Controlli di accettazione sul calcestruzzo e applicazione ragionata delle norme tecniche

Controlli di accettazione sul calcestruzzo: questo articolo ha l'obiettivo di sollevare alcuni questioni aperte sul tema dei controlli, partendo da un caso concreto. Ovviamente sono interessato a qualsiasi replica e osservazione.

La garanzia delle prestazioni: premesse

Il calcolo di una struttura in calcestruzzo armato fa riferimento alla resistenza a compressione caratteristica, che è quindi uno degli elementi che il progettista deve prescrivere secondo quanto indicato dalle NTC 2018, e quindi per legge, insieme ad altri parametri: la classe di consistenza al getto ed il diametro massimo dell’aggregato, nonché la classe di esposizione ambientale, di cui alla norma UNI EN 206:2016 (il riferimento datato è importante, perchè anche se dovesse cambiare la EN 206 si dovrà fare comunque riferimento alla revisione del 2016).

Classi di esposizione del calcestruzzo EN 206

Per quanto riguarda la resistenza a compressione si fa riferimento ai valori caratteristici delle resistenze cubica Rck, o di quella cilindrica fck, a compressione uniassiale, misurate rispettivamente su cubi di spigolo 150 mm e su cilindri di diametro 150 mm e di altezza 300 mm. 

Anche questa indicazione è importante, perchè sulla norma tecnica sono riportate le dimensioni, e quindi anche se ci dovessero essere indicazioni diverse da parte di norme UNI oppure EN sulla dimensione dei provini, correlata al diametro massimo dell'aggregato ... si dovrà rimanere a queste dimensioni normalizzate.

Come indicato dalla Norme Tecniche la resistenza caratteristica a compressione è definita come la resistenza per la quale si ha il 5% di probabilità di trovare valori inferiori, ed è quella dedotta da prove su provini come sopra descritti, confezionati e stagionati come specificato ed eseguite a 28 giorni di maturazione. 

Le prestazioni del calcestruzzo sono assicurate attraverso più passaggi: innanzitutto il calcestruzzo deve essere prodotto in regime di controllo di qualità, con lo scopo di garantire che rispetti le prescrizioni definite in sede di progetto; quindi il controllo si articola nelle seguenti fasi: 

  • Valutazione preliminare, che serve a determinare, prima dell’inizio della costruzione delle opere, la miscela per produrre il calcestruzzo in accordo con le prescrizioni di progetto. 
  • Controllo di produzione, che riguarda il controllo da eseguire sul calcestruzzo durante la produzione con processo industrializzato del calcestruzzo stesso. 
  • Controllo di accettazione, che riguarda il controllo da eseguire sul calcestruzzo utilizzato per l’esecuzione dell’opera, con prelievo effettuato contestualmente al getto dei relativi elementi strutturali. 
  • Prove complementari, che sono le prove che vengono eseguite, ove necessario, a complemento delle prove di accettazione.

 Le prove di accettazione e le eventuali prove complementari, compresi i carotaggi di cui al punto 11.2.6, devono essere eseguite e certificate dai laboratori di cui all’art. 59 del DPR n. 380/2001 ed è il costruttore a restare comunque responsabile della qualità del calcestruzzo posto in opera, che come abbiamo detto deve essere controllata dal Direttore dei Lavori.

 

Il controllo di accettazione del calcestruzzo: premesse 

Il controllo di accettazione è eseguito alla presenza del Direttore dei Lavori su ciascuna miscela omogenea e si configura, in funzione del quantitativo di calcestruzzo in accettazione, nel: 

– controllo di tipo A; 

– controllo di tipo B

Il prelievo - non quindi il controllo - può essere effettuato anche dal laboratorio incaricato delle prove. La responsabilità quindi resta in capo sempre alla DL.

Controllo di tipo A

Ogni controllo di tipo A è riferito ad un quantitativo di miscela omogenea non maggiore di 300 m3 ed è costituito da tre prelievi, ciascuno dei quali eseguito su un massimo di 100 m3 di getto di miscela omogenea.

Risulta quindi un controllo di accettazione ogni 300 m3 massimo di getto e per ogni giorno di getto va comunque effettuato almeno un prelievo.

Nelle costruzioni con meno di 100 m3 di getto di miscela omogenea, fermo restando l’obbligo di almeno 3 prelievi e del rispetto delle limitazioni di cui sopra, è consentito derogare dall’obbligo di prelievo giornaliero. 

Il controllo è positivo se sono rispettate entrambe le condizioni:

Rc,min ≥ Rck - 3,5

Rcm28 ≥ Rck + 3,5

Controllo di tipo B

Nella realizzazione di opere strutturali che richiedano l’impiego di più di 1500 m3 di miscela omogenea è obbligatorio il controllo di accettazione di tipo statistico (tipo B). Il controllo è riferito ad una miscela omogenea e va eseguito con frequenza non minore di un controllo ogni 1500 m3 di calcestruzzo.

Ogni controllo di accettazione di tipo B è costituito da almeno 15 prelievi, ciascuno dei quali eseguito su 100 m3 di getto di miscela omogenea. Per ogni giorno di getto va comunque effettuato almeno un prelievo.

Per l’interpretazione dei risultati le ultime norme consentono più possibilità sulla scelta del metodo: oltre all’equazione che di seguito viene indicata infatti la norma recita che se si eseguono controlli statistici accurati, l’interpretazione dei risultati sperimentali può essere svolta con i metodi completi dell’analisi statistica assumendo la legge di distribuzione più corretta e il suo valor medio, unitamente al coefficiente di variazione (rapporto tra deviazione standard e valore medio). 

I criteri di controllo sono quindi i seguenti:

  • Rc,min ≥ Rck - 3,5
  • Rcm28 ≥ Rck + 1,48 s
  • Coefficiente di variazione ≤ a 0,3. 
    • per calcestruzzi con coefficiente di variazione (s/Rm) superiore a 0,15 occorrono controlli più accurati, integrati con prove complementari.
  • Infine, la resistenza caratteristica Rck di progetto dovrà essere minore del valore sperimentale corrispondente al frattile (centile, percentile e quantile) inferiore 5% delle resistenze di prelievo e la resistenza minima di prelievo Rc,min dovrà essere maggiore del valore corrispondente al frattile inferiore 1%

Nota

Nel controllo di accettazione si tende a dimenticare l’applicazione di tutti i criteri

Devo osservare che l’applicazione dei criteri di controllo riguardanti la dispersione sia quasi sempre dimenticata, e questo porta ad omologare forniture di calcestruzzo che sono spesso troppo poco costanti ed omogenee. E la difficoltà di stare in questi valori ... la vedremo più avanti.


 

Ma quale scarto quadratico medio si applica

In statistica lo scarto quadratico medio di una popolazione di unità statistiche si definisce esplicitamente con:

scarto quadratico medio del calcestruzzo 

A partire dallo scarto quadratico medio si definisce anche il coefficiente di variazione o la deviazione standard relativa come il rapporto tra lo scarto tipo e il valore assoluto della media aritmetica della variabile in esame semprechè quella media sia non nulla.

Questo indice relativo (che viene spesso espresso in termini percentuali consente di effettuare confronti tra dispersioni di dati di tipo diverso, indipendentemente dalle loro quantità assolute. 

Ma esiste anche un valore dello scarto quadratico diverso, la cosiddetta la deviazione standard corretta.

Nell'ambito della statistica inferenziale (dove è noto solo un campione della popolazione), soprattutto nell'ambito della teoria della stima, a volte si rimpiazza il denominatore  con (n-1) ottenendo:

Scarto quadratico medio corretto del calcestruzzo 

 

Sostanzialmente questa correzione è necessaria poiché non è nota la media dell'intera popolazione, ma solo una sua stima (la media del campione).

E le norme tecniche cosa dicono ? Quali delle due forme si devono utilizzare ? Le NTC non dicono nulla, ma chiarisce l’aspetto la CIRCOLARE, che fa chiaro riferimento alla formula corretta.

 Scarto quadratico medio del calcestruzzo secondo circolare NTC

 

Un caso concreto molto interessante per capire come applicare il controllo

Qualche giorno fa un carissimo amico - con una lunga esperienza nel settore - mi ha chiesto un parere in merito all'interpretazione dei risultati ottenuti dai controlli di accettazione su una fornitura di calcestruzzo. Si trattava della fornitura di un Rck 40 N/mm2.

I controlli erano stati eseguiti come previsto dalle norme con prelievi giornalieri e con una frequenza tale da rispettare i limiti di almeno un prelievo ogni 100 m³ di calcestruzzo fornito.

serie-dati-articolo-controlli-accettazione.jpg

L'amico aveva poi elaborato i risultati sia utilizzando il criterio di accettazione di tipo A, quindi facendo un controllo di accettazione ogni tre prelievi, sia applicando il criterio di accettazione di tipo B, ovvero considerando la serie maggiore di 15 prelievi, ovvero tutti e 24. 

Controllo di accettazione di tipo A

Con il controllo di accettazione di tipo A i 24 valori medi di prelievo sono suddivisi in 8 lotti, la cui resistenza media minima di ogni lotto ottenuta è stata di 51,3 N/mm2, abbondantemente superiore al limite di 43,5 N/mm2, e la resistenza minima di prelievo è stata pari a 46,1N/mm2, anche questi quindi ben al di sopra del limite di 36,5 N/mm2.

Tutti i controlli di accettazione quindi sono stati superati.

controllo di accettazione tipo A risultati

Controllo di accettazione di tipo B

Con il controllo di accettazione di tipo B i 24 valori medi di prelievo hanno dato 60,6 N/mm2 di media 7,7 N/mm2 di scarto quadratico medio, quindi molto al di sopra del valore di 51,4 N/mm2 previsto dalla norma (il valore minimo era stato già verificato).

Anche il criterio del Coefficiente di Variazione è soddisfatto, essendo pari a 0,13.

Anche il criterio "la resistenza caratteristica Rck di progetto dovrà essere minore del valore sperimentale corrispondente al frattile (centile, percentile e quantile) inferiore 5% delle resistenze di prelievo" è soddisfatta perchè il valore del frattile al 5% è 48,9 N/mm2

Infine controlliamo la condizione"Rc,min dovrà essere maggiore del valore corrispondente al frattile inferiore 1%.»: per la distribuzione dei risultati ottenuti al frattile 1% corrisponde un valore di 46,7 N/mm2 … e in questo caso la condizione non è soddisfatta.

Riepilogando questi i risultati ottenuti:

  • Resistenza Media = 60,6 N/mm2   
  • Scarto quadratico medio = 7,7 N/mm2

quindi Rc.m ≥ 51,4 e il Criterio è soddisfatto.

  • Coefficiente di Varianza = 0,13

 

 

quindi CV ≤ 0,3 e  anche ≤ 0,15 e il Criterio è soddisfatto.

  • Frattile al 5% = 48,90 N/mm2

 

quindi Rck = 40 ≤ 48,90 e il Criterio è soddisfatto.

  • Frattile al 1% = 46,74 N/mm2

 

 

quindi Rck = 46,1 non è ≥ 46,74 e il Criterio NON è soddisfatto.

In conclusione sulla base delle verifiche fatte il calcestruzzo è assolutamente conforme con i criteri di accettazione di tipo A, mentre per pochissimo non supera il test del controllo di accettazione di tipo B. Perchè ? semplicemente perchè è troppo alta la variabilità dei dati riscontrati e questo porta a un frattile troppo alto da raggiungere. 

E se spezzassimo i controlli ?

L'analisi dei risultati mi ha portato ad alcune considerazioni che ritengo utile condividere con i nostri lettori. 

Innanzitutto va detto che la fornitura del cantiere era avvenuta in due periodi, prima delle ferie di agosto e dopo le ferie di agosto. 

Pur essendo stato fornito lo stesso calcestruzzo, ovvero la stessa ricetta con le stesse prestazioni attese, i controlli di accettazione avevano evidenziato una grande differenza tra i valori del primo periodo (R1-R17) e quelli del secondo (R18-R24). 

Al fine di accelerare i risultati del controllo di accettazione e verificare il prima possibile la qualità della fornitura del calcestruzzo sarebbe quindi meglio spezzare in due i controlli: prima di agosto e dopo agosto.

Applicando ai primi 17 prelievi il controllo di accettazione di tipo B si ottengono questi risultati: La media è pari a 64,0 N/mm2, mentre dei secondi 7 è pari a 52,5 N/mm2. Come è prevedibile, scavallando il periodo più caldo dell’anno le prestazioni di un calcestruzzo, anche a parità di miscela, sono diverse.

Applicando quindi il controllo di accettazione di tipo B al primo periodo si ottiene una media di 64 N/mm2, uno scarto quadratico medio di 6,4 N/mm2, un coefficiente di varianza di 0,10 e un Frattile 1% di 50 N/mm2. Anche in questo caso, a causa del valore minimo riscontrato in un prelievo pari a 48,9 N/mm2 non si è superato il controllo di accettazione.

Per il successivo periodo (settembre) ci sono solo 7 prelievi.

Quindi andrebbe applicato il controllo di accettazione di tipo A, e ci sarebbe però un problema sulla numerosità dei lotti: un lotto a un valore singolo. Paradossalmente, i controlli di accettazione di tipo Asu queste forniture, che hanno valori medi più bassi, risultano conformi, a differenza di quanto accaduto per il mese di luglio se verificato con il criterio B.

Considerazioni finali

Da queste situazioni numeriche sono arrivato a queste considerazioni:

  • le norme tecniche per il controllo di accettazione di tipo B dovrebbero introdurre delle considerazioni anche temporali e non solo quantitative: deve essere chiaro il significato del controllo di accettazione, ovvero di poter verificare nel tempo più breve possibile e nel modo più attendibile possibile la conformità di una fornitura. Quindi quantità e … tempi.
  • il controllo di accettazione di tipo B prevede la valutazione di un valore che quasi nessuno considera e che appare fin troppo severo: il frattile dell’1%. Questo valore ha l’obiettivo di tenere sotto controllo la effettiva omogeneità dell’impasto ma il limite è difficile da rispettare. L’allarme lo aveva già dato il mio maestro, Roberto Marino, in altri articoli pubblicati su questa testata, ma non avevamo avuto riscontri.
  • il controllo di accettazione di tipo A, che ha il pregio di essere più tempestivo nel restituire i risultati finali del controllo e quindi di poter operare il modo più celere su una fornitura, risulta da queste prove anche decisamente più semplice da superare.
  • il controllo di accettazione di tipo A, che però un problema di numerosità che si può riscontrare a priori se i prelievi non sono programmati per tempo. Si corre il rischio di trovarsi con un lotto senza prelievi sufficienti (vedi mese di settembre).

Infine, va osservato che per fornire un Rck 40, si sia prodotto un calcestruzzo con una resistenza media davvero eccedente, di oltre 60 N/mm2 (dimentichiamoci per un momento il problema del frattile per il controllo di accettazione B). Nel mese di luglio il calcestruzzo aveva una media di 64,0 N/mm2 e uno scarto di 6,4 N/mm2. Quindi applicando in modo semplicistico il controllo di accettazione di tipo A al contrario si ottiene una Rck di circa 55 N/mm2. Lo scotto di avere una produzione molto variabile è quello di dovere produrre quindi calcestruzzi più costosi rispetto a quanto pagati, e sicuramente meno sostenibili avendo un eccesso di resistenza.

L’obbligo di dotarsi di impianti e di processi in grado di produrre in modo molto più costante il calcestruzzo potrebbe apparire un costo, ma in realtà questo breve esempio dimostra come in molti casi questo costo verrebbe abbondantemente recuperato e … si lavorerebbe in modo più sostenibile non solo per quanto riguarda i canoni abituali con cui siamo abituati a ragionare (polvere, acqua, rumore, …) ma anche in termini di spreco di risorse e produzione correlata di CO2.

In ogni caso mi sorprende che non si sia in qualche modo intervenuto con il Consiglio Superiore dei LLPP sul problema del frattile dell'1%, che così come scritto appare come un problema difficile da superare - a meno  che non si usi il mescolatore - per i controlli di accettazione di tipo B.

 

Ultima nota: chi fa il controllo

Abbiamo evidenziato che il prelievo dei provini per il controllo di accettazione debba essere eseguito alla presenza del Direttore dei Lavori o di un tecnico di sua fiducia che provvede alla redazione di apposito verbale di prelievo e dispone l’identificazione dei provini mediante sigle, etichettature indelebili, ecc..

Il laboratorio/ufficiale o autorizzato può essere l’incaricato dell’esecuzione dei prelievi (soluzione che ritengo consigliabile), e nel caso questi siano realizzati da altri spetta ad esso l’accettazione dei campioni accompagnati dalla lettera di richiesta sottoscritta dal direttore dei lavori. 

La norma prevede anche che il laboratorio verifichi lo stato dei provini e la documentazione di riferimento ed in caso di anomalie riscontrate sui campioni oppure di mancanza totale o parziale degli strumenti idonei per la identificazione degli stessi, sospenda l’esecuzione delle prove e ne dia notizia al Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. 

Vedendo la caterva di cubetti che stazionano nei cantieri, sotto il sole o la neve, dipende dal periodo, spesso lasciati nella cubettiera di polistirolo, ho la netta impressione che anche questo controllo, come quello del frattile, sia spesso disatteso. Altrimenti dovremmo avere centinaia e centinaia di segnalazioni al Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. 

Infine ricordo che con Roberto Marino abbiamo affrontato anche la novità di quanto previsto dalle NTC sui tempi di prova "Le prove a compressione vanno eseguite conformemente alle norme UNI EN 12390-3:2009, tra il 28° e il 30° giorno di maturazione e comunque entro 45 giorni dalla data di prelievo.», per chi volesse saperne di più consiglio la lettura del suo articolo.