LINEE GUIDA
SUL CALCESTRUZZO
STRUTTURALE
Elaborate dal Servizio Tecnico Centrale della Presidenza del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.
1. Ambito di applicazione
Le linee guida sul calcestruzzo strutturale sono richiamate al punto 11.1.11 del DM del 14 settembre 2005 (Norme Tecniche per le Costruzioni) relativamente al preteso requisito della durabilità:
Al fine di ottenere la prestazione richiesta, il progettista potrà fare utile riferimento alle
indicazioni contenute nelle Linee Guida sul calcestruzzo strutturale edite dal Servizio
Tecnico Centrale ovvero nelle norme UNI EN 206-1 ed UNI 11104.
Per la definizione della classe di resistenza in funzione delle condizioni ambientali il
progettista potrà far riferimento alla norma europea EN 206-1 ovvero alle “Linee guida
sul calcestruzzo strutturale” edite dal Servizio Tecnico Centrale della Presidenza del
Consiglio superiore dei lavori pubblici.
Dalla presentazione delle Linee Guida:
Le «Linee guida sul calcestruzzo strutturale»sono rivolte a dare indicazioni ed informazioni di carattere generale e di dettaglio per una progettazione, lavorazione, realizzazione e controllo del materiale calcestruzzo, che troppo spesso appare come l'anello più debole di un processo, quello concernente il ciclo costruttivo delle opere civili, sul quale si sono scaricati nel recente passato, problematiche e tensioni di varia origine.
The Guidelines give indications and information of both general and detailed nature for the design, working, construction and inspection of concrete. Concrete too often appears as the weakest link in a process - that concerns the construction cycle of civil works - on which problems and tensions of various origin have been discharged in the recent past.
Campo di applicazione:
Le linee guida si applicano al calcestruzzo per usi strutturali, armato e non, ordinario
e precompresso, con esclusione dei calcestruzzi leggeri.
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2. Contenuto principale delle linee guida: Definizioni
Il calcestruzzo deve essere specificato in funzione della classe di resistenza, della classe di
esposizione, della dimensione nominale massima dell'aggregato, della classe di consistenza e della
prevista vita in servizio.
La composizione, cemento, aggregato, acqua, additivi ed eventuali aggiunte deve essere stabilita in modo da soddisfare le specifiche prestazionali e di minimizzare i fenomeni di segregazione e
di essudazione del calcestruzzo fresco.
Nella scelta del tipo e della classe di cemento si deve tenere conto delle condizioni di
esposizione, della velocità di sviluppo della resistenza, del calore di idratazione e della velocità alla
quale esso si libera.
Il contenuto minimo di cemento ed il rapporto massimo acqua/cemento vanno definiti principalmente sulla base delle condizioni ambientali di esposizione e delle prestazioni richieste; in ogni
caso il calcestruzzo armato, ordinario o precompresso, deve contenere sufficiente cemento per
assicurare un adeguato grado di protezione dell'acciaio contro la corrosione.
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3. Contenuto principale delle linee guida: Lavorabilità
La lavorabilità , designata con il termine «consistenza» nella normativa vigente, è un indice delle proprietà e del comportamento del calcestruzzo nell'intervallo di tempo tra la produzione e la compattazione dell'impasto in situ nella cassaforma o tra la produzione e la finitura, se richiesta.
Poiché le caratteristiche desiderate di durabilità e di resistenza meccanica possono essere effettivamente raggiunte soltanto se la movimentazione, la posa in opera e la stagionatura avvengono correttamente, la lavorabilità è imposta dal tipo di costruzione e dai metodi di posa in opera adottati, in particolare dal metodo di compattazione la cui efficacia va comunque garantita.
Nello studio della composizione del calcestruzzo occorre conciliare le caratteristiche dell'impasto fresco con i requisiti di resistenza meccanica e di durabilità dell'impasto indurito.
Le proprietà del calcestruzzo fresco collegate con la lavorabilità sono:
1) la stabilità , ossia la capacità dell'impasto a mantenere, sotto l'azione di forze esterne, l'unifomità di distribuzione dei componenti;
2) la mobilità, ossia la facilità con la quale l'impasto fluisce nella cassaforma fino a raggiungere le
zone meno accessibili;
3) la compattabilità , ossia la facilità con la quale l'impasto può essere assestato nella cassaforma e
l'aria intrappolata rimossa.
Mobilità e stabilità sono in rapporto con la consistenza o rigidezza propria dell'impasto e
come questa dipendono dal contenuto di acqua, dalla temperatura, dalla presenza di additivi.
Benché la consistenza non rappresenti l'intera storia della lavorabilità , tuttavia nella tecnologia
del calcestruzzo è prassi consolidata controllare la lavorabilità dell'impasto fresco attraverso misure
di consistenza, essendo queste ultime di semplice e rapida esecuzione.
I metodi di misura della consistenza più largamente adottati sono i seguenti:
- abbassamento al cono (UNI 9418)
- prova Vèbè (UNI 9419)
- indice di compattabilità (UNI 9420)
-spandimento (UNI 8020 - Metodo B).
La prima forma, con abbassamento uniforme, senza alcuna rottura della massa, indica com-
portamento regolare.
La seconda con abbassamento asimmetrico (a taglio) spesso indica mancanza di coesione; essa
tende a manifestarsi con miscele facili alla segregazione. In caso di persistenza, a prova ripetuta, il
calcestruzzo è da ritenere inidoneo al getto.
La terza, con abbassamento generalizzato (collasso), indica miscele magre oppure molto umide
o calcestruzzi autolivellanti, additivati con superfluidificanti.
Fattori che influenzano la lavorabilità.
La lavorabilità di un calcestruzzo è influenzata da più fattori: dal contenuto d'acqua, dalle
caratteristiche particellari degli aggregati, dal tempo, dalla temperatura, dalle caratteristiche del
cemento, dagli additivi.
Perdita di lavorabilità.
La lavorabilità è una proprietà del calcestruzzo fresco che diminuisce col procedere delle
reazioni di idratazioni del cemento. E' pertanto necessario che l'impasto possegga la lavorabilità
richiesta non solo al momento della confezione, ma soprattutto al momento della sua posa in
opera.
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4. Contenuto principale delle linee guida: Stagionatura
E' l'aspetto principale e fondamentale per la qualità del calcestruzzo in termini di durabilità.
E'
l'insieme di precauzioni che, durante il processo di indurimento, permette di trasformare
l'impasto fresco in un materiale resistente, privo di fessure e durevole. Con un adeguato periodo di
stagionatura protetta, iniziato immediatamente dopo aver concluso le operazioni di posa in opera,
il calcestruzzo può raggiungere le sue proprietà potenziali nella massa ed in particolare nella zona
superficiale.
La protezione consiste nell'impedire durante la fase iniziale del processo di indurimento:
a) l'essiccazione della superficie del calcestruzzo in primo luogo perché l'acqua è necessaria per
l'idratazione del cemento e per il progredire delle reazioni pozzolaniche, nel caso in cui si
impieghino cementi di miscela, ed in secondo luogo per evitare che gli strati superficiali del
manufatto indurito risultino porosi. L'essiccazione prematura rende il copriferro permeabile e
quindi scarsamente resistente alla penetrazione delle sostanze aggressive presenti ell'ambiente di
esposizione.
Nei manufatti a sviluppo orizzontale, in particolare lastre e pavimentazioni, la perdita di
umidità nella fase in cui l'impasto è ancora plastico può dar luogo alla fessurazione da ritiro
plastico.
In generale, impedendo l'essiccazione superficiale (stagionatura protetta), ed ottenendo di
conseguenza un manufatto dotato di un copriferro pressoche impermeabile e privo di fessure, si
garantisce anche il raggiungimento della resistenza meccanica desiderata per il calcestruzzo.
b) il congelamento dell'acqua di impasto prima che il calcestruzzo abbia raggiunto un grado
adeguato di indurimento.
c) che i movimenti differenziali, dovuti a differenze di temperatura attraverso la sezione del
manufatto, siano di entità tale da generare fessure.
La risposta del calcestruzzo al processo di stagionatura dipende:
- dalla sua composizione: rapporto a/c, tipo e classe di cemento come pure tipo e qualità delle
aggiunte.
Un calcestruzzo di basso rapporto a/c prodotto con un cemento a rapido indurimento
raggiunge piùrapidamente la resistenza superficiale che assicura un ridotto grado di permeabilità , e
perciò necessita di una minore stagionatura rispetto ai calcestruzzi con cemento che si idrata più
lentamente od ai calcestruzzi contenenti un quantitativo elevato di aggiunte di natura pozzolanica. Con quest'ultimo tipo di calcestruzzo si può raggiungere il grado di durabilità atteso senza
prolungare il periodo di stagionatura protetta, scegliendo un rapporto a/c più basso rispetto a
quanto necessario in relazione alla sola normativa sulla durabilità;
- dalla sua temperatura. Questa può aumentare a causa delle reazioni esotermiche tra il
cemento e l'acqua. La velocità di indurimento è in larga misura determinata dalla temperatura del
calcestruzzo. Ad esempio a 35 °C la velocità di indurimento è doppia che a 20 °C, ed a 10 °C tale
velocità è circa metà che a 20 °C.
La temperatura del calcestruzzo in opera dipende dalle condizioni ambientali (temperatura,
umidità relativa, presenza/assenza di vento), dalla temperatura dei costituenti il calcestruzzo, dal
dosaggio, tipo e classe di cemento, dalle dimensioni dell'elemento strutturale e dal sistema di
isolamento delle casseforme.
Elementi a sezione sottile, in casseforme senza isolamento termico, esposti sin dall'inizio a
basse temperature ambientali e gettati con cementi a basso calore di idratazione necessitano di una
attenta e sorvegliata stagionatura.
Se nel calcestruzzo avvengono fenomeni di congelamento prima che esso abbia raggiunto una
sufficiente resistenza a compressione (5 N/mm2 ), il materiale riceve un danno permanente. Il valore di soglia 5 N/mm2 corrisponde ad un grado di idratazione sufficiente a produrre una
autoessiccazione accompagnata dalla formazione di un volume di pori che permette all'acqua che
gela di espandere senza danno per il calcestruzzo. Il tempo necessario perché il calcestruzzo
raggiunga la resistenza a compressione voluta dovrebbe essere determinato sperimentalmente.
- dalle condizioni ambientali durante e dopo la stagionatura. Una bassa umidità relativa,
l'insolazione e l'alta ventosità accelerano l'essiccazione del calcestruzzo non adeguatamente protetto
nei primi stadi dell'idratazione.
Finche la idratazione del cemento non abbia progredito per almeno 10-20 h, l'evaporazione
dell'acqua dalle superfici esposte del calcestruzzo avviene come da una superficie bagnata purché
acqua sufficiente essudi in superficie. E' perciò di notevole importanza impedire che durante le
prime 24 h dopo il getto la essiccazione sia eccessiva, se si vuole prevenire la fessurazione da ritiro
plastico. La effettiva quantità di acqua che può essere perduta da una superficie esposta bagnata di
calcestruzzo può essere stimata dalle fig. 3 e 4. Il fattore decisivo che determina la velocità di
evaporazione è la differenza Δ p tra la pressione parziale del vapore sullo strato di acqua alla
superficie del calcestruzzo e la pressione parziale nell'aria ambiente.
Controllo delle differenze di temperatura durante la stagionatura.
Non è possibile stabilire esatti limiti per le differenze di temperatura che sono accettabili nelle
sezioni trasversali in fase di indurimento poiché esse dipendono non solo dalla composizione
dell'impasto e dalle caratteristiche di sviluppo della resistenza ma anche dalla forma geometrica
dell'elemento strutturale e dalla velocità con la quale il manufatto, dopo la rimozione dei casseri,
raggiunge l'equilibrio termico con l'ambiente.
In base all'esperienza, si raccomanda di rispettare i limiti seguenti per limitare le tensioni di
origine termica:
a) una differenza massima di 20 °C sulla sezione durante il raffreddamento dopo la rimozione dei
casseri;
b) una differenza massima di 10-15 °C attraverso i giunti di costruzione e per strutture con sezioni
di dimensioni molto variabili.
Stagionatura ordinaria.
Si definisce «ordinaria» la stagionatura che avviene alla temperatura ambiente, nell'intervallo
5-35 °C, con esclusione di qualsiasi intervento esterno di riscaldamento o di raffreddamento.
La presa e l'indurimento dell'impasto cementizio dipendono dalla continua presenza di acqua. Il calcestruzzo all'atto del getto, contiene una quantità di acqua libera che assicura l'idratazione del cemento. E' necessario fare in modo che quest'acqua resti disponibile o comunque possa essere rapidamente ripristinata sino a quando lo spazio riempito da acqua e cemento non sia in gran parte sostituito da prodotti di idratazione. Il processo di idratazione (e quindi l'indurimento) può infatti progredire significativamente quando la tensione di vapore nei pori della pasta cementizia è prossima al valore di saturazione (UR > 90%).
Una buona stagionatura è necessaria per conseguire un risultato ottimale da un buon calce-
struzzo. Una stagionatura non corretta rende mediocre un calcestruzzo altrimenti buono, ma una
stagionatura corretta non può compensare le deficienze di composizione e di scelta dei componenti
del calcestruzzo. Tutti gli sforzi tesi a migliorare le condizioni di stagionatura risultano vani se la
qualità del calcestruzzo è inadeguata.
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5. Contenuto principale delle linee guida: prescrizioni per il cls
Il calcestruzzo va di regola specificato dal progettista come «miscela progettata» con riferi-
mento alle proprietà richieste al calcestruzzo (a prestazione garantita). Tuttavia, su richiesta della
Stazione Appaltante, il calcestruzzo può essere specificato come miscela prescritta (calcestruzzo a
composizione richiesta) prescrivendo la composizione in base ai risultati di prove preliminari
effettuate secondo la procedura di seguito definita, o in base all'esperienza a lungo termine
acquisita su calcestruzzo simile.
Per «miscela progettata» si intende un calcestruzzo per il quale il progettista ha la responsabi-
lità di specificare le prestazioni richieste ed ulteriori caratteristiche e per il quale il produttore è
responsabile della fornitura di una miscela conforme alle prestazioni richieste ed alle ulteriori
caratteristiche.
Per miscela a composizione richiesta si intende un calcestruzzo del quale il progettista specifica la composizione della miscela ed i materiali da utilizzare. Il produttore è responsabile della fornitura della miscela specificata così come richiesta, ma non risponde delle prestazioni effettive della stessa.
Nel caso di calcestruzzo a composizione richiesta, occorre presentare una documentazione delle
prove preliminari effettuate, volte a garantire che la composizione richiesta sia adeguata per
soddisfare tutti i requisiti riguardanti le prestazioni del calcestruzzo nella fase fresca ed indurita,
tenendo conto dei materiali componenti da utilizzare e delle particolari condizioni del cantiere.
I dati fondamentali per i calcestruzzi a prestazione garantita, da indicarsi in tutti i casi,
comprendono:
a) Classe di resistenza
b) Massima dimensione nominale degli aggregati
c) Prescrizioni sulla composizione del calcestruzzo a seconda della sua destinazione d'uso (per es.
classe di esposizione ambientale; calcestruzzo semplice o armato, normale o precompresso)
d) Classe di consistenza.
Se del caso, dovranno essere determinate le seguenti caratteristiche:
e.1) Caratteristiche del calcestruzzo indurito:
- resistenza alla penetrazione dell'acqua ai fini della permeabilità ;
- resistenza ai cicli di gelo e disgelo;
- resistenza all'azione combinata del gelo e di agenti disgelanti;
- resistenza agli attacchi chimici;
- requisiti tecnici aggiuntivi.
e.2) Caratteristiche della miscela:
- tipo di cemento;
- classe di consistenza;
- contenuto d'aria;
- sviluppo di calore durante l'idratazione;
- requisiti speciali riguardanti gli aggregati;
- requisiti speciali concernenti la resistenza alla reazione alcali-silice;
- requisiti speciali riguardo alla temperatura del calcestruzzo fresco;
- requisiti tecnici aggiuntivi.
Nel caso di calcestruzzo preconfezionato, vanno prese in considerazione condizioni supplemen-
tari relative al trasporto ed alle procedure di cantiere (tempo e frequenza delle consegne, trasferimento per pompaggio o per nastro trasportatore, etc.).
Calcestruzzo indurito.- Resistenza a compressione.
La resistenza a compressione del calcestruzzo viene espressa in termini di resistenza caratteri-
stica, definita come quel valore al di sotto del quale viene a trovarsi dal punto di vista probabili-
stico il 5% dell'insieme di tutti i possibili valori di resistenza misurati sul calcestruzzo in esame. La
resistenza dovrà essere determinata con le modalità previste dalle norme in seguito elencate.
Classi di resistenza a compressione
Il calcestruzzo è classificato in base alla resistenza a compressione, espressa come resistenza
caratteristica Rck oppure fck. La resistenza caratteristica Rck viene determinata sulla base dei valori
ottenuti da prove a compressione a 28 giorni su cubi di 150 mm di lato; la resistenza caratteristica
fck, viene determinata sulla base dei valori ottenuti da prove a compressione a 28 giorni su cilindri
di 150 mm. di diametro e 300 mm. di altezza; i valori, espressi in N/mm2, risultano compresi in
uno dei seguenti campi:
- calcestruzzo non strutturale: C8/10 - C12/15
- calcestruzzo ordinario: C16/20 - C45/55
- calcestruzzo ad alte prestazioni: C50/60 - C60/75
- calcestruzzo ad alta resistenza: C70/85 - C100/115
elencati nella tabella seguente.
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6. Contenuto principale delle linee guida: Durabilità, vita in servizio
Agli effetti della vita in servizio occorre distinguere tra durabilità potenziale del calcestruzzo,
inteso come materiale da utilizzare in una specificata condizione ambientale, e durabilità effettiva
del calcestruzzo in opera, cioè con le proprietà che esso ha nel contesto della struttura.
Premesso che ogni fenomeno di deterioramento che si manifesta in una struttura è la conse-
guenza della incompatibilità tra qualità locali del calcestruzzo e condizioni locali di esposizione,
appare evidente che la vita in servizio associata al calcestruzzo come materiale potrà essere
effettivamente raggiunta nella struttura purchè , a posa in opera avvenuta, la qualità del calcestruzzo non sia stata in qualche modo compromessa e purchè le condizioni di esposizione stimate
in sede di progetto non subiscano nel tempo variazioni di rilievo.
I fattori responsabili di variazioni negative nelle proprietà locali del calcestruzzo possono avere
origine:
a) dalla complessità delle scelte architettoniche e progettuali;
b) dall'adozione di procedure di lavorazione non adatte alla specifica applicazione o, se adatte,
non attuate correttamente;
c) dalla inefficacia del controllo di qualità ;
d) dall'impiego di materiali non idonei, negli interventi di ripristino.
Poichè quanto specificato nel presente paragrafo circa la composizione del calcestruzzo (Tab. 11)
ha come scopo l'ottenimento di un materiale con ridotta permeabilità , è fondamentale per la
durabilità della struttura evitare:
a) la presenza di vuoti dovuti ad inadeguata compattazione o a non omogenea distribuzione
dell'impasto nella cassaforma;
b) la formazione di fessure da ritiro plastico;
c) l'interruzione anticipata della stagionatura protetta;
d) la riduzione del copriferro al di sotto del limite minimo previsto.
Ai fini della durabilità , il calcestruzzo dovrebbe avere un coefficiente di permeabilità K infe-
riore o uguale a 1 x 10-1 m/s o una resistenza alla penetrazione di acqua secondo ISO 7031-1994
(UNI E 07.04.113.0), con valore massimo non superiore a 50 mm e valore medio non superiore a
20 mm. Quindi sono da considerare equivalenti le prescrizioni seguenti, relative all'impermeabilità
di un calcestruzzo:
- coefficiente di permeabilità K ≤ 1 x 10-1 m/s
- spessore medio di penetrazione dell'acqua ≤ 20 mm.
Il valore medio di penetrazione non superiore a 20 mm per il quale il materiale è ritenuto
adeguatamente impermeabile non ha giustificazione fisica ma è stato dedotto sulla base di indagini
sperimentali.
Come è stato detto in precedenza il controllo della permeabilità attraverso prove di penetra-
zione dell'acqua è giustificato soltanto nel caso di opere di particolare importanza, considerando gli
oneri derivanti dagli studi di laboratorio che occorre effettuare nella fase di scelta dei rapporti di
composizione e dalle verifiche della qualità del calcestruzzo in opera, attraverso il prelievo di
carote.
Nella pratica ordinaria il controllo di qualità del calcestruzzo durabile è , più semplicemente,
basato sulla misura della resistenza a compressione (resistenza caratteristica). Il criterio ha come
riferimento la relazione permeabilità -rapporto a/c-resistenza meccanica. Al diminuire di a/c, diminuisce il volume dei pori capillari o penetrabili dalle sostanze presenti nell'ambiente di esposizione
e di conseguenza diminuisce la permeabilità mentre aumenta la resistenza meccanica. Benchè non vi
sia una relazione lineare decrescente tra permeabilità e resistenza, tuttavia il controllo della
durabilità attraverso la resistenza risulta sufficientemente affidabile.
Il grado di affidabilità è senz'altro maggiore di quello che si avrebbe qualora il controllo
venisse effettuato mediante la misura del rapporto a/c, considerando che i metodi per valutare il
dosaggio di acqua e di cemento in un calcestruzzo non sono semplici e soprattutto non sufficientemente precisi.
La tabella 11 mostra come quasi sempre la resistenza caratteristica per la durabilità sia
piuttosto elevata, al punto da poter risultare maggiore della resistenza introdotta usualmente nel
calcolo strutturale.
In tali circostanze, la classe del calcestruzzo da adottare nel progetto, va definita in base alle
esigenze della durabilità , anche se in tal modo risulterà esuberante rispetto alle pure esigenze
statiche.
La interruzione anticipata della stagionatura protetta ha notevoli effetti negativi sulla permea-
bilità perchè causa una diminuzione del grado di idratazione del legante. Alle temperature ordinarie
la velocità di idratazione del cemento diminuisce a valori trascurabili se la umidità relativa interna
dell'impasto scende al di sotto dell'80%.
Quando la stagionatura protetta viene interrotta, e l'acqua che non ha ancora reagito è
allontanata a causa dell'essiccamento subito dal calcestruzzo nell'equilibrare la sua umidità interna
con quella dell'aria, la porosità dei pori penetrabili dalle sostanze contenute nell'ambiente - cioè
dei pori che determinano la permeabilità , anche noti come pori capillari - risulterà piuttosto alta,
indipendentemente dal basso rapporto a/c usato. Pertanto la permeabilità sarà maggiore proprio
negli strati pù esterni cioè nella zona della struttura alla quale è affidato il compito di rallentare la
penetrazione degli agenti esterni.
Oltre ai fattori discussi, sulla durabilità della struttura influiscono il microclima ed i dettagli di
progetto.
Il microclima rappresenta le condizioni di esposizione effettivamente esistenti a contatto con la
superficie della struttura; esso può essere diverso dal macroclima e, con riferimento alla struttura,
diverso da zona a zona. A causare diversità e variabilità concorrono i dettagli di progetto e
situazioni particolari che si manifestano durante il servizio.
Pertanto natura ed entità del deterioramento nel tempo dipenderanno dalla maggiore o minore
compatibilità tra microclima e qualità locale del calcestruzzo in opera.
In conclusione, tenuto conto che, allo stato attuale delle conoscenze, non è possibile sottoporre
le decisioni assunte ad un'analisi del rischio, progettare in funzione di una data vita in servizio,
non esclude a priori la necessità di dover effettuare interventi di manutenzione al fine di mantenere
la funzionalità della costruzione.
Lo scopo che in ogni caso si raggiunge è di limitare gli effetti deleteri della penetrazione delle
sostanze potenzialmente aggressive, presenti nell'ambiente di esposizione e quindi di ridurre numero,
estensione e gravità degli interventi di manutenzione.
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Bibliografia (in costruzione)
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