adeguata

• protezione da evaporazione

• protezione da temperature esterne estreme

• protezione da pioggia diretta sul calcestruzzo fresco

Accorgimenti per evitare

la manomissione del prodotto

• divieto esplicito di aggiunte d‟acqua non previste

• controllo consistenza a campione durante tutto lo scarico

• verifica prestazioni a campione anche a fine scarico

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Indicazioni di validità generale – classi prestazionali adeguate

DIAMETRO MASSIMO NOMINALE

NO SI

CLASSE DI ESPOSIZIONE AMBIENTALE

CLASSE DI CONSISTENZA

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Indicazioni di validità generale – costipazione adeguata

Classe di

consistenza

Tempo di

immersione

locale dell‟ago

S1 ~ 40 secondi

S2 ~ 30 secondi

S3 ~ 20 secondi

S4 ~ 15 secondi

S5 ~ 10 secondi

SCC no vibrazione

Rck

Resistenza

cubetto

Resistenza

struttura

S4 (gc=0,96)

Resistenza

struttura

SCC (gc=0,99)

ΔR

30 33,5 27,0 31,5 4,5

35 38,5 31,0 36,5 5,5

40 43,5 35,0 41,5 6,5

45 48,5 39,5 46,5 7,0

Classe di

consistenza

Grado di

compattazione

S2 0,90 – 0,93

S3 0,93 - 0,95

S4 0,95 - 0,97

S5 0,97 - 0,98

SF1 0,98 - 0,99

SF2-SF3 0,99 - 1,00

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Indicazioni di validità generale – maturazione adeguata

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Indicazioni di validità generale – controllo casseforme !

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Indicazioni di validità generale – no manomissioni

Esemplificazione realistica, per una situazione italiana media,

dell‟impatto sulle prestazioni delle aggiunte d‟acqua non previste

classe di

consistenza

iniziale

acqua

aggiunta

per metro cubo

S2 20 litri

S2 35 litri

S2 50 litri

S3 15 litri

S3 25 litri

S4 12 litri

classe di

consistenza

finale

S3

S4

S5*

S4

S5*

S5*

classe di

resistenza

finale

< C 25/30

< C 20/25

~ C 15/20

~ C 25/30

~ C20/25

~ C25/30

classe di

resistenza

iniziale

C28/35

C28/35

C28/35

C28/35

C28/35

C28/35

* consistenza S5 raggiunta spesso con segregazione e bleeding

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Le mille proprietà del calcestruzzo

Lasciamo ora da parte le prestazioni-base del calcestruzzo

(che tra l‟altro è sempre obbligatorio definire e controllare)

e passiamo a considerare le molte proprietà „aggiuntive‟

(la cui esplicitazione è facoltativa e spesso mancano del tutto nei requisiti).

Per esempio:

proprietà del calcestruzzo fresco che influenzano la riuscita del getto

proprietà del calcestruzzo fresco che influenzano la finitura superficiale

proprietà del calcestruzzo giovane che influenzano la cronologia prestazionale

proprietà del calcestruzzo indurito che influenzano alcuni calcoli strutturali

proprietà del calcestruzzo giovane che influenzano il quadro fessurativo

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Se analizziamo le proprietà „aggiuntive‟ del calcestruzzi

utilizzati nei nostri cantieri, troveremo che:

verrà quindi al pettine un nodo cruciale:

sono spesso le più importanti per la riuscita dell‟esecuzione

sono purtroppo misconosciute (pochi in Italia le considerano “requisiti”)

spesso si hanno aspettative, anche senza aver definito alcuna richiesta

quando si parla di proprietà „aggiuntive‟ del calcestruzzo

gli addetti ai lavori non hanno quasi mai chiaro il confine

tra qualità attesa (implicita) e requisito esplicitamente definito

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Classici esempi di insuccessi per mancanza di proprietà “implicite”

Si tratta sempre di anomalie ben visibili e inequivocabili,

doverosamente contestabili anche senza test accurati…

calcestruzzo fresco

calcestruzzo indurito

• segregazione visibile nonostante getto semplice e accurato

• disomogeneità visibile e sbalzi di colore durante il getto

• perdita di lavorabilità immediata all‟arrivo in cantiere

• tempi di presa o indurimento assolutamente anomali per la stagione

• ritiro precoce ben evidente anche senza evaporazione

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Classici esempi di proprietà a torto attese anche se non richieste

In assenza di requisiti chiaramente espressi,

molte proprietà desiderate restano tali e non possiamo reclamarle

calcestruzzo fresco

calcestruzzo indurito

• resistenza alla segregazione in ogni condizione

• ottima finitura faccia a vista

• mantenimento di lavorabilità per getti lenti

• reologia/viscosità adatta al tipo di lavorazione superficiale

• tempi di presa o indurimento in linea con i programmi del cantiere

• mancanza di fessure anche in presenza di evaporazione

• parametri meccanici in linea con quelli da calcolo teorico

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Per troppo tempo abbiamo progettato e costruito pensando che,

una volta definita la resistenza -e magari anche la consistenza-

avremmo ottenuto sempre e ovunque calcestruzzi „normali‟

quindi „simili‟ anche nelle proprietà aggiuntive.

Questo non era garantito ieri, e oggi non dobbiamo aspettarcelo affatto.

Esempio indicativo ma realistico delle variabili proprietà aggiuntive per calcestruzzi di uguali prestazioni base

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Oggi l‟uso di componenti molto più diversificati:

• additivi estremamente specializzati

• filler e aggiunte di varia origine e prestazione

• cementi di miscela

consente di ottenere calcestruzzi sempre più performanti e durabili

ma rende meno fondata l‟aspettativa di proprietà non richieste.

Anche alcune esigenze recenti (sostenibilità, impatto ambientale)

possono fortemente indirizzare le scelte di mix design,

magari imponendo componenti di riciclo o la riduzione del clinker,

e rendono ancora più vago il concetto di calcestruzzo “normale”.

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Ancora meno efficace è poi il tentativo di soddisfare i nostri desiderata

relativi alle proprietà „aggiuntive‟ del calcestruzzo

attraverso richieste di tipo composizionale.

Esempio indicativo ma realistico

della variabile composizione di calcestruzzi

caratterizzati da uguali prestazioni-base

Esempio indicativo ma realistico

delle variabili prestazioni-base di calcestruzzi

caratterizzati da uguali dosaggi di componenti, tutti

nominalmente equivalenti, ma diversi per origine

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In un‟opera da realizzare secondo lo spirito della UNI EN 13670

e pensata per assicurare una vita utile adeguatamente lunga,

il progettista e il responsabile esecutivo dovrebbero preoccuparsi

di individuare le proprietà „aggiuntive‟ necessarie per il successo.

E non si tratta di proprietà di difficile definizione o di improbabile verifica:

parliamo invece di parametri sperimentali normati e misurabili

da specificare come requisiti nel progetto o nell‟ordine di fornitura

I requisiti più difficilmente verificabili sono invece quelli composizionali:

risultano nient‟affatto significativi in un sistema prescrittivo prestazionale

come quello europeo, e dovrebbero essere considerati come meri

vincoli convenzionali di garanzia

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Lo sviluppo tecnologico, normativo e sperimentale degli ultimi decenni ha fornito

agli addetti ai lavori una grossa quantità di parametri tecnici misurabili che

vanno ad aggiungersi ai requisiti prestazionali base. Alcuni esempi:

Reologia

del calcestruzzo

fresco

scorrevolezza per gravità UNI EN 12350-5

protezione da

evaporazione

test di slump flow

viscosità a pari fluidità UNI EN 12350-8/9 test di V-funnell – tempo flow

capacità di riempimento UNI EN 12350-10/12 test con scatole a L e U – anello a J

coesione in getto verticale UNI EN 12350-11 test di segregazione

mantenimento della lavorabilità UNI EN 12350-2 slump test a tempi successivi

risalita d‟acqua verso l‟alto UNI 7122 test di essudazione

Proprietà

del calcestruzzo

indurito impermeabilità UNI EN 12390-8 test di penetrazione acqua in press.

resistenza trazione/flessione UNI EN 12390-5/6 test di flessione e trazione indiretta

variazioni dimensionali UNI 11307 e 8148 test di ritiro / espansione contrastata

proprietà elastiche UNI 6566 test del modulo secante

“Cronologia

prestazionale” classe resistenza posticipata UNI EN 12390-3 test di resistenza a tempi lunghi

sviluppo di temperatura UNI in progetto curva di ΔT adiabatico nel tempo

classe resistenza anticipata UNI EN 12390-3 test di resistenza a tempi brevi

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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia

Reologia: a pari slump non tutti i calcestruzzi sono uguali…

Marco Francini



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Esempio reologia con filmato

flows.wmv

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Successi e fallimenti legati alla reologia

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Foto G.Giunti

Foto G.Giunti

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Per quanto riguarda la reologia, il calcestruzzo che può darci “certezze”

è l‟autocompattante, per il quale possiamo definire molti requisiti:

• fluidità, scorrevolezza (slump flow)

• capacità di filling/passing (J-ring, L-box, U-box)

• viscosità, coesione (tempo di flow, V-funnell, segregazione)

e per il quale non esiste la necessità di definire/controllare la costipazione

I calcestruzzi tradizionali, senza requisiti aggiuntivi,

non risolvono da soli i problemi di getto,

ma si dà sempre per scontata una costipazione accurata e adattabile

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Se definiamo -e controlliamo a campione- i requisiti reologici di un calcestruzzo

(come una classe di Slump flow e di V-funnell, o una segregazione massima)

indirettamente otteniamo dal fornitore studi e controlli notevoli

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Dietro la reologia richiesta c‟è un know how complesso

PSD laser

curve di adsorbimento

viscosimetria

curve di fluidificazione

elettrochimica

microscopia

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Una reologia controllata e garantita è particolarmente utile

anche in tutti gli interventi strutturali sull‟esistente:

• per riempire casseforme „scomode‟, di forma irregolare,

con dimensioni minute o con spazi esigui tra le armature

• per riempire cavità nascoste o del tutto irregolari;

• per getti orizzontali di basso spessore e ampie superfici

• per getti con superficie libera non orizzontale

(dove non abbiamo la gravità come “mano d'opera”)

• per colare o iniettare malte e boiacche

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Proprietà particolari e casi specifici: esempi

Per meglio spiegare la valenza per il progettista o la DL,

racconterò una serie di esempi reali in cui la definizione delle

“proprietà aggiuntive” ha rivestito importanza capitale

Case History A

Case History B

Case History C

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Come ottenere le proprietà necessarie

Dunque, per definire le proprietà del calcestruzzo

utili al successo della nostra realizzazione:

• Basta riferirsi alle norme, non è necessario essere tecnologi del calcestruzzo

• Non possiamo fare „assemblaggi‟ di requisiti a piacere

ma discuterne la fattibilità col tecnologo del calcestruzzo

• Non possiamo pensare che definendo il requisito per una proprietà

otterremo indirettamente anche le altre

• Non possiamo pensare che richiedendo e fissando una composizione

otterremo indirettamente le proprietà

Marco Francini



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L‟approccio alla richiesta -e al controllo- deve essere differenziato:

• Costruzioni comuni: fissare come requisiti le proprietà sicuramente fattibili

e facilmente verificabili, e organizzarsi per controllarle spesso in opera

• Costruzioni complesse: collaborare in fase pre-esecutiva col produttore

per definire le proprietà necessarie e fattibili, e trasformarle in requisiti

Pensare a modifiche progettuali in funzione delle proprietà proposte

Marco Francini



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E poi una regola sempre valida, in modo particolare per i calcestruzzi innovativi:

Non effettuare una «qualifica» del calcestruzzo

per richiedere la composizione e poi „blindarla‟:

la variabilità fisiologica nel tempo non perdona,

specialmente per le proprietà „aggiuntive‟!

- PER FISSARE PRESTAZIONI E PROPRIETA’ SERVONO RICETTE VARIABILI NEL TEMPO

- CON RICETTE FISSE SI OTTENGONO NEL TEMPO PRESTAZIONI VARIABILI

Marco Francini



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La 13670 ha ben chiaro che il successo passa da requisiti chiari

E questo è un esempio

di requisito chiaro ed efficace

C35/45

20 mm

XA2

SF2

assente

60 minuti

300 µstrain

< 10 secondi

C15/20

Classe di resistenza a compressione

Dimensione massima dell‟aggregato

Classe di esposizione ambientale

Classe di consistenza

Test di essudazione al getto

Mantenimento classe consistenza da inizio getto

Ritiro igrometrico da 3 a 60 giorni in condizioni standard

Viscosità moderata (tempo V-funnell)

Classe di resistenza a compressione dopo 72 ore

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