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Marco Francini
Produzione di calcestruzzo
ed esecuzione delle strutture
88° CONVEGNO ATE
Politecnico di Milano
29 ottobre 2013
Produzione di calcestruzzo
ed esecuzione delle strutture
il successo passa da una collaborazione
a doppio verso
marco francini
88° Convegno ATE
Politecnico di Milano - 29 ottobre 2013
Marco Francini
Produzione di calcestruzzo
ed esecuzione delle strutture
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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.
Marco Francini
Produzione di calcestruzzo
ed esecuzione delle strutture
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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
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Produzione di calcestruzzo
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29 ottobre 2013
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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ed esecuzione delle strutture
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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 – 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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Le mille proprietà del calcestruzzo
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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Le mille proprietà del calcestruzzo
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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Le mille proprietà del calcestruzzo
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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Le mille proprietà del calcestruzzo
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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Le mille proprietà del calcestruzzo
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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Le mille proprietà del calcestruzzo
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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Le mille proprietà del calcestruzzo
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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Le mille proprietà del calcestruzzo
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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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
Esempio reologia con filmato
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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
Successi e fallimenti legati alla reologia
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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
Foto G.Giunti
Foto G.Giunti
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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
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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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
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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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
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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Le mille proprietà del calcestruzzo - reologia
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
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Come ottenere le proprietà necessarie
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
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Come ottenere le proprietà necessarie
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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Come ottenere le proprietà necessarie
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