Testare la resistenza alla compressione del calcestruzzo – Cosa, perché e come?

Informazioni dalla National Ready Mixed Concrete Association

Che cos’è la resistenza alla compressione del calcestruzzo?

Le miscele di calcestruzzo possono essere progettate per fornire una vasta gamma di proprietà meccaniche e di durata per soddisfare i requisiti di progettazione di una struttura. La resistenza alla compressione del calcestruzzo è la misura di prestazione più comunemente usata dall’ingegnere nella progettazione di edifici e altre strutture. La resistenza alla compressione viene misurata rompendo campioni cilindrici di calcestruzzo in una macchina per prove di compressione. La resistenza alla compressione è calcolata dal carico di rottura diviso per l’area della sezione trasversale che resiste al carico e riportato in unità di libbra-forza per pollice quadrato (psi) in unità consuetudinarie USA o megapascal (MPa) in unità SI. I requisiti di resistenza alla compressione del calcestruzzo possono variare da 2500 psi (17 MPa) per il calcestruzzo residenziale a 4000 psi (28 MPa) e oltre nelle strutture commerciali. Resistenze più elevate fino a e superiori a 10.000 psi (70 MPa) sono specificate per alcune applicazioni.

Perché viene determinata la resistenza alla compressione?

I risultati delle prove di resistenza alla compressione sono utilizzati principalmente per determinare che la miscela di calcestruzzo consegnata soddisfa i requisiti della resistenza specificata, ƒ′c, nella specifica del lavoro.

I risultati delle prove di resistenza dei cilindri gettati possono essere utilizzati per il controllo della qualità, per l’accettazione del calcestruzzo o per stimare la resistenza del calcestruzzo in una struttura allo scopo di programmare le operazioni di costruzione come la rimozione delle forme o per valutare l’adeguatezza della stagionatura e della protezione offerta alla struttura. I cilindri testati per l’accettazione e il controllo della qualità sono fatti e curati secondo le procedure descritte per i campioni curati standard in ASTM C 31 Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field. Per la stima della resistenza del calcestruzzo sul posto, ASTM C 31 fornisce le procedure per i provini curati sul campo. I provini cilindrici sono testati in conformità con ASTM C 39, Metodo di prova standard per la resistenza alla compressione di provini di calcestruzzo cilindrici.

Un risultato di prova è la media di almeno due provini di resistenza curati standard fatti dallo stesso campione di calcestruzzo e testati alla stessa età. Nella maggior parte dei casi i requisiti di resistenza per il calcestruzzo sono ad un’età di 28 giorni.

Gli ingegneri di progettazione utilizzano la resistenza specificata ƒ´c per progettare elementi strutturali. Questa resistenza specificata è incorporata nei documenti del contratto di lavoro. La miscela di calcestruzzo è progettata per produrre una resistenza media, ƒ′cr, superiore a quella specificata in modo che il rischio di non rispettare la specifica di resistenza sia ridotto al minimo. Per soddisfare i requisiti di resistenza di una specifica di lavoro si applicano entrambi i seguenti criteri di accettazione:

• La media di 3 prove consecutive dovrebbe essere uguale o superiore alla resistenza specificata, ƒ´c
• Nessuna singola prova di resistenza dovrebbe scendere al di sotto di ƒ´c per più di 500 psi (3.45 MPa); o di più di 0,10 ƒ´c quando ƒ´c è più di 5000 psi (35 MPa)

È importante capire che una singola prova che scende al di sotto di ƒ´c non costituisce necessariamente un fallimento nel soddisfare i requisiti di specifica. Quando la media delle prove di resistenza su un lavoro sono alla forza media richiesta, ƒ′cr, la probabilità che le singole prove di resistenza siano inferiori alla forza specificata è di circa il 10% e questo è tenuto in considerazione nei criteri di accettazione.

Quando i risultati delle prove di resistenza indicano che il calcestruzzo consegnato non soddisfa i requisiti della specifica, è importante riconoscere che il fallimento può essere nella prova, non nel calcestruzzo. Questo è particolarmente vero se la fabbricazione, la manipolazione, la stagionatura e la prova dei cilindri non sono condotte secondo le procedure standard. Vedere CIP 9, Resistenza bassa dei cilindri di calcestruzzo.

Le registrazioni delle prove di resistenza storiche sono usate dal produttore di calcestruzzo per stabilire la resistenza media obiettivo delle miscele di calcestruzzo per i lavori futuri.

Come provare la resistenza del calcestruzzo

• I provini cilindrici per le prove di accettazione dovrebbero essere di dimensioni 6 x 12 pollici (150 x 300 mm) o 4 x 8 pollici (100 x 200 mm) quando specificato. I campioni più piccoli tendono ad essere più facili da realizzare e maneggiare sul campo e in laboratorio. Il diametro del cilindro usato dovrebbe essere almeno 3 volte la dimensione massima nominale dell’aggregato grossolano usato nel calcestruzzo.
• Registrare la massa del provino prima di tapparlo fornisce informazioni utili in caso di controversie.
• Per fornire una distribuzione uniforme del carico durante le prove, i cilindri sono tappati generalmente con malta di zolfo (ASTM C 617) o tappi di neoprene (ASTM C 1231). I tappi di zolfo dovrebbero essere applicati almeno due ore e preferibilmente un giorno prima della prova. I tappi di neoprene possono essere utilizzati per misurare la resistenza del calcestruzzo tra 1500 e 7000 psi (da 10 a 50 MPa). Per resistenze più elevate fino a 12.000 psi, i tappi di neoprene possono essere utilizzati se sono qualificati da una prova di accompagnamento con tappi di zolfo. I requisiti di durezza durometrica per i cuscinetti in neoprene variano da 50 a 70 a seconda del livello di resistenza testato. I tamponi devono essere sostituiti in caso di eccessiva usura.
• I cilindri non devono essere lasciati asciugare prima della prova.
• Il diametro del cilindro deve essere misurato in due punti ad angolo retto l’uno con l’altro a metà altezza del provino e si deve fare la media per calcolare la sezione trasversale. Se i due diametri misurati differiscono di più del 2%, la bombola non deve essere sottoposta a prova.
• Le estremità dei provini non devono discostarsi dalla perpendicolarità con l’asse della bombola di più di 0,5º e le estremità devono essere piane entro 0,002 pollici (0,05 mm).
• I cilindri devono essere centrati nella macchina per prove di compressione e caricati fino alla rottura completa. Il tasso di carico su una macchina idraulica dovrebbe essere mantenuto in un intervallo da 20 a 50 psi/s (da 0,15 a 0,35 MPa/s) durante l’ultima metà della fase di carico. Il tipo di rottura dovrebbe essere registrato. Un modello comune di rottura è una frattura conica (vedi figura).
• La resistenza del calcestruzzo è calcolata dividendo il carico massimo alla rottura per l’area trasversale media. C 39 ha dei fattori di correzione se il rapporto lunghezza-diametro del cilindro è tra 1,75 e 1,00, il che è raro. Almeno due bombole vengono testate alla stessa età e la resistenza media viene riportata come risultato della prova con un’approssimazione di 10 psi (0,1 MPa)
• Il tecnico che esegue la prova deve registrare la data di ricevimento in laboratorio, la data della prova, l’identificazione del provino, il diametro della bombola, l’età della prova, il carico massimo applicato, la resistenza alla compressione, il tipo di frattura ed eventuali difetti nelle bombole o nelle calotte. Se misurata, dovrebbe essere annotata anche la massa dei cilindri.
• La maggior parte delle deviazioni dalle procedure standard per la fabbricazione, la stagionatura e la prova dei provini di calcestruzzo risulterà in una resistenza misurata inferiore.
• Lo scarto tra i cilindri compagni dello stesso set e testati alla stessa età dovrebbe essere, in media, circa il 2 – 3% della resistenza media. Se la differenza tra due cilindri compagni supera troppo spesso l’8%, o il 9,5% per tre cilindri compagni, le procedure di prova del laboratorio dovrebbero essere valutate e corrette.
• I risultati delle prove effettuate da diversi laboratori sullo stesso campione di calcestruzzo non dovrebbero differire di più del 13% circa della media dei risultati delle due prove.
• Se uno o entrambi i cilindri di una serie si rompono a una resistenza inferiore a ƒ´c, valutare i cilindri per problemi evidenti e tenere i cilindri testati per un esame successivo. Spesso la causa di un test fallito può essere facilmente vista nella bombola, immediatamente o tramite un esame petrografico. Se viene gettata via, si può perdere una facile opportunità di correggere il problema. In alcuni casi vengono fatti cilindri di riserva aggiuntivi che possono essere testati se un cilindro di un set si è rotto ad una resistenza inferiore.
• Una prova di 3 o 7 giorni può aiutare a rilevare potenziali problemi con la qualità del calcestruzzo o le procedure di prova al laboratorio, ma non è una base per rifiutare il calcestruzzo, con un requisito di resistenza a 28 giorni o di altra età.
• ASTM C 1077 richiede che i tecnici di laboratorio coinvolti nella prova del calcestruzzo siano certificati.
• I rapporti delle prove di resistenza alla compressione forniscono informazioni preziose al team del progetto per i progetti attuali e futuri. I rapporti dovrebbero essere inoltrati al produttore di calcestruzzo, all’appaltatore e al rappresentante del proprietario il più rapidamente possibile.

1. ASTM C 31, C 39, C 617, C 1077, C 1231, Annual Book of ASTM Standards, Volume 04.02, ASTM, West Conshohocken, PA, www.astm.org
2. Concrete in Practice Series, NRMCA, Silver Spring, MD, www.nrmca.org
3. In-Place Strength Evaluation – A Recommended Practice, NRMCA Publication 133, NRMCA RES Committee, NRMCA, Silver Spring, MD
4. How producers can correct improper test-cylinder curing, Ward R. Malisch, Concrete Producer Magazine, novembre 1997, www.worldofconcrete.com
5. NRMCA/ASCC Checklist for Concrete Pre-Construction Conference, NRMCA, Silver Spring, MD
6. Tips on Control Tests for Quality Concrete, PA015, Portland Cement Association, Skokie, IL, www.cement.org
7. ACI 214, Recommended Practice for Evaluation of Strength Tests Results of Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, www.concrete.org

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