Tecnologo del calcestruzzo: una figura professionale indispensabile per la qualità di produzione e prodotti

Il calcestruzzo è un materiale ampiamente utilizzato, si dice il più utilizzato al mondo dopo l'acqua, ma la conoscenza di alcuni suoi aspetti basilari e incredibilmente ancora spesso di livello basso, e di frequente i media generalisti lo "trattano davvero male" incolpandolo di problemi che in genere sono causati da "un altro soggetto". Ho ritenuto utile fare questa breve intervista a un amico ed autore di Ingenio, l'ing. Matteo Felitti, che cortesemente mi ha risposto. Ecco cosa è emerso. 

Calcestruzzo depotenziato ?

Caro Matteo,

quando oggi un’opera esistente presenta dei problemi strutturali connessi alla qualità del calcestruzzo con cui è stato costruito si usa spesso il termine “calcestruzzo depotenziato”. E’ una frase che ha senso tecnico ? Perchè ho la sensazione che spesso le ragioni stiano a monte, in una prescrizione fin dall’inizio sbagliata dei materiali.

Matteo Felitti (MF): 

Oggi, la questione non è direttamente legata all’ipotetico calcestruzzo “depotenziato”, ma ad una cattiva gestione che parte dal progetto fino alla realizzazione dell’opera.  

A tal proposito, ricordo una pubblicazione del 2011 di Mario Collepardi [1] nella quale si chiarisce molto bene il concetto di calcestruzzo “depotenziato”: 

[…] si vorrebbe indicare un conglomerato intenzionalmente prodotto con una carente quantità di cemento rispetto a quella convenuta per trarre un illecito profitto nella fornitura. 

[…] il limite nel rapporto acqua / cemento massimo e nella resistenza caratteristica minima delle strutture in C.A. presenti nella UNI EN 206-1 e UNI 11104 è più che sufficiente nello stabilire le caratteristiche che debbono possedere le strutture in C.A. durabili in funzione degli agenti aggressivi ai quali sono esposti. 

[…] Pertanto, poiché le norme UNI EN 206-1 ed UNI 11104 non hanno di per sé una cogenza legale, si potrebbero facilmente controbattere le argomentazioni di chi sostiene che un calcestruzzo con un contenuto di cemento inferiore a quello minimo indicato in queste norme è un calcestruzzo non conforme alle prescrizioni in quanto “depotenziato”. 

[…] Purtroppo, però, esistono norme con valenza legale come le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) che finiscono con avvalorare l’erronea interpretazione circa la necessità di un dosaggio minimo di cemento per le opere in C.A. durabili.

A questo punto, farei una precisazione e distinzione tra strutture esistenti e quelle di nuova realizzazione.

Per le strutture esistenti - per mia esperienza diretta - le carote estratte per la caratterizzazione meccanica dei materiali presentano, generalmente, basse resistenze meccaniche. Questo è dovuto, prevalentemente, alle tecniche di messa in opera adottate all’epoca della costruzione. Infatti, i calcestruzzi venivano prodotti in assenza di additivi riduttori di acqua in quanto, all’epoca, tali polimeri o non esistevano, oppure non erano noti ai tecnici e alle maestranze. Pertanto, per agevolare la messa in opera, veniva aggiunta acqua in cantiere la quale aumentava la classe di consistenza e di conseguenza incrementava il rapporto acqua / cemento a scapito delle prestazioni meccaniche e della durabilità. 

Per le strutture di nuova realizzazione, invece, il problema relativo alle prestazioni meccaniche e di durabilità, a mio avviso, è legato, fondamentalmente, a due questioni:

1. Errata prescrizione del calcestruzzo;
2. Mancanza – generalmente - di efficaci controlli di accettazione in cantiere.

Fig. 1 – Si noti, qualitativamente, la differenza tra le due carote estratte: a sinistra un calcestruzzo ben confezionato e ben controllato con ottime prestazioni meccaniche e di durabilità (la presenza dei ferri, in questa carota, ha solo scopi didattici), a destra un calcestruzzo scadente, poco compatto, poroso e con pessime resistenze a compressione.  

Aggiunta d'acqua al calcestruzzo: di chi è la colpa ? 

Sicuramente l’aggiunta di acqua in autobetoniera è uno dei “tumori” del settore. Ma dopo tutti questi anni in cui si è parlato dell’importanza del rapporto acqua cemento ha ancora senso parlare di “incoscienza” e mancata conoscenza del problema o piuttosto è più corretto parlare di noncuranza dovuta all’assenza di controlli ?

(MF): Certamente si tratta di mancanza di opportuni controlli in cantiere da parte di noi Tecnici. Infatti, una delle correlazioni fondamentali utilizzate nel mix-design del calcestruzzo è nota sin dal 1918, quando Duff Andrew Abrams pubblicò i primi risultati sulla correlazione tra il rapporto acqua / cemento e la resistenza meccanica a compressione! 

Dalla legge di Abrams si evince chiaramente che l’aggiunta di acqua in cantiere produce una riduzione importante delle prestazioni meccaniche del calcestruzzo e lo rende, inoltre, poroso e poco durabile. Infatti, come noto dalla letteratura tecnica, per ogni aggiunta di 10 L/mc di acqua si ha una penalizzazione sulle resistenze meccaniche di circa il 10-12%.

Questa operazione è del tutto priva di ragionevolezza in considerazione del fatto che, oggi, esiste una vasta gamma di polimeri capaci di incrementare la lavorabilità del calcestruzzo senza modificare il rapporto acqua / cemento e di “conservare”, anche per diverse ore, la classe di consistenza iniziale in presenza di alte temperature ambientali. 

Fig. 2 – Esempio di correlazione di Abrams: si noti come all’aumentare del rapporto acqua / cemento si abbattano notevolmente le resistenze a compressione. Curva ottenuta su tre impasti da 6 mc ciascuno in centrale di betonaggio. Cemento utilizzato: CEM IV A (V) 42.5 R. 

Se si aggiunge acqua è perchè si vogliono calcestruzzi più lavorabili. Ma se si fornissero calcestruzzo minimo in classe S4 il problema permarrebbe ? E come può essere che nel 2020, a oltre 50 anni dalla nascita del settore del calcestruzzo preconfezionato, ancora si producano e consegnino calcestruzzi in S2 e S3 ?

(MF): Oggi, dove è possibile, sarebbe utile impiegare calcestruzzi a consistenza superfluida o meglio ancora calcestruzzi SCC capaci di autocompattarsi e autolivellarsi senza - o quasi - l’intervento umano. Questo per ottenere calcestruzzi lavorabili, a basso rapporto acqua / cemento, compatti e durabili. 

Ebbene, il motivo per cui ancora oggi vengono prescritti calcestruzzi in classe di consistenza S2, S3, - dove non necessario – credo sia esclusivamente economico. Tali calcestruzzi, infatti, hanno un costo inferiore e vengono, poi, “aggiustati” in cantiere per essere resi lavorabili, con l’aggiunta di acqua, generalmente in assenza del Direttore lavori!

Fig. 3 – Tabella classi di consistenza (PROGETTO CONCRETE)

Fig. 4 – Esempio di calcestruzzo ad alte prestazioni meccaniche in SCC

Produzione del Calcestruzzo e mescolatore 

La crisi ha ridotto l’uso dei cosiddetti trasportatori aziendali, facendo ulteriormente esplodere la scelta dei padroncini. In un sistema quindi in cui il trasporto è affidato a terzi, non si dovrebbe arrivare a una maggiore garanzia della qualità del calcestruzzo obbligando l’uso del mescolatore in impianto ? Quali vantaggi si otterrebbero ? In Europa cosa succede ?

(MF): A mio avviso, generalmente, i cosiddetti “padroncini” non posseggono una adeguata formazione tecnica in tema di trasporto del calcestruzzo. Certo, la presenza di un mescolatore all’impianto di betonaggio, sarebbe necessario o quantomeno opportuno!

I vantaggi infatti sono evidenti: il calcestruzzo viene confezionato direttamente nel mescolatore seguendo le precise indicazioni inviate dall’automazione soprattutto in termini di consistenza. L’autobetoniera, in questo caso, ha il solo ruolo di trasportare il calcestruzzo – già miscelato – in cantiere. 

Lo stesso Luigi Coppola [2] dice: […] La funzione del mescolatore è quella di rendere la miscela più omogenea possibile, ovvero di ottimizzare la distribuzione della pasta cementizia all’interno della miscela, tanto maggiori saranno le resistenze medie alla compressione e tanto minore sarà lo scarto medio dei risultati. L’effetto combinato corrisponde così ad un aumento, anche apprezzabile, delle resistenze caratteristiche, ovvero a parità di resistenza, ad una minore richiesta di cemento […].

In Italia, il mescolatore è molto diffuso negli stabilimenti di prefabbricazione dove i calcestruzzi sono progettati ad alte prestazioni meccaniche, mentre nelle centrali di betonaggio è raro trovare impianti dotati di tale dispositivo anche in ragione della mancanza di uno specifico obbligo di legge. Mi risulta, invece, che in Germania, Svizzera, Olanda, nei Paesi Scandinavi, Spagna, Francia e Belgio il mescolatore è presente in quasi tutte le centrali di betonaggio. 

Senza la presenza di un mescolatore è possibile garantire - solo attraverso le sonde dell’umidità e l’automazione - il rapporto acqua/cemento finale di un calcestruzzo ?

(MF): A mio avviso, il rapporto acqua / cemento, in centrali di betonaggio sprovviste di mescolatore, è molto variabile (proprio per la mancata omogeneizzazione dell’impasto, per dirla con Coppola). Questo si ripercuote sulle resistenze meccaniche medie le quali, poi, comportano un incremento dello scarto medio quadratico. Posso affermare però che esistono centrali di betonaggio che, pur in assenza di mescolatore, producono buoni calcestruzzi. Si tratta di impianti provvisti di automazione (con capacità di eseguire una adeguata “compensazione”) con sonde per il rilevamento dell’umidità nelle sabbie (a questo si aggiunge la misura dell’umidità giornaliera dell’aggregato grosso) e con un sistema di controllo serrato sull’intero processo di produzione fino al trasporto in cantiere del calcestruzzo. Ovviamente, l’auspicio è quello di dotarsi, appena possibile, di un mescolatore fisso ed utilizzare le autobetoniere esclusivamente per il trasporto del materiale.

Spesso si è parlato dell’importanza all’uso del mescolatore in generale, senza entrare nel merito della tipologia di mescolatore adatto per una produzione di calcestruzzo preconfezionato. Un mescolatore quindi vale l’altro ?

(MF): Per rispondere alla domanda devo necessariamente entrare nel merito della tipologia dei vari mescolatori di cui ho diretta conoscenza, tenendo presente che la scelta del dispositivo dipende comunque dal tipo di produzione:

1) I mescolatori a doppio asse orizzontale rappresentano, attualmente, una buona soluzione per la produzione di calcestruzzo preconfezionato, RCC per dighe, misto cementato e per l'industria della prefabbricazione.

Fig. 5 – Mescolatore a doppio asse orizzontale - EUROMECC

2) Nei mescolatori planetari il movimento contemporaneo di rotazione e rivoluzione eseguito dai bracci di mescolazione conferisce omogeneità d'impasto. Sono molto diffusi presso gli impianti di prefabbricazione. 

Fig. 6 – Mescolatore planetario e dotazioni - EUROMECC

3) I mescolatori in continuo a regime forzato sono una soluzione potente e affidabile per i processi di miscelazione in continuo, specialmente per aggregati di grossa pezzatura; sono particolarmente indicati per la produzione di misti cementati e calcestruzzi magri.

Fig. 7 – Mescolatore in continuo - EUROMECC

4) Il mescolatore Dynamic fonde le caratteristiche principali degli impianti in Batch e Continuo, riuscendo a dare una risposta concreta ai Produttori di calcestruzzo che hanno la necessità di fornire sia ready mix che misto cementato.

Fig. 8 – Mescolatore Dynamic - EUROMECC

Certificazione FPC del calcestruzzo

L’obbligo della certificazione FPC è stata ottenuta da tutti gli impianti esistenti senza però portare a un aumento né di prove sul calcestruzzo né di assunzione di tecnici di centrale. Come valuti questa situazione ? Abbiamo ottenuto una certificazione di carta ?

(MF): La certificazione FPC, oltre un obbligo di legge, a mio parere rappresenta un’ottima occasione per le Aziende di provvedere ad ottimizzare il processo di produzione del calcestruzzo.

Spesso, però, in fase di audit presso impianti di betonaggio reperisco solo un cumulo di “carte” insignificanti. Si tratta di documentazione generalmente preparata per far fronte alla visita ispettiva.

Suggerisco ai titolari di Azienda di adottare i modelli preparati e codificati dal Responsabile FPC, di  comprenderne il significato e di cogliere l’occasione per migliorare la produzione, per fornire un prodotto di qualità e fare la differenza sul mercato del calcestruzzo.

Inoltre, suggerisco di inserire nell’organigramma aziendale la figura del Tecnologo del calcestruzzo. Figura professionale indispensabile – sia nelle centrali di betonaggio, sia negli stabilimenti di prefabbricazione – per il progetto delle miscele, la loro messa in produzione e gli opportuni controlli sul calcestruzzo fresco ed indurito. 

Fig. 9 – Il tecnologo del calcestruzzo durante le fasi di studio – in laboratorio - di una miscela di calcestruzzo a ritiro compensato

Prescrizione del calcestruzzo

Una ultima domanda. L’evoluzione tecnologica nel calcestruzzo oggi ha portato alla possibilità di formulare calcestruzzi con caratteristiche e prestazioni un tempo non immaginabili. Ha ancora senso che le norme attuali prevedano la prescrizione di parametri quali il dosaggio minimo di cemento, il rapporto acqua/cemento, … Non si dovrebbe puntare a una nuova evoluzione delle norme in cui ci si concentri di più sull’obbligo di prescrizioni progettuali più moderne, oltre alla Rck e consistenza, quali ad esempio il ritiro, la resistenza alla penetrazione all’acqua, la tenacità e il modulo elastico ...

(MF): Assolutamente d’accordo! Toglierei subito la prescrizione sul dosaggio minimo di cemento contenuto nelle varie classi di esposizione come da tabella UNI 11104: 2016. Infatti, come più volte detto, le prestazioni meccaniche del calcestruzzo dipendono dal rapporto acqua / cemento e non dal dosaggio di cemento. Abrams docet !

La questione relativa alla prescrizione del calcestruzzo è davvero fondamentale. Abbiamo a disposizione apparecchiature e competenze tecniche per formulare calcestruzzi prestazionali e durabili. NON è possibile, ancora oggi, leggere relazioni sui materiali in cui le prescrizioni sui vari tipi di calcestruzzo si riducono al Rck ! 

Infatti, spesso, l’impresa “chiama” un calcestruzzo a “prestazione garantita” (a volte anche a “dosaggio”) citando solo la resistenza cubica caratteristica e i metri cubi da gettare! 

Bisogna assolutamente prescrivere, per i calcestruzzi ordinari, almeno quattro parametri:

1. Classe di resistenza,
2. Classe di esposizione;
3. Classe di consistenza;
4. Diametro massimo dell’aggregato.

Inoltre, aggiungerei:

1. Tipo di cemento;
2. Modulo elastico;
3. Determinazione della profondità di penetrazione dell’acqua sotto pressione;
4. Curva ritiro/espansione;
5. Tipo di elemento da gettare. 

Nel caso di calcestruzzi speciali, fermo restando i punti da 1 a 9, è sempre possibile fare ulteriori richieste al variare delle prestazioni di progetto.

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