Keywords: opere strategiche, controlli di produzione, posa in opera, calcestruzzo

ABSTRACT Avere certezza della qualità del conglomerato si traduce in un controllo peculiare della resistenza a compressione che il più delle volte richiede una verifica della durabilità del materiale. Nel caso di grandi opere, accertare la resistenza progettuale richiesta non è sempre facile, in quanto per la mole di getti, intervengono, oltre a fattori d’incertezza relativi alla composizione del materiale, anche fattori concernenti le modalità di misura sui provini prelevati durante i getti, soprattutto per sistemi di produzione in cantiere. Tali motivazioni inducono spesso ad effettuare, ad opera ultimata, prove distruttive e non distruttive che consentano di ottenere un ulteriore riscontro sul valore della resistenza in opera. Queste, se affiancate ad opportune procedure valutative, permettono di stabilire la reale compattazione in opera che, se eseguita con poca cura, rende il materiale più penetrabile, meno durevole e meccanicamente meno resistente. Il presente lavoro raccoglie l’elaborazione numerica delle resistenze misurate sui cubetti confezionati durante i getti e dalle carote estratte in fase di collaudo, dei calcestruzzi impiegati per la realizzazione di alcune opere accessorie della diga dell’Esaro (Cosenza). Oltre alla mera trattazione statistica del campione, finalizzata ad accertare la congruenza analitica con le classi omogenee previste in progetto, con l’ausilio di una metodologia analitica di letteratura, è valutata qualitativamente l’influenza della compattazione in opera sul valore della resistenza in situ. 1 INTRODUZIONE

Il controllo della qualità del calcestruzzo di una nuova opera strutturale, ed in particolare della resistenza a compressione, è una fase essenziale per la sicurezza della struttura ma riveste un ruolo fondamentale anche nei rapporti tra le varie figure professionali che intervengono nell’ambito dell’appalto. Infatti, le operazioni da compiere per valutare la qualità, soprattutto dal punto di vista della durabilità strutturale, sono finalizzate a verificare, sia durante le fasi di getto, sia in opera, che il materiale fornito sia conforme a quello richiesto e specificato nella documentazione progettuale. Quest’ultimo punto, seppur interessante l’aspetto contrattuale e

commerciale, è molto importante nelle dispute sulla qualità del calcestruzzo, soprattutto nel caso di nuove realizzazioni aventi importanza strategica. Tuttavia, nonostante le primarie implicazioni sulla sicurezza, e secondarie sul normale svolgimento delle fasi esecutive, il calcestruzzo rappresenta uno dei pochi prodotti che è scelto e acquistato in conformità a una caratteristica - la resistenza a compressione - che non può essere controllato all’atto dell’acquisto e dell’impiego. Le normative tecniche vigenti (NTC 2008; Circolare n. 617/2009; CEN 2005) forniscono indicazioni concernenti l’esecuzione di “controlli di accettazione” su miscele omogenee, volti a valutare tale caratteristica dopo 28 giorni dalla posa in opera del conglomerato.

Francesco Porco, Andrea Fiore Dipartimento DICATECh, Politecnico di Bari. Via Orabona 4, 70126 Bari.

Andrea Fiorino SORICAL S.p.A., responsabile dighe, sede di Cosenza.

Controllo e Verifica della Produzione e Posa in Opera di Calcestruzzi Strutturali

Detti controlli, basati sul soddisfacimento di relazioni analitiche su base statistica, si eseguono su provini di materiale prelevati a piè d’opera, confezionati, compattati e conservati (maturati) così da sviluppare la cosiddetta “resistenza potenziale” ovvero il valore limite superiore che un dato calcestruzzo è capace di sviluppare.

Se il controllo di accettazione, obbligatorio per la Direzione dei Lavori, risulta positivo, il calcestruzzo è conforme e le attuali normative non richiedono successive azioni di controllo o verifiche. In tal caso, da un punto di vista strettamente legislativo, sia la sicurezza strutturale, sia i rapporti contrattuali tra produttore e impresa sono ambiti pienamente soddisfatti.

Tralasciando la non conformità legata alla negligenza o assenza di controlli, l’esito negativo della verifica è imputabile a valori di resistenza insufficienti. I fattori che possono indurre un abbassamento della resistenza o del suo valore misurato, evidenziabili dal controllo di accettazione, possono intervenire in diverse fasi del processo realizzativo:

− Nel processo di produzione: a causa dei materiali costituenti (tipo di aggregati, cemento ecc..), delle tecnologie di produzione e delle modalità e dei tempi di miscelazione.

− A piè d’opera: a causa dei tempi e delle modalità di trasporto qualora il cantiere non sia munito di apposita centrale di betonaggio, dei quantitativi d’acqua aggiunti nell’impasto e della temperatura ambientale.

− Nell’operato sui provini: a causa della temperatura di maturazione (quelle elevate favoriscono il processo d’idratazione a scapito di una riduzione di resistenza) e del grado di umidità ambientale (atmosfere insature di vapore rallentano l’idratazione favorendo la formazione di capillarità che inducono una riduzione di resistenza) dei provini prelevati in cantiere (Coppola 2005), e delle modalità esecutive della prova.

Dalla mole e complessità dei parametri influenzanti il valore di resistenza nelle diverse fasi realizzative, l’approccio normativo sembra trascurare aspetti legati alla durabilità e di conseguenza all’effettiva sicurezza in esercizio dell’opera. Le norme, infatti, pur fornendo specifiche prescrizioni concernenti la vita di riferimento dell’opera e la sicurezza nei riguardi delle azioni sismiche di contro non indicano procedure per controllare il mantenimento dei requisiti prestazionali dei materiali nel tempo. Il

tutto è notevolmente accentuato nel caso di opere complesse richiedenti, non solo grandi quantitativi di calcestruzzo ma soprattutto produzione di materiale e fasi realizzative estese per lunghi periodi. Occorre evidenziare, infatti, che produrre un calcestruzzo conforme ai criteri di accettazione ovvero in conformità a precise classi di esposizione, consistenza e resistenza, del massimo diametro dell’aggregato e della classe di cemento, non necessariamente significa che nella struttura reale sia presente il calcestruzzo prescritto. Esistono altre due operazioni riguardanti il getto del calcestruzzo, le cui esecuzioni ricadono sotto la responsabilità dell’impresa e che possono influenzare in modo determinante il comportamento in servizio dell’intera opera. Queste sono:

− La posa in opera (intesa nel senso della compattazione del calcestruzzo gettato in opera) che induce una riduzione di resistenza del materiale in situ rispetto a quello prelevato durante il getto (Collepardi 2002). In tal senso alcune proposte in letteratura mostrano come poter quantificare gli effetti della compattazione sulle resistenze acquisite dalle prove distruttive in situ (Uva et al. 2013);

− La Stagionatura. La temperatura e i tempi di maturazione influenzano le resistenze che sviluppano i provini prelevati ed il controllo sistematico per produzioni che si protraggono per lunghi periodi non sempre fornisce risultati omogenei.

Nel presente lavoro, sono presentati i risultati dell’elaborazione statistica dei parametri meccanici dei calcestruzzi raccolti durante le fasi realizzative delle opere a corredo della Diga dell’Esaro (Calabria, Italia meridionale). Le elaborazioni sui valori delle resistenze raccolte mediante le prove condotte su provini prelevati in corso d’opera durante le operazioni di getto, sia dall’impresa, che dalla Direzione dei Lavori, consentono di svolgere alcune riflessioni sui limiti concernenti i controlli di qualità del calcestruzzo per opere rilevanti e rese complesse dall’eterogeneità delle miscele e delle relative classi di resistenza previste.

Per una migliore comprensione delle riflessioni prodotte dalla presente nota, occorre fornire sinteticamente e con criticità un quadro riepilogativo dei controlli di qualità previsti dalle normative vigenti e a tal scopo nel paragrafo successivo sono raccolte le indicazioni contenute nelle principali norme Italiane ed Europee.

2 QUADRO NORMATIVO

2.1 Controlli di accettazione Secondo le indicazioni fornite dalle NTC2008,

il Direttore dei Lavori (DL) ha l’obbligo di verificare, in corso d’opera ed in concomitanza del getto del componente strutturale, alla scadenza dei 28 giorni dall’esecuzione del getto, che la resistenza a compressione caratteristica “potenziale” del calcestruzzo (nel seguito indicata con la sigla “Rck,pot”) risulta superiore alla resistenza caratteristica di progetto (Rck,d): 𝑅!",!"# ≥ 𝑅!",!                                                                                                                (1)

Per valore caratteristico “potenziale” s’intende la resistenza determinata sperimentalmente (prove a compressione di laboratorio) su provini cubici fatti prelevare dal DL durante il controllo della fornitura del calcestruzzo.

L’accettazione del quantitativo di calcestruzzo è a valle del soddisfacimento della diseguaglianza indicata, rispettivamente, per il controllo di tipo A (§ 11.1.5.1 - NTC2008) o di tipo B (§ 11.2.5.1 - NTC2008), adottando l’uno o l’altro a seconda della quantità di miscela omogenea impiegata nella realizzazione dell’opera. Per entrambe le tipologie occorre verificare preliminarmente che la resistenza più piccola (R1) tra tutte quelle relative ai prelievi eseguiti in opera deve soddisfare la seguente disequazione: 𝑅! ≥ 𝑅!",!"# − 3.5                                                                                                    (2)

In particolare, il controllo di tipo A, si basa su una verifica semplificata (Eq. 3) ed è adottabile solo per strutture con meno di 1500 m3 di calcestruzzo omogeneo, eseguendo un prelievo ogni 100 m3 di getto e comunque un minimo di 3 prelievi (quindi 6 provini). 𝑅!",!"# ≤ 𝑅!",!"# − 3.5                                                                                  (3)

dove Rcm,pot è la resistenza media dei prelievi espressa in MPa.

Qualora le quantità di miscela omogenea superino i 1500 m3, è obbligatorio adottare il controllo di tipo B, che è un controllo prettamente di tipo statistico, in cui la correlazione tra valore caratteristico e medio è definita dalla seguente equazione: 𝑅!",!"# ≤ 𝑅!",!"# − 1.4 ∙ 𝜎!"#                                                          (4)

Con σpot deviazione standard dei valori di resistenza valutati sui cubetti.

Il numero dei prelievi sulla base del quale valutare il valore medio Rcm,pot e la deviazione standard σpot deve essere superiore o almeno pari a 15 (30 cubetti). Inoltre, occorre controllare che

il coefficiente di variazione CV, dato dal rapporto tra deviazione standard e resistenza media (σpot /Rcm,pot), non deve essere superiore al valore limite di 0.3 e che nel caso superi il valore soglia di 0.15 induce l’obbligo da parte della DL di eseguire controlli più accurati. Nello specifico, se CV è superiore al 15% occorre procedere alla valutazione della resistenza del calcestruzzo in opera attraverso l’esecuzione di indagini non distruttive (di tipo sclerometrico o basate sulla misura delle velocità ultrasonore) e di prove distruttive consistenti nell’estrazione di campioni cilindrici (carote) mediante carotaggio.

Come osservato in precedenza, le normative stabiliscono che il conglomerato sia individuato tramite la sua resistenza caratteristica (potenziale se verificata per mezzo di prelievi dal getto), ovvero la resistenza a compressione al di sotto della quale si trova solo il 5% di tutte le misure di resistenza. Tuttavia, in corrispondenza di un frattile del 5% il valore del coefficiente moltiplicativo della deviazione standard è pari a 1.64, mentre per un valore del coefficiente moltiplicativo pari a 1.4 (indicato dalla norma) il frattile è dell’8% (Rossetti and Ferraro, 2007). Questo significa che un controllo di accettazione positivo implica che solo il 92% delle misurazioni è superiore al valore caratteristico Rck,pot.

Altro aspetto importante, sempre per controlli di tipo B, e quindi per quantitativi elevati di conglomerato, è la possibilità di eseguire analisi statistiche accurate secondo cui l’interpretazione dei risultati sperimentali può essere svolta con i metodi completi dell’analisi statistica individuando la legge di distribuzione più appropriata (non necessariamente utilizzando la distribuzione normale come accadeva in passato). In tal caso la resistenza minima di prelievo R1 dovrà essere maggiore del valore corrispondente al frattile inferiore del 1% Rck,pot -1%. 𝑅! ≥ 𝑅!",!"#!!%                                                                                                            (5)

Pertanto, la norma obbliga che il 99% di tutte le resistenze del campionamento sia superiore alla resistenza minima R1.

2.2 Controllo della resistenza del calcestruzzo in opera

Nel caso in cui le resistenze meccaniche dei prelievi eseguiti in opera non soddisfino l’Eq. 1, oppure nel caso in cui sorgano dubbi sulla validità stessa dei controlli di accettazione, la DL o il Collaudatore devono procedere alla valutazione della resistenza caratteristica a compressione del calcestruzzo in opera (o anche

detta resistenza “strutturale” Rck,strutt) mediante l’esecuzione d’indagini non distruttive (NDT) o prove distruttive. Quest’ultime consistono nell’estrazione di provini di forma cilindrica (carote) di forma non standard (ovvero aventi il rapporto altezza/diametro - H/D - pari a 1) nel caso in cui il valore di resistenza debba essere confrontato con la resistenza caratteristica “cubica” di progetto o potenziale (Rck,d o Rck,pot), o di forma standard (con rapporto H/D=2) qualora si debba far riferimento alla resistenza caratteristica “cilindrica” di progetto o potenziale (fck,d o fck,pot). Quando occorre correlare la resistenza cubica su carote (Rcore con H/D=1) con quella cilindrica su carote (fcore) con H/D=2 è necessario applicare alla resistenza cubica un coefficiente riduttivo di 0.83.

Per la valutazione della resistenza strutturale (in opera), con riferimento al valore cilindrico fck,strutt le indicazioni contenute nei principali riferimenti e documenti normativi (C.SS.LL.PP. 2008) prevedono due casi:

1. Valutazione del solo valore medio in opera fcm,strutt, qualora il numero delle carote (o di equivalenti risultati da prove non distruttive) è minore di 15. Ai fini della verifica di conformità del materiale in opera, tale valore deve essere maggiore dell’85% del valore medio cilindrico di progetto fcm, secondo la seguente relazione:

𝑓!",!"#$"" ≥ 0.85 ∙ 0.83 ∙ 𝑅!",! + 8                                  (6)

2. Valutazione anche del valore caratteristico nel caso in cui il numero di carote è superiore a 15. Questo tipo di controllo è prettamente statistico e si basa sulla correlazione tra valore caratteristico e medio in virtù della seguente equazione:

𝑓!",!"#$"" = 𝑓!",!"#$"" − 1.48 ∙ 𝜎!"#$""                                (7) dove σstrutt è la deviazione standard dei

valori delle resistenze meccaniche delle carote estratte dalla struttura. Per questo ulteriore parametro, pertanto, il controllo di accettazione consiste nel soddisfare la seguente relazione:

𝑓!",!"#$"" ≥ 0.85 ∙ 0.83 ∙ 𝑅!!,!                                                  (8)

Relativamente al confronto tra resistenza “strutturale” e resistenza “potenziale” le NTC2008 esplicitano chiaramente (§ 11.2.6) che, a causa del differente grado di compattazione e della diversa stagionatura del calcestruzzo in opera (in confronto a quella realizzata per un provino), valore Rcm,strutt è generalmente inferiore al valore medio della resistenza Rcm,pot dei

prelievi in fase di getto maturati in condizioni di laboratorio (20°C e ϕ>95%).

È doveroso, in chiusura della rassegna sui controlli della resistenza in opera, individuare le figure responsabili del mancato soddisfacimento delle relazioni descritte finora, riconducendo il tutto a due casi:

1. Eqs. 6 e 8 soddisfatte: la resistenza del calcestruzzo in opera è accettabile senza alcuna ulteriore verifica di sicurezza della struttura. Potrebbe, tuttavia, rimanere aperta una possibile contestazione dell’impresa nei riguardi del fornitore nel caso in cui l’Eq. 1 non risultasse verificata.

2. Eqs. 6 e 8 non soddisfatte: la DL o il collaudatore potrà prescrivere il consolidamento dell’opera o addirittura la demolizione. In tal caso l’onere dei suddetti interventi, saranno a carico del fornitore del calcestruzzo se Rck,strutt è maggiore dell’85% della Rck,pot in quanto l’impresa ha messo in opera un calcestruzzo carente del fornitore. Se invece, la resistenza caratteristica strutturale è minore dell’85%, l’onere è anche a carico dell’impresa in quanto il calcestruzzo già carente di partenza, è ancora meno prestante a seguito della cattiva messa in opera proprio dell’impresa esecutrice.

2.3 Posa in opera La cura nell’eseguire la posa in opera del

calcestruzzo, è un aspetto che condiziona notevolmente la durabilità del materiale, e come osservato in chiusura del precedente paragrafo, è una delle cause delle contestazioni legali che nascono durante i controlli di accettazione. Nelle opere reali, realizzate con gli usuali calcestruzzi da costruzione (eccetto gli autocompattanti), la resistenza strutturale Rstrutt (sia essa media o caratteristica), cioè quella determinata sulla carota estratta dalla struttura, è inferiore alla resistenza valutata su provini cubici o cilindrici del materiale prelevato durante le fasi di getto. Pertanto, indicando con RC,pot la generica resistenza meccanica di un provino cubico, con fC,pot quella di un provino cilindrico (entrambe prelevate dal getto) e con fcore la resistenza di una carota estratta mediante carotaggio da un elemento portante della struttura: 0.83R!,!"# = f!,!"# ≥ f!"#$                                                                      (9)

Le differenze sono da imputarsi non solo ai diversi fattori intrinseci della prova di estrazione

(come ad esempio il disturbo arrecato al campione dalle operazioni di estrazione), ma sopratutto all’incompleta compattazione del calcestruzzo in opera rispetto a quella generalmente detta “a rifiuto” con cui si confezionano i provini prelevati al momento del getto.

La correlazione tra RCI ed fcore è strettamente dipendente dalla cura posta dall’impresa esecutrice nella messa in opera del calcestruzzo. La cura nelle fasi di messa in opera del calcestruzzo è stata misurata attraverso la valutazione del “grado di compattazione” gc (Collepardi 2002) valutabile secondo il seguente rapporto:

g! =m!

m!"                                                                                                                                              (10)

dove mV0 è la massa volumica del provino e mV quella della carota.

Per una generica opera strutturale, considerando classi omogenee di materiale, se il calcestruzzo della struttura è stato compattato con la stessa cura con la quale lo è stato il calcestruzzo del provino, il grado di compattazione è unitario: gc=1. La massa volumica mV risulterà, invece, inferiore a mV0, e di conseguenza gc<1, se l’efficacia della compattazione della carota è inferiore a quella del provino.

Attraverso prove sperimentali condotte su calcestruzzi aventi classi di consistenza e resistenze diverse, lo stesso autore ha valutato l’influenza di gc sulla diminuzione percentuale di resistenza meccanica ΔRg del calcestruzzo all’interno della struttura rispetto al valore del corrispondente provino:

ΔR! =f!,!"# − f!"#$

f!,!"#≅ 1 − g! 500                                              (11)

Essa rappresenta una correlazione lineare tra ΔRg e gc valida nell’intervallo 0.90<gc<1 relativo a calcestruzzi adoperabili principalmente per usi strutturali.

La prova di compressione uniassiale consente di ricavare la resistenza cilindrica a compressione della carota il cui valore è fortemente dipendente da alcuni parametri legati alla modalità della prova, che la rendono sostanzialmente diversa dall’effettiva resistenza in situ del calcestruzzo fcore. Documenti guida concernenti le modalità di esecuzione della prova e l’elaborazione dei risultati ottenuti sono le ACI 214.4R-03(2003), ASTM C42-90(1992), BS n.1881(1983). Questi documenti prendono come riferimento la resistenza a compressione misurata su una carota “standard”, ovvero avente una snellezza λ (=H/D

con H e D, rispettivamente, altezza e diametro del campione cilindrico) pari a 2 ed un diametro D=100mm. È possibile, comunque, prelevare campioni aventi dimensioni non standard purché il valore della relativa resistenza fc,nst venga riportato, attraverso opportuni coefficienti correttivi, ad una resistenza associata ad un campione equivalente di dimensioni standard:

𝑓!"#$ = 𝐹!"𝐹! 𝐹!/!𝐹!"#𝐹!𝑓!,!"#                                                          (12)

FH/D, Fdia ed Fr sono rispettivamente i coefficienti correttivi che tengono conto degli effetti dovuti alla variabilità di λ, D ed alla presenza di barre di armature all’interno della carota (detti fattori “interni” o “di forma”). Fmc ed Fd invece, sono fattori correttivi per tenere conto, rispettivamente, delle modalità di conservazione dei provini nelle fasi che precedono la prova a compressione e del danno arrecato al campione durante le operazioni di estrazione (fattori “passivi”). Per gli effetti dei suddetti fattori sul valore della resistenza e le diverse proposte di stima dei coefficienti, si rimanda ad alcuni tra i numerosi studi di ricerca presenti in letteratura (Murdock and Kesler 1957; Bartlett and MacGregor 1994(1); Meininger 1968; Lewis 1976; Campbell and Tobin 1967; Loo et al. 1989; Fema 274 1987; Bloem 1968; Meininger et al. 1977; Bartlett and MacGregor(2),(3), 1994, 1999).

La variabilità numerica della generica resistenza fcore è quindi intrinseca, da intendersi quindi, come una somma delle variabilità di parametri indipendenti relativi alle modalità esecutive della prova, alla qualità del materiale testato, all’uniformità geometrica dei campioni ed all’entità del danno arrecato durante le operazioni di carotaggio. Con buona approssimazione tale variabilità globale è compresa tra un minimo di 3.2% (Meininger at al. 1977) ad un massimo del 6.0% (Concrete Society 1987).

3 CASO DI STUDIO La diga dell’Esaro (Calabria, Italy) è una

grande opera strategica resasi necessaria per i crescenti problemi relativi all’approvvigionamento e la fornitura di acqua dell’intero territorio della Provincia di Cosenza. L’entrata in servizio della diga (a data imminente) consentirà di dividere, sui territori sia della costa ionica che tirrenica di Cosenza, un incremento della portata d’acqua pari a 200 litri al secondo.

Nel caso in esame, con la denominazione generica “diga” si intende un insieme di opere d’arti che insieme alla struttura principale

dell’invaso costituiscono una serie di opere accessorie fondamentali alla fruizione ed al normale funzionamento dell’intero apparato strutturale. A data attuale, le opere realizzate sono quelle a supporto della diga (Fig. 1), necessarie anche per la fase realizzativa della diga vera e propria. L’arco temporale della genesi di queste opere ha avuto inizio nel 2004 e si è concluso nel 2012. Le opere relative possono essere quindi raccolte in tre ampie sub-categorie di opere (Tab. 1):

Figura 1. La diga dell’Esaro. Immagine dal satellite con indicazione delle opere realizzate. Tabella 1. Quantitativi di calcestruzzo in opera e numero di cubetti prelevati durante le operazioni di getto Sub-categoria di opere

Volume di CLS [mc]

n. dei cubetti prelevati

Vasca 27255 660 Strada 4088 370 Opere di dissesto 17118 430 TOTALE 48461 1460

In particolare, sono riconducibili alla categoria “vasca” oltre alla stessa struttura di raccolta, le opere di ritenuta e i muri a contorno vasca; Nel gruppo “strada” ricade l’intero rilevato a servizio della diga, il ponte e la galleria di collegamento; infine, sotto la categoria “opere di dissesto”, sono raccolti i volumi di conglomerato associati alle “opere di ritenuta” (strutture di contenimento del terreno a protezione della strada soggetta a rischio frana a seguito delle operazioni di scavo) ed alle relative opere di fondazione. L’eterogeneità delle opere dal punto di vista sia statico che funzionale, ha indotto l’impiego di miscele molto diverse non solo per classi di resistenza, ma soprattutto per classi di esposizione e consistenza. Visto il carattere di rilievo dell’opera e la lungo impiego di tempo in termini realizzativi, si è reso doveroso

un controllo in cantiere immediato e sistematico delle miscele impiegate. A tale fine, la presenza della centrale di betonaggio in cantiere ha consentito un controllo di produzione in opera dei calcestruzzi che ha permesso di affiancare ai prelievi di materiale da valutare in fase di collaudo, mediante prove di laboratorio, anche prelievi per un controllo della qualità in opera attraverso prove condotte nel laboratorio di cantiere.

Per ciascuna delle suddette categorie sono state impiegate diverse classi di resistenza e in Tab. 2 è riportata l’indicazione del numero di cubetti prelevati in opera e schiacciati, rispettivamente, dal laboratorio di cantiere e dal laboratorio ufficiale, per le opere associate alle resistenze progettuali previste. Tabella 2. Numero di cubetti prelevati durante la realizzazione dell’opera per classi di resistenza

Rck,d [MPa] Laboratorio di cantiere n. cubetti

Laboratorio ufficiale n. cubetti

n. cubetti totale

22 746 278 1024 25 16 42 58 30 --- 312 312 35 34 24 58 40 --- 8 8

TOTALE 1460

4 CONTROLLI EFFETTUATI IN CORSO D’OPERA

I controlli del calcestruzzo impiegato per la realizzazione delle opere a corredo della diga, possono essere suddivisi in due gruppi:

1. Controlli di produzione. Questi si basano sulla elaborazione statistica dei campionamenti relativi alle diverse classi di resistenza impiegate e sul controllo della maturazione del conglomerato in opera.

2. Controllo della posa in opera. Consiste nel valutare il grado di compattazione in opera svolgendo considerazione sulla caratterizzazione statistica del parametro rispetto a relazioni di letteratura (Collepardi 2002).

Nel primo gruppo, le elaborazioni numeriche hanno riguardato campionamenti costituiti da cubetti la cui resistenza è quella corrispondente dopo 28 giorni dall’esecuzione del getto, mentre per le verifiche del secondo gruppo sono stati considerati resistenze dopo 3, 7, 21 e 28 giorni.

4.1 Controllo di produzione In virtù dei volumi di calcestruzzo impiegati

per la realizzazione delle opere (ben oltre i 1500 m3), la conformità del materiale è stata valutata, verificando il soddisfacimento delle condizioni previste per il controllo di accettazione di tipo B. Inoltre, sono stati eseguiti controlli statistici accurati per tutte le classi omogenee analizzate, elaborando le resistenze a 28gg dei cubetti prelevati in opera, in modo da individuare leggi di distribuzione alternative a quella normale e valutare i principali parametri statistici rappresentativi dei campionamenti. In particolare, per i campionamenti più numerosi relativi a Rck,d, rispettivamente pari a 22, 25, 30 e 35 MPa, sono stati individuati i parametri statistici significativi (valore medio µ, deviazione standard σ, varianza σ2 e coefficiente di variazione CV - Tab. 3) oltre ad individuare la relativa legge di distribuzione, sia normale, che log-normale. Tabella 3. Grandezze statistiche principali dei campionamenti analizzati. Campionamenti relativi a: Rck,d=22 Rck,d=25 Rck,d=30 Rck,d=35 µ [MPa] 27.71 31.24 37.09 40.21 σ [MPa] 2.14 2.20 2.50 1.47 σ2 [MPa2] 4.60 4.83 6.25 2.16 CV [%] 7.77 7.03 6.74 3.65

Occorre evidenziare che i valori dei CV di

ciascun campionamento sono al di sotto della soglia del 15% oltre il quale la normativa italiana obbliga l’esecuzione di controlli più accurati (prove distruttive e non distruttive su campioni estratti dagli elementi strutturali).

Il valore della resistenza caratteristica potenziale di ciascun campionamento è stato valutato mediante una legge di distribuzione log-normale previo verifica di buona corrispondenza con la distribuzione delle frequenze relative. In Fig. 2 sono riportate le distribuzioni statistiche dei campionamenti più numerosi (costituiti dai dati associati a Rck,d pari a 22 e 30) mentre in Fig. 3 l’individuazione della resistenza caratteristica potenziale in corrispondenza del frattile del 5% delle distribuzioni cumulative log-normali. Sempre in quest’ultima figura, nello spirito delle elaborazioni statistiche accurate previste nell’ambito dei controlli di accettazione di tipo B, è indicato il valore corrispondente al frattile dell’1% Rck,pot -1% come rappresentativo della soglia inferiore della resistenza minima del prelievo.

Per tali campionamenti le leggi di distribuzione definite approssimano in modo soddisfacente la distribuzione sperimentale,

mentre è interessante osservare come la legge di distribuzione log-normale, individuata come alternativa a quella normale, ricalchi grosso modo la stessa distribuzione.

Figura 2. Distribuzioni statistiche dei campionamenti più numerosi.

Invece, impiegata nel calcolo della valore caratteristico potenziale Rck,pot (Fig. 3), corrispondente all’intersezione della legge distributiva con la retta del frattile del 5%, la legge log-normale fornisce valori leggermente più bassi rispetto a quelli ricavati con distribuzione cumulativa normale (ad eccezione del campionamento associato a Rck,d=22 MPa), ma comunque dell’ordine non superiore al 5%.

In tabella 4 sono riportati i valori della resistenza caratteristica potenziale Rck,pot, quelli corrispondente al frattile dell’1% Rck,pot -1% (dati dall’intersezione della legge distributiva lognomale e la rette al frattile dell’1%) , la resistenza media dei prelievi Rcm,pot ed il minor valore di resistenza del prelievo R1 (gli ultimi due entrambi calcolati rispetto tutti i prelievi dei rispettivi campionamenti).

Figura 3. Resistenza caratteristica potenziale e valore limite inferiore della resistenza per controllo di accettazione di tipo B per campionamenti associati a resistenze di progetto Rck,d=22 (a), Rck,d=30 (b).

Si evince come per tutti i campionamenti siano rispettate le Eqs. 1, 4 e 5 anche se quest’ultima applicata impropriamente (ovvero non solo ogni 3 prelievi ma sull’intero campionamento) nonché il superamento del valore corrispondente Rck,pot -1% previsto nell’ambito dei controlli statistici più accurati. Tabella 4. Controlli di accettazione per i calcestruzzi impiegati nelle opere concernenti il caso di studio

Campione di dati

Rck,pot [Mpa]

(frattile=5%)

Rck,pot -1% (frattile =1%) [MPa]

Rcm,pot [Mpa]

R1 [MPa]

Rck,d=22 MPa

23.70 Eq.1, OK! 22.38 27.71

Eq. 4,OK! 22.41

Eq. 5,OK! Rck,d=30

MPa 32.58

Eq. 1, OK! 31.12 37.09 Eq. 4, OK!

33.64 Eq. 5, OK!

4.2 Controllo della compattazione in opera Sulla base delle considerazioni svolte al § 1, il

controllo della posa assume occupa un posto predominante nell’ambito dei controlli di conformità del materiale in opera. È, infatti, importante quantificare, soprattutto nel caso di grandi opere infrastrutturali, il gap in termini di resistenza esistente tra materiale potenziale (compattato a rifiuto) e quello strutturale. Per i campionamenti più numerosi (rispettivamente associati ad Rck,d=22MPa e 30MPa) è stata

valutata la riduzione della resistenza strutturale da quella misurata sui campioni prelevati durante il getto, in funzione del grado di compattazione gc, secondo l’approccio descritto nel § 1.3. In particolare per ciascun campionamento è stata individuata la legge ΔR=ΔR(gc) esprimendola nella forma analoga alla Eq. 11 al fine di risaltarne in modo immediato le differenze dalla stessa. Molto interessanti, in tal senso, sono i risultati riscontrati e mostrati in Fig. 4.

Figura 4. Riduzioni in termini percentuali della resistenza strutturale rispetto ai valori potenziali, in funzione del grado di compattazione e comparazione con la legge di Collepadi (2002). Campionamento associato alla Rck,d=22 MPa (a). Campionamento associato alla Rck,d=30 MPa (b).

Le riduzioni di resistenza ΔR per il campionamento relativo ai valori associati a prelievi del materiale avente resistenze progettuali previste più basse (Rck,d=22MPa), sono molto contenute rispetto alla legge definita da Collepardi (Fig. 4a). Non solo, rispetto all’altro campionamento analizzato (relativo a prelievi di materiale aventi Rck,d=30MPa - Fig. 4b) le riduzioni di resistenza sono circa 1/3 (106.91/319.18). Pertanto, per quanto riscontrato è possibile constatare la buona posa in opera (compattazione) del calcestruzzo afferente alla classe progettuale pari a 22 MPa (le riduzioni sono all’incirca 1/5 dell’andamento teorico) ed il carattere alquanto cautelativo della formulazione di Collepardi.

In fase di collaudo sono state estratte delle carote per tutte le classi di resistenza dichiarate. Per le carote che si riferiscono alla classe Rck,d=22MPa, sono state valutate le riduzioni di

resistenza in funzione del grado di compattazione. I valori corrispondenti sono stati riportati all’interno del piano ΔR[%]-gc insieme alle distribuzioni delle ΔR relative all’intero campionamento (costituito da prelievi a 7gg e 28gg) e all’andamento teorico proposto da Collepardi (Fig. 5).

Figura 5. Riduzioni in termini percentuali della resistenza strutturale rispetto ai valori potenziali, in funzione del grado di compattazione, per cubetti e carote, e comparazione con la legge di Collepardi.

Le riduzioni di resistenza in corrispondenza delle carote sono comprese tra l’andamento del campionamento dei prelievi e quello teorico, questo induce a ritenere che i valori di resistenza siano stati influenzati non solo dalla posa in opera ma anche da altre cause intrinseche alle modalità esecutive della prova. Infatti, occorre ricordare che l’influenza del disturbo arrecato sulla carota durante le operazioni di carotaggio è stata valutata esclusivamente mediante un coefficiente basato su valutazioni sperimentali di letteratura. Con molta probabilità, rimodulando il coefficiente, i punti ottenuti si addenserebbero lungo l’andamento delle riduzioni di resistenza dovute alla sola posa in opera.

5 CONCLUSIONI Le norme moderne sono basate su un

approccio prettamente prestazionale volto a perseguire una progettazione conforme alla specifica durabilità dell’opera ed alla prevista destinazione d’uso. Esse forniscono, quindi, prescrizioni relative al dimensionamento delle membrature strutturali e dei particolari costruttivi al fine di ottenere strutture capaci prevalentemente di fronteggiare eventi eccezionali con tempi di ritorno tarati al sito di ubicazione. La necessità di salvaguardare la sicurezza strutturale nel tempo non è, tuttavia, estesa ai materiali impiegati se non attraverso un controllo dettagliato della conformità della resistenza “potenziale” del calcestruzzo, ovvero, del preciso valore misurato sui provini prelevati in cantiere durante le fasi di getto, rispetto al valore di progetto. Questo controllo, è estendibile

in opera accertando la conformità della resistenza “strutturale” al valore progettuale, consentendo di risolvere eventuali contestazioni tra alcune figure che partecipano alla realizzazione dell’opera (fornitore del calcestruzzo e impresa). In tale ambito emerge in modo chiaro che una delle possibili cause di difformità è imputabile alla cattiva posa in opera del calcestruzzo. Circostanza che si evidenzia notevolmente per opere interessanti elevati quantitativi di calcestruzzo e richiedenti prolungati tempi realizzativi.

Il presente lavoro, attraverso i dati raccolti durante la realizzazione delle opere accessorie di una diga, fornisce alcuni spunti di riflessione sul ruolo fondamentale assunto dalla posa in opera del calcestruzzo e sull’aspetto particolarmente limitativo del vigente apparato normativo. I risultati in termini statistici, insieme a specifiche elaborazioni numeriche, hanno condotto a ritenere opportuno, una volta fissata la durabilità dell’opera in fase progettuale, il controllo, non solo della resistenza, ma soprattutto la posa in opera come misura della durabilità del materiale nel tempo.

È quindi delineata, mediante la descrizione dei risultati raccolti, una procedura basata sulla misura sistematica del grado di compattazione gc per i cubetti confezionati in cantiere, che consente di quantificare le riduzioni di resistenza in termini percentuali del valore strutturale (in opera) rispetto al corrispondente valore potenziale, servendosi di funzioni analitiche consolidate presenti in letteratura.

I vantaggi derivanti dal controllare il grado di compattazione in fase realizzativa sono indubbi. Nello specifico, può permettere una riduzione delle indagini distruttive soprattutto per opere relativamente recenti a favore di ampie indagini non distruttive, valutando di conseguenza, eventuali modifiche prestazionali del calcestruzzo mediante misura degli indici di rimbalzo o delle velocità ultrasonore.

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