PROVA DI RESISTENZA SU CUBETTI DI CALCESTRUZZO

La fondazione è una parte imprescindibile di qualsiasi edificio, che trasmette i carichi dalle strutture fuori terra alla base del terreno. La sua resistenza influisce direttamente sulla stabilità, la durabilità e la sicurezza dell’intera opera. L’indicatore principale che caratterizza la qualità del calcestruzzo per le fondazioni è la resistenza a compressione. Questo parametro determina la capacità del materiale di sopportare carichi esterni senza rottura o deformazione. Secondo la norma DBN V.2.6-98:2009 “Strutture in calcestruzzo e cemento armato”, la classe di resistenza a compressione del calcestruzzo è indicata dalla lettera “B” e da un valore numerico (ad esempio, B25, B30), corrispondente alla resistenza cubica garantita in MPa con un’affidabilità dello 0,95. Ciò significa che, per un calcestruzzo di classe B25, solo il 5% dei campioni può avere una resistenza inferiore a 25 MPa. La scelta della classe di calcestruzzo dipende dal tipo di fondazione (a nastro, a platea, su pali), dalle dimensioni, dai carichi di calcolo, nonché dalle condizioni geologico-ingegneristiche del sito.

Una resistenza insufficiente del calcestruzzo nella fondazione può causare il cedimento dell’edificio, la comparsa di fessure nelle pareti e, in casi estremi, il collasso della struttura. È proprio per questo che il controllo regolare della resistenza è una fase obbligatoria del processo edilizio. Le classi di calcestruzzo C8/10, C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C30/37 ecc., utilizzate nella pratica europea (EN 206-1:2000), hanno i loro corrispondenti negli standard ucraini. Ad esempio, la classe C20/25 è l’equivalente di B25. Questa classificazione tiene conto sia della resistenza cilindrica sia di quella cubica, il che permette di valutare più precisamente le caratteristiche del materiale in funzione della forma del carico. Per garantire la durabilità, è fondamentale utilizzare calcestruzzo di alta qualità, conforme a tutti i requisiti di progetto.

Oltre alla resistenza a compressione, per le fondazioni sono importanti anche altre caratteristiche del calcestruzzo, come la resistenza al gelo (indice F), l’impermeabilità (indice W) e la resistenza agli ambienti aggressivi. Questi parametri sono particolarmente rilevanti nelle condizioni del clima ucraino, caratterizzato da significative oscillazioni stagionali di temperatura e da un livello elevato di falda acquifera in molte regioni. Tuttavia, la resistenza a compressione rimane l’indicatore di base su cui si fondano tutti i calcoli e la progettazione. Pertanto, una prova corretta e precisa della resistenza dei cubetti di calcestruzzo è la garanzia di una costruzione riuscita e sicura.

In Ucraina, il controllo della qualità del calcestruzzo, in particolare della sua resistenza, è disciplinato da una serie di norme statali (DSTU). Questi standard sono armonizzati con le norme europee e garantiscono un approccio unificato alle prove e alla valutazione delle caratteristiche dei materiali. I documenti chiave relativi alla prova di resistenza dei cubetti di calcestruzzo sono:

• DSTU B V.2.7-170:2008 “Calcestruzzi. Metodi di determinazione della resistenza mediante campioni di controllo”. Questo standard stabilisce i metodi di fabbricazione dei campioni di controllo del calcestruzzo, la loro stagionatura, nonché la procedura per le prove di compressione, trazione per flessione e trazione assiale. È il documento principale che disciplina la procedura di controllo di laboratorio della resistenza.
• DSTU B V.2.7-214:2009 “Calcestruzzi. Metodi di determinazione della resistenza mediante metodi non distruttivi”. Sebbene questo articolo sia incentrato sul controllo distruttivo (cubetti), questo standard è importante per una valutazione integrata, poiché prevede l’applicazione di metodi ultrasonici e a impulsi d’urto per una valutazione operativa della resistenza direttamente in cantiere, che integra i risultati delle prove sui cubetti.
• DBN V.2.6-98:2009 “Strutture in calcestruzzo e cemento armato”. Questa norma edilizia statale contiene le disposizioni generali per la progettazione di strutture in calcestruzzo e cemento armato, compresi i requisiti relativi alla classe di calcestruzzo, alle sue caratteristiche e alle deviazioni ammissibili.

Secondo la DSTU B V.2.7-170:2008, le dimensioni standard dei campioni di controllo cubici per la determinazione della resistenza a compressione sono 100x100x100 mm, 150x150x150 mm o 200x200x200 mm. I più utilizzati sono i cubetti da 150x150x150 mm. I documenti normativi disciplinano chiaramente il numero di campioni prelevati da un’unica partita di calcestruzzo (di norma non meno di 6 cubetti per una serie di prove: 3 per la resistenza a 7 giorni e 3 per quella a 28 giorni), nonché la periodicità del controllo. Deviazioni da queste norme non solo mettono in dubbio l’oggettività dei risultati, ma costituiscono anche una violazione delle norme edilizie, con possibili conseguenze legali. È importante anche tenere conto della qualità degli impianti tecnici che verranno integrati nelle strutture in calcestruzzo, per evitarne il danneggiamento durante i lavori edili.

La precisione nella determinazione della resistenza del calcestruzzo inizia con un corretto prelievo e formazione dei campioni di controllo. Questa fase è una delle più delicate, poiché qualsiasi deviazione dalla tecnologia può alterare notevolmente il risultato finale della prova. Secondo la DSTU B V.2.7-170:2008, il prelievo dei campioni di calcestruzzo per la realizzazione dei provini deve essere effettuato direttamente sul luogo di posa, durante lo scarico della miscela di calcestruzzo dalla betoniera o dopo la consegna in cantiere.

Regole ed fasi principali del prelievo e della formazione dei campioni:

1. Numero di campioni: Per ogni serie di prove, corrispondente a una determinata partita di calcestruzzo (generalmente non più di 150-200 m³ o un turno di lavoro dell’impianto di betonaggio), vengono realizzati almeno 6 cubetti. Questi 6 cubetti sono suddivisi in due serie: una viene provata all’età di 7 giorni per una valutazione preliminare della resistenza, l’altra all’età di 28 giorni per la determinazione definitiva della classe di calcestruzzo.
2. Uso delle forme: Per la formazione dei cubetti si utilizzano speciali stampi metallici con dimensioni geometriche precise (100x100x100 mm o 150x150x150 mm), conformi ai requisiti DSTU. Gli stampi devono essere puliti, lubrificati con un sottile strato di olio minerale o con un liquido antiaderente speciale, per evitare che il calcestruzzo vi aderisca.
3. Riempimento degli stampi: La miscela di calcestruzzo viene posta negli stampi a strati (generalmente 2-3 strati) e accuratamente compattata. Il metodo di compattazione dipende dalla lavorabilità della miscela di calcestruzzo. Per le miscele plastiche si utilizza la vibrazione su tavolo vibrante da laboratorio, per quelle poco lavorabili la costipazione con barra metallica. Ogni strato viene compattato fino alla comparsa di latte di cemento in superficie e all’arresto del cedimento della miscela.
4. Marcatura: Dopo il riempimento e la compattazione, la superficie del cubetto viene livellata con una cazzuola. Ogni campione deve essere marcato con l’indicazione della data di produzione, il numero di partita del calcestruzzo, la classe e il tipo di struttura (ad esempio, “fondazione”). Ciò permette di evitare confusione e garantire la piena tracciabilità dei risultati.

Il rispetto di queste regole è criticamente importante. Ad esempio, una compattazione insufficiente causa la presenza di vuoti d’aria, che riduce la resistenza effettiva. Una compattazione eccessiva può provocare la segregazione della miscela. Pertanto, la qualità delle attrezzature di laboratorio e la qualificazione del personale che effettua il prelievo e la formazione dei campioni svolgono un ruolo decisivo nel garantire l’attendibilità dei risultati finali.

Dopo la formazione, i campioni di controllo del calcestruzzo devono attraversare un periodo di stagionatura standardizzato, fase non meno importante del processo di prova stesso. Le condizioni di stagionatura influenzano direttamente la velocità di idratazione del cemento e, di conseguenza, l’acquisizione di resistenza del calcestruzzo. Qualsiasi deviazione dalle condizioni normative può alterare i risultati, rendendoli non rappresentativi.

Secondo la DSTU B V.2.7-170:2008 e altri standard internazionali (ad esempio, la EN 12390-2), i campioni di controllo del calcestruzzo devono essere stagionati in condizioni normali. Ciò significa che, per l’intero periodo di indurimento, è necessario mantenere determinati parametri microclimatici:

1. Temperatura: La temperatura standard di stagionatura è (20 ± 2) °C. Deviazioni da questo intervallo possono sia accelerare sia rallentare l’acquisizione di resistenza. Ad esempio, a basse temperature (inferiori a 10 °C) l’idratazione del cemento rallenta, mentre a temperature eccessivamente elevate (superiori a 30 °C) può verificarsi l’evaporazione dell’acqua e un’essiccazione precoce, che influisce negativamente sulla resistenza finale.
2. Umidità: L’umidità relativa dell’aria deve essere mantenuta a un livello non inferiore al 95%. Ciò garantisce condizioni ottimali per lo svolgimento delle reazioni chimiche di idratazione del cemento e previene l’essiccazione del calcestruzzo. In laboratorio, ciò si ottiene stagionando i campioni in apposite camere umide, vasche con acqua satura di calce, o sotto uno strato di sabbia bagnata. Le prime 24 ore, i campioni vengono generalmente conservati negli stampi, coperti con una pellicola, per prevenire l’evaporazione dell’umidità.

L’età standard per l’esecuzione delle prove è di 7 giorni e 28 giorni. La resistenza a 7 giorni fornisce una valutazione operativa della qualità del calcestruzzo, poiché entro questo termine si raggiunge circa il 60-70% della resistenza caratteristica. La resistenza a 28 giorni è considerata quella di progetto (caratteristica) ed è l’indicatore principale per decidere la conformità del calcestruzzo alla classe stabilita. Se necessario, possono essere effettuate prove anche ad altre età, ad esempio 3, 14, 56 o 90 giorni, come previsto dalla documentazione di progetto o da condizioni speciali.

Il rispetto di queste condizioni permette di garantire che la resistenza del calcestruzzo determinata in laboratorio corrisponda il più possibile alla sua resistenza potenziale nella struttura reale, a condizione che vengano rispettate la corretta tecnologia di posa e la cura del calcestruzzo in cantiere.

Al termine del periodo di stagionatura, i campioni di controllo del calcestruzzo vengono sottoposti a prova di compressione mediante una pressa idraulica specializzata. Questo processo è standardizzato e richiede il rigoroso rispetto della metodologia, per garantire precisione e riproducibilità dei risultati.

Fasi principali e requisiti della prova:

1. Preparazione della pressa: La pressa di prova deve essere calibrata secondo i requisiti della DSTU EN ISO 7500-1:2018 “Prova dei materiali metallici. Verifica delle macchine per prove statiche uniassiali di trazione/compressione. Parte 1: Macchine per prove di trazione e compressione” (o standard analoghi). La calibrazione garantisce che le letture del carico siano accurate. Si verifica anche la pulizia dei piatti di appoggio della pressa, che devono essere asciutti e privi di qualsiasi particella estranea che possa influire sull’uniformità di trasmissione del carico.
2. Posizionamento del campione: Il cubetto di calcestruzzo viene posizionato sul piatto inferiore della pressa in modo che il carico venga applicato perpendicolarmente alla direzione di getto (cioè, con le facce laterali rivolte verso i piatti della pressa). Il centro del campione deve essere allineato esattamente con l’asse di carico della pressa. Il piatto mobile superiore viene abbassato fino al contatto con il campione.
3. Applicazione del carico: Il carico sul campione viene applicato in modo continuo e uniforme, a una velocità standardizzata. Secondo la DSTU B V.2.7-170:2008, la velocità di incremento della tensione deve essere di (0,6 ± 0,2) MPa/s per il calcestruzzo fino alla classe B30 e di (0,8 ± 0,2) MPa/s per il calcestruzzo di classe superiore. Un’applicazione del carico troppo rapida o troppo lenta può portare a risultati errati. Il carico viene aumentato fino alla completa rottura del campione.
4. Registrazione dei risultati: Viene registrato il carico massimo sopportato dal campione prima della rottura. Le presse sono generalmente dotate di indicatori digitali che registrano automaticamente questo valore. È importante anche registrare visivamente la modalità di rottura (a cono, a colonna, a scheggiatura), poiché ciò può indicare determinati difetti nel calcestruzzo o nel processo di compattazione.

Dopo aver ottenuto il valore del carico massimo (P, in kN), la resistenza a compressione (R, in MPa) viene calcolata con la formula: R = P / A, dove A è l’area della superficie di appoggio del campione (per un cubetto da 150×150 mm, A = 150 mm × 150 mm = 22500 mm² ovvero 0,0225 m²). I risultati di tutti e tre i campioni di una stessa serie vengono mediati per ottenere un valore rappresentativo di resistenza della serie. Questa procedura richiede elevata precisione e qualificazione dell’operatore. La corretta esecuzione della prova è garanzia dell’attendibilità dei dati ottenuti, che a sua volta incide sull’affidabilità complessiva dei progetti.

I valori di resistenza a compressione ottenuti dalle prove costituiscono la base per determinare la classe effettiva del calcestruzzo e la sua conformità ai requisiti di progetto. Questa è la fase finale e più importante, che determina le decisioni successive riguardo all’utilizzo della struttura in calcestruzzo.

Il processo di interpretazione e determinazione della classe si compone di diverse fasi:

1. Calcolo della resistenza media: Per ogni serie di tre campioni provati a una determinata età (ad esempio, 28 giorni), si calcola la media aritmetica della resistenza a compressione. Se la resistenza dei singoli campioni differisce notevolmente (più del 10-15% rispetto alla media), ciò può indicare disomogeneità del calcestruzzo o errori nella formazione/prova. In tal caso, secondo la DSTU B V.2.7-170:2008, i risultati “anomali” possono essere scartati, oppure la prova deve essere ripetuta.
2. Confronto con la classe di progetto: La resistenza media ottenuta viene confrontata con la classe di calcestruzzo di progetto (ad esempio, B25). È importante ricordare che la classe B25 indica una resistenza garantita di 25 MPa con un’affidabilità del 95%. Ciò significa che la resistenza media, secondo i risultati delle prove di controllo, deve non solo essere superiore a 25 MPa, ma anche soddisfare i requisiti di variazione dei risultati, tenuti in conto nell’elaborazione statistica. Generalmente, la resistenza media effettiva deve superare quella di progetto del 10-15%, per tenere conto delle oscillazioni statistiche.
3. Determinazione della classe effettiva: Se la resistenza media della serie e la sua variazione soddisfano i requisiti dello standard per una determinata classe, il calcestruzzo è considerato conforme a tale classe. Se la resistenza risulta inferiore a quella di progetto, possono essere disposte prove aggiuntive (ad esempio, con metodi non distruttivi direttamente sulla struttura) o adottate decisioni relative al rinforzo della struttura o alla sua sostituzione.
4. Compilazione del verbale: Tutti i risultati delle prove, i calcoli, la classe di calcestruzzo determinata, nonché le informazioni sui campioni e sulle condizioni di prova, vengono riportati nel verbale. Questo documento è la conferma ufficiale della qualità del calcestruzzo e ha valore legale.

Il controllo sistematico della resistenza del calcestruzzo e la corretta interpretazione dei risultati permettono di evitare i rischi legati all’uso di materiale di scarsa qualità e garantiscono la conformità delle strutture edilizie ai parametri di calcolo. Ciò è particolarmente rilevante per le opere in Ucraina, dove gli organi ispettivi verificano scrupolosamente la conformità dei materiali da costruzione alle norme e agli standard stabiliti. Anche la scelta del sito di costruzione influisce sui requisiti di resistenza delle fondazioni. Per saperne di più, consultate la pagina: Scelta del terreno.

La resistenza del calcestruzzo non è solo il risultato dell’idratazione del cemento, ma una proprietà complessa, influenzata da numerosi fattori interconnessi. Comprendere questi fattori è fondamentale per produrre calcestruzzo della classe stabilita e garantirne caratteristiche stabili. I principali fattori determinanti includono:

1. Rapporto acqua/cemento (A/C): È uno degli indicatori più importanti. Minore è il rapporto acqua/cemento (a parità di lavorabilità sufficiente), maggiore è la resistenza del calcestruzzo. L’eccesso di acqua nella miscela di calcestruzzo forma pori dopo l’evaporazione, riducendo la densità e la resistenza della pasta cementizia indurita. Il rapporto A/C ottimale varia tra 0,3 e 0,6, a seconda del tipo di cemento e della lavorabilità richiesta della miscela.
2. Tipo e classe del cemento: Diversi tipi di cemento (ad esempio, CEM I 42,5, CEM II/A-S 32,5) hanno composizione, velocità di idratazione e resistenza finale differenti. L’uso di cemento di classe elevata permette di ottenere un calcestruzzo di maggiore resistenza, a parità delle altre condizioni. Il cemento resistente ai solfati, ad esempio, è destinato ai calcestruzzi utilizzati in ambienti aggressivi.
3. Qualità degli aggregati: Sabbia e ghiaia (pietrisco) costituiscono fino all’80% del volume del calcestruzzo. La loro resistenza, pulizia, composizione granulometrica, forma dei granuli e assenza di impurità nocive influiscono in modo significativo sulla resistenza del calcestruzzo. È obbligatorio l’uso di aggregati lavati e vagliati, conformi alla DSTU B V.2.7-30:2007 “Sabbia per lavori edili” e alla DSTU B V.2.7-34:2007 “Pietrisco per lavori edili”.
4. Additivi: Plastificanti, superfluidificanti, acceleranti e ritardanti di presa, additivi antigelo — tutti modificano le proprietà della miscela di calcestruzzo e del calcestruzzo indurito. Ad esempio, i plastificanti permettono di ridurre il rapporto A/C senza perdita di lavorabilità, il che incide direttamente sull’aumento della resistenza.
5. Compattazione della miscela di calcestruzzo: Una compattazione insufficiente provoca la formazione di vuoti d’aria, che riducono notevolmente la resistenza. L’uso di vibratori (a immersione o di superficie) è lo standard per garantire la massima densità del calcestruzzo.
6. Condizioni di indurimento e cura del calcestruzzo: Mantenere una temperatura e un’umidità ottimali durante i primi giorni e settimane di indurimento è criticamente importante. La protezione dall’essiccazione rapida (bagnatura con acqua, copertura con pellicola) previene la comparsa di fessure da ritiro e favorisce la completa idratazione del cemento, garantendo il raggiungimento della resistenza di progetto. Trascurare queste regole, specialmente in condizioni di caldo o vento intenso, può ridurre la resistenza del calcestruzzo del 20-30%.

Un approccio integrato al controllo di tutti questi fattori — dalla selezione dei componenti alla cura del calcestruzzo indurito — è garanzia di ottenere un materiale con le caratteristiche di resistenza desiderate, il che è criticamente importante per l’affidabilità di qualsiasi progetto edilizio.

La prova dei cubetti di calcestruzzo per la resistenza non è una semplice procedura di laboratorio, ma uno strumento imprescindibile del controllo edilizio, con un’importanza pratica diretta. Permette non solo di confermare la qualità del calcestruzzo fornito, ma anche di reagire tempestivamente a possibili deviazioni. L’applicazione pratica delle prove copre tutte le fasi, dalla preparazione della miscela all’esercizio della struttura.

Quando e chi effettua le prove:

• Negli impianti di betonaggio: I produttori di calcestruzzo effettuano regolarmente prove per controllare la qualità dei propri prodotti e ottenere i certificati di conformità. Ciò garantisce che il calcestruzzo fornito alle opere sia conforme alla classe dichiarata.
• In cantiere: Il committente o l’appaltatore generale organizza il prelievo e la prova dei campioni di controllo direttamente da ogni partita di calcestruzzo posato nelle strutture portanti (fondazioni, colonne, solai). Ciò permette di controllare la qualità del materiale effettivamente utilizzato, tenendo conto delle condizioni di trasporto e posa. Le prove sono generalmente effettuate da laboratori edili indipendenti, accreditati secondo la DSTU ISO/IEC 17025.
• Al collaudo dei lavori: I risultati delle prove sono parte obbligatoria della documentazione esecutiva e costituiscono la base per l’accettazione della struttura in esercizio.

Errori tipici da evitare:

1. Prelievo scorretto dei campioni: Prelievo dei campioni dalle prime o ultime porzioni della betoniera, non rappresentative dell’intera partita. Numero insufficiente di campioni.
2. Violazione della tecnologia di formazione: Compattazione insufficiente o eccessiva, superficie irregolare del cubetto, uso di stampi sporchi o danneggiati.
3. Mancato rispetto delle condizioni di stagionatura: Stagionatura dei campioni all’aperto senza protezione dall’essiccazione, a temperatura non controllata. Ciò può causare un significativo deficit di resistenza.
4. Prova non corretta: Uso di una pressa non calibrata, centraggio errato del campione, velocità di applicazione del carico non conforme.
5. Errori nell’interpretazione: Calcolo errato della resistenza media, ignorare i risultati “anomali” senza verificarli.
6. Assenza di marcatura: Perdita delle informazioni sul campione, che rende impossibile la tracciabilità della partita di calcestruzzo.

Evitare questi errori richiede un’elevata qualificazione del personale che esegue le prove, nonché il rigoroso rispetto dei requisiti della documentazione normativa. La qualità e l’affidabilità della costruzione in Ucraina dipendono direttamente da un approccio responsabile al controllo della resistenza del calcestruzzo. Ciò garantisce non solo la durabilità delle opere, ma anche la sicurezza delle persone che vi abitano o vi lavorano.