Il nuovo calcestruzzo – La lavorabilità del calcestruzzo fresco
6.1 IMPORTANZA DELLA LAVORABILITÀ
Subito dopo il mescolamento dei suoi ingredienti, il calcestruzzo fresco – cioè nello stato plastico – deve essere trasportato, gettato e costipato. La lavorabilità è la caratteristica che indica la capacità del calcestruzzo fresco a muoversi ed a compattarsi.La mobilità del calcestruzzo è importante per facilitare il trasporto (per es: pompaggio), il getto (caduta per gravità lungo una canaletta) e l’avvolgimento dei ferri di armatura all’interno delle casseforme. La compattabilità, invece, è importante per agevolare, per effetto della vibrazione, la fuoriuscita dell’aria intrappolata dal calcestruzzo fresco ed assicurare, quindi, la massima densità possibile del materiale indurito, oltre che il massimo contatto superficiale tra ferri e calcestruzzo. A parità di sistema vibrante, in un calcestruzzo molto lavorabile l’aria intrappolata è facilmente espulsa, mentre in un calcestruzzo poco lavorabile possono permanere dei macrovuoti d’aria (vespai) che penalizzano successivamente la resistenza meccanica, l’aderenza ferro-calcestruzzo e la protezione dalla corrosione delle armature metalliche.
Fig. 6.1 – Calcestruzzi a classe di consistenza crescente da destra a sinistra accanto al cono di AbramsQuindi la lavorabilità – una proprietà tipica del calcestruzzo fresco – finisce con il condizionare anche le prestazioni del calcestruzzo in servizio. Tuttavia, la prescrizione della lavorabilità è tanto spesso disattesa in sede di progetto, quanto diffusamente manipolata sul cantiere con penalizzanti ed improprie riaggiunte d’acqua (§ 5.3, 5.4).Esistono diversi metodi per la misura della lavorabilità ma quello universalmente più utilizzato per la sua semplicità è lo slump test. Questo consiste nel misurare l’abbassamento (slump) del calcestruzzo sformato da un tronco di cono metallico (cono di Abrams) rispetto all’altezza dello stesso calcestruzzo costipato in modo standardizzato all’interno di un cono alto 300 mm (Fig. 1.24). La Fig. 6.1 mostra cinque diversi calcestruzzi a slump crescente da destra a sinistra, ciascuno dei quali appartiene ad un determinato intervallo che definisce la classe di consistenza, individuata dalla lettera S seguita da un numero da 1 a 5 che corrisponde ad un impasto sempre più fl uido (Tabella 6.1).Un altro metodo per misurare la lavorabilità è il cosiddetto Vebè (Fig. 6.2), particolarmente adatto per calcestruzzi asciutti per i quali si richiede una tecnica di messa in opera (roller-crete) basata sull’impiego di rulli vibranti. Nel metodo Vebè, il calcestruzzo viene versato in un cono di Abrams (Fig. 6.2A);
Tabella 6.1 – Classe di consistenza richiesta per alcune tipologie strutturali
Fig. 6.2 – Metodo Vebè per misurare la lavorabilità di calcestruzzi molto asciuttiviene, quindi, ricoperto con un disco trasparente e sottoposto a vibrazione su un tavolo vibrante standard (Fig. 6.2B); la vibrazione viene arrestata quando l’operatore osserva che il disco trasparente è tutto a contatto del calcestruzzo (Fig. 6.2C). Il tempo impiegato esprime la difficoltà di compattare il calcestruzzo ed è tanto più lungo quanto più difficile è la compattazione. Tanto per la misura dello slump, quanto per quella del Vebè, è necessario rimuovere gli aggregati con diametro maggiore di 40 mm in caso di conglomerati come quelli tipicamente impiegati per getti massivi per ridurre il dosaggio di cemento e quindi il calore di idratazione (§ 14.5).
6.2 QUALE LAVORABILITÀ PRESCRIVERE
La scelta della lavorabilità più appropriata del calcestruzzo è funzione del tipo di struttura (densità dei ferri di armatura, della forma e dimensione delle strutture), e della particolare tecnica esecutiva. Pertanto, nessuno meglio del progettista dovrebbe conoscere le difficoltà di getto e scegliere la lavorabilità più appropriata.Nella Tabella 6.1 è mostrata indicativamente la lavorabilità più appropriata (in termini di classi di consistenza e slump) per alcune tipologie di strutture in calcestruzzo.Se si eccettuano alcune particolari tipologie strutturali, per le quali la tecnica esecutiva adottata (vibrofinitrice, o casseri rampanti) richiede necessariamente una classe di consistenza relativamente bassa (terra umida con la vibrofinitrice, e plastica con i casseri rampanti), per la quasi totalità delle opere in calcestruzzo gettato entro casseri la lavorabilità prescelta è compresa tra la classe di consistenza semifluida (S3) e quella superfluida (S5). In generale, maggiore è la densità dei ferri di armatura, maggiore deve essere la fluidità del calcestruzzo.Così pure una maggiore lavorabilità è richiesta per getti entro casseforme di strutture con ridotta sezione e/o con forma complessa che possano ostacolare il movimento del calcestruzzo ed il completo riempimento dei casseri. Indipendentemente dalla tipologia di opera – fatta eccezione per quelle sopra menzionate nelle quali si richiede necessariamente una bassa classe di consistenzaper la speciale tecnica esecutiva – una lavorabilità maggiore comporta una più affidabile, rapida e semplice esecuzione. Per esempio, in una pavimentazione industriale un calcestruzzo a consistenza superfluida (S5) si mette in opera più rapidamente (Fig. 1.22) e quindi più produttivamente di quello a consistenza semifluida (S3), ancorché entrambi siano reologicamente accettabili dal punto di vista esecutivo.Tuttavia, se un progettista tenesse conto della realtà della maggior parte dei cantieri – ed in particolare del livello di qualificazione della manodopera oggi disponibile – non potrebbe trascurare di specificare una classe di consistenza fluida o superfluida (Fig. 6.3), o addirittura di imporre l’impiego di un calcestruzzo autocompattante (Capitolo XVIII) per rendere il getto più affidabile, in quanto meno dipendente dalla qualità della manodopera sul cantiere.
Fig. 6.3 – Messa in opera di calcestruzzo a consistenza superfluida
6.3 VANTAGGI PER L’IMPRESA CON UN CALCESTRUZZO LAVORABILE
Il conseguimento di una maggiore lavorabilità comporta un maggior costo del calcestruzzo (più cemento o impiego di additivi: § 5.3). A fronte di questo maggior costo esistono, tuttavia, due vantaggi per l’impresa nella messa in opera: uno di carattere economico e l’altro di carattere tecnico.Il vantaggio economico consiste in un getto più rapido (quindi con maggiore produttività) ed in una compattazione meno impegnativa (quindi con un minor costo per la manodopera, per il minor consumo dei vibratori e soprattutto dei casseri). Questo vantaggio economico nella messa in opera dovrebbe compensare il maggior costo, sostenuto dall’impresa, per il calcestruzzo fornito a fronte della sua maggiore lavorabilità. Da questo punto di vista occorre evidenziare come l’incremento di costo praticato dai produttori di calcestruzzo in relazione al passaggio da una classe di consistenza a quella successiva (da S3 ad S4 o da S4 ad S5) è spesso dettata da impostazioni commerciali completamente opposte: in alcuni casi si scoraggia, giustamente, l’impiego di calcestruzzi non lavorabili, spesso sottoposti a manipolazioni sui cantieri con penalizzanti riaggiunte d’acqua (§ 5.3) e conseguenti contestazioni, abolendo completamente dal listino i calcestruzzi con classe di consistenza inferiore alla S4 o applicando un prezzo uniforme per i calcestruzzi con classe di consistenza da S1 ad S4 e praticando un sovrapprezzo solo per il calcestruzzo superfluido (S5); in altri casi, al contrario, si scoraggia di fatto l’impiego di calcestruzzi lavorabili con sovrapprezzi eccessivi (talvolta di 2-3 Euro/m3 per un solo salto di classe di consistenza) difficilmente giustificabili da un punto di vista tecnico, né economicamente accettabili da parte dell’impresa che sarà tentata, così, di ordinare calcestruzzi di bassa classe di consistenza per poi manipolarli con ri-aggiunte d’acqua sul cantiere. Una maggiore considerazione, da parte dei fornitori di calcestruzzo, nel calibrare il prezzo della lavorabilità, porterebbe sicuramente ad una maggiore attenzione, da parte dell’impresa, ai vantaggi economici derivanti dalla messa in opera di un calcestruzzo fluido: in altre parole, pur riconoscendo – per effetto della maggior classe di consistenza – un maggior prezzo ad 1 m3 di calcestruzzo alla bocca dell’autobetoniera, si dovrebbe, però, conseguire – per effetto della minore incidenza di mano d’opera e per la maggiore rapidità di getto – un minor costo per 1 m3 di calcestruzzo in opera rispetto ad un corrispondente conglomerato di pari resistenza caratteristica ma meno lavorabile.
6.4 LAVORABILITÀ, COMPATTAZIONE E AFFIDABILITÀ DELL’OPERA
Un calcestruzzo più lavorabile è anche meno dipendente dalla efficacia della compattazione in opera, cioè dalla qualità della manodopera sul cantiere: in sostanza, esso è più affidabile. Se si confrontano due calcestruzzi di pari composizione (in particolare di pari a/c e tipo di cemento), ma differenti solo per la classe di consistenza (S5 ed S2) per la presenza o meno di un additivo superfluidificante (§ 13.12.1), si otterrà la stessa resistenza meccanica (in relazione allo stesso rapporto a/c ed allo stesso cemento) purché i due calcestruzzi siano vibrati per un tempo sufficientemente lungo così da ottenere lo stesso grado di compattazione (§ 6.5).Le Fig. 6.4 – 6.6 riassumono il concetto sopra esposto di affidabilità. La Fig. 6.4 mostra come varia la resistenza meccanica a compressione in funzione del tempo di vibrazione del calcestruzzo fresco subito dopo la messa in opera. Essa indica come con il calcestruzzo a consistenza superfluida (S5) si ottiene il 100% della massima prestazione meccanica purché si vibri per almeno 5 secondi. D’altra parte, con il calcestruzzo a minor consistenza (S2) si ottiene il massimo di prestazione (35 N/mm2) solo se la vibrazione è prolungata per almeno 25 secondi.Inoltre, in assenza di vibrazione la resistenza meccanica del calcestruzzo a consistenza superfluida (30 N/mm2) è pari all’86% del valore massimo (35 N/ mm2), mentre quella del calcestruzzo a consistenza plastica in assenza di vibrazione (14 N/mm2) raggiunge appena il 40% del valore massimo conseguibile con una completa compattazione.
Fig. 6.4 – Resistenza meccanica a compressione a 28 giorni per calcestruzzi con classe di consistenza S2 (senza additivo) ed S5 (con 0,8% di additivo superfluidificante)
