Pressione del calcestruzzo fresco sulle casseforme
La sfida ingegneristica di cui non si parla abbastanza
Lista di controllo per il monitoraggio della pressione delle casseforme
Lista di controllo da compilare sul campo composta da 35 punti che copre la pianificazione, l'installazione dei sensori, il monitoraggio attivo e la documentazione. Pronta per la stampa.
Il problema non è il risultato del calcolo, ma ciò che accade tra una ripetizione e l'altra
Ogni ingegnere specializzato in casseforme esegue il calcolo della pressione prima di una gettata. Ci riferiamo alla norma DIN 18218, all'ACI 347R o a qualsiasi altra norma applicabile al progetto, inseriamo la portata prevista, la classe di consistenza del calcestruzzo e la temperatura ambiente, ottenendo così un valore di progetto per la pressione laterale massima. La cassaforma viene dimensionata, vengono specificati i tiranti e la scheda di lavoro viene timbrata. Sulla carta, tutto è sotto controllo.
In cantiere, le cose raramente sono così semplici. Il calcestruzzo fresco non è un fluido omogeneo. Non indurisce alla velocità prevista dalla norma. Non sempre raggiunge lo slump promesso. L'operatore della pompa non sempre mantiene la velocità di getto concordata. E quando si lavora con calcestruzzo autocompattante (SCC) o si getta in casseforme per colonne alte e strette sotto la pressione del programma, il divario tra il diagramma di pressione teorico e il carico idrostatico effettivo può essere abbastanza ampio da far saltare un pannello.
Questo articolo tratta della fisica della pressione del calcestruzzo fresco, delle variabili che le formule standard non riescono a gestire in modo ottimale e del ruolo che il monitoraggio in tempo reale tramite sensori svolge nella gestione del rischio proprio dove esso si manifesta: sul fronte di getto, in tempo reale.
I meccanismi della pressione laterale: carico idraulico, irrigidimento e tutto ciò che sta in mezzo
Il calcestruzzo fresco gettato in una cassaforma verticale si comporta inizialmente come un fluido denso. La vibrazione interna rompe temporaneamente i contatti tra le particelle all'interno della miscela e genera uno stato quasi liquido. In quel momento, la pressione sulla superficie della cassaforma è pari al carico idrostatico totale: il prodotto della densità del calcestruzzo, dell'accelerazione di gravità e della profondità della zona vibrata al di sopra del punto di misurazione.
p = ρ · g · h
p = pressione laterale [kN/m²] · ρ = densità del calcestruzzo fresco [kg/m³] · g = 9,81 m/s² · h = profondità sotto la superficie del calcestruzzo [m]
Riferimento idrostatico completo — applicabile all'interno della zona interessata dalle vibrazioni. Fonte: ACI 347R-14; DIN 18218:2010-01
Al di sotto della zona di vibrazione attiva, il calcestruzzo inizia a ricostruire la propria struttura interna. Ha inizio l’idratazione del cemento, si avvia il recupero tissotropico e la pressione laterale diminuisce. Le norme di progettazione tengono conto di questo fenomeno introducendo fattori di correzione relativi alla velocità di getto, alla temperatura ambiente e alla consistenza del calcestruzzo. La norma DIN 18218:2010-01 utilizza le designazioni delle classi di fluidità da F1 a F6 secondo la norma EN 206. La norma ACI 347R-14 applica coefficienti di peso unitario e fattori chimici insieme al termine relativo alla velocità di salita.
Punto chiave dal punto di vista ingegneristicoPer il calcestruzzo autocompattante, la norma DIN 18218:2010-01 richiede che la progettazione tenga conto della pressione idrostatica totale su tutta l'altezza di getto. Il calcestruzzo autocompattante non è soggetto alle vibrazioni meccaniche che innescano l'indurimento precoce nel calcestruzzo convenzionale: il meccanismo di scarico della pressione su cui si basano le formule standard semplicemente non è presente. La sottovalutazione di questo aspetto è una delle cause più comuni di cedimento delle casseforme nei progetti che prevedono l'uso di calcestruzzo autocompattante.
Le variabili che le formule standard non riescono a cogliere appieno
Le formule di progettazione sono volutamente prudenti, ma "prudente" non significa "margine illimitato". La ricerca ha evidenziato una notevole dispersione tra le pressioni calcolate e quelle misurate in entrambe le direzioni. Uno studio sperimentale pubblicato su *Construction and Building Materials* ha rilevato errori relativi tra le previsioni degli standard nazionali e i valori misurati compresi tra −11% e +78%, confermando che la velocità di getto e la lavorabilità sono le variabili determinanti, mentre la temperatura ambiente svolge un ruolo secondario ma significativo.
La variabile principale in tutti gli standard di progettazione. Velocità ridotte consentono un irrigidimento parziale prima della successiva alzata; velocità elevate mantengono la colonna d'acqua più in profondità nella cassaforma.
Le temperature più basse rallentano l'idratazione e ritardano la caduta di pressione. Le colate invernali su sottofondi freddi o elementi prefabbricati sono intrinsecamente più critiche.
Una maggiore fluidità è correlata a una pressione mantenuta più elevata. Le classi F4–F6 si avvicinano al comportamento del calcestruzzo autocompattante anche nelle miscele sottoposte a vibrazione nominale.
I ritardanti prolungano il tempo di lavorabilità e ritardano l'indurimento. La riduzione della pressione prevista dal modello potrebbe verificarsi più tardi — o non verificarsi affatto entro il tempo di getto.
Dove si verificano effettivamente i cedimenti delle casseforme
I cedimenti delle casseforme sono raramente attribuibili a un'unica causa. Le indagini sugli incidenti rivelano quasi sempre una combinazione di fattori: una velocità di getto superiore a quella prevista, calcestruzzo in arrivo a una temperatura inferiore a quella ipotizzata e una squadra di operai che non ha una visione chiara del carico effettivo sulla cassaforma. Il Comitato Tecnico 233-FPC del RILEM ha osservato che i dati raccolti sul campo mostrano costantemente andamenti reali della pressione che divergono dalle ipotesi di progetto e ha individuato la necessità di ulteriori campagne di misurazione per convalidare e migliorare i metodi di calcolo esistenti.
MECCANISMO DI ROTTURA
La sequenza di rottura si svolge tipicamente come segue: la velocità di getto supera il valore di progetto → la pressione aumenta fino a raggiungere la capacità della cassaforma → un collegamento del pannello o un tirante cede localmente → i collegamenti adiacenti vengono sovraccaricati in sequenza → crollo improvviso e progressivo. L'intervallo di tempo tra l'inizio della cedimento e il crollo è breve — spesso inferiore a due minuti. L'ispezione visiva non è in grado di rilevare la deformazione nascosta dei tiranti. Un sensore di pressione può rilevare l'andamento del carico che ne preannuncia il verificarsi.
Monitoraggio della pressione in tempo reale: dalle ipotesi di progetto alla realtà misurata
Il limite fondamentale di qualsiasi calcolo effettuato prima del getto è che si basa su ipotesi. Il monitoraggio della pressione in tempo reale sostituisce tali ipotesi con misurazioni concrete. Un sensore montato a filo con la superficie della cassaforma misura il carico idrostatico effettivo in quel punto, in modo continuo, dal momento in cui il calcestruzzo entra in contatto con la superficie della cassaforma fino al momento in cui la pressione si è completamente attenuata al termine del getto.
Il valore ingegneristico opera su due livelli. Nell'immediato, fornisce al team in cantiere le informazioni necessarie per prendere decisioni razionali in tempo reale sulla velocità di getto. Se la pressione risulta inferiore alla curva teorica, la velocità di getto può essere aumentata in tutta sicurezza. Se invece risulta superiore, la velocità di getto deve essere ridotta prima che il carico raggiunga una soglia critica.
Gestione delle soglie e avvisi automatici
I sensori sono posizionati verticalmente lungo la cassaforma — in genere nel terzo inferiore e a metà altezza per pareti fino a 4 m, con sensori aggiuntivi per elementi più alti. I limiti di soglia sono configurati nel sistema di monitoraggio: un allarme di avvertimento al 75–80% della capacità di progetto e un allarme critico all'85–90%. La soglia critica attiva una notifica all'ingegnere responsabile e al supervisore del getto, con la chiara indicazione di interrompere o ridurre la velocità di getto in attesa di una verifica.
Vantaggi operativi dimostrati
L'impiego sul campo dei sistemi di monitoraggio continuo della pressione delle casseforme ha dimostrato una riduzione dei tempi di getto fino al 30% su elementi comparabili, ottenuta aumentando in sicurezza la portata di getto quando le pressioni misurate confermano un margine sufficiente al di sotto della soglia di progetto. La riduzione dei tempi di occupazione delle casseforme accorcia direttamente i tempi di costruzione e riduce i costi di cantiere, senza compromettere la sicurezza.
La documentazione e la dimensione normativa
I grandi progetti di opere in calcestruzzo prevedono sempre più spesso specifiche che richiedono prove documentate delle operazioni di getto controllate. Un registro continuo della pressione relativo a ogni getto soddisfa tale requisito in modo che una scheda di getto firmata dal capocantiere non è in grado di fare. Esso fornisce una registrazione oggettiva e datata del carico applicato alla cassaforma, della velocità di getto mantenuta e di eventuali azioni correttive intraprese.
Sintesi: l'importanza dei dati misurati rispetto alle ipotesi calcolate
Le norme di progettazione ci forniscono una base razionale per il dimensionamento delle casseforme. Non ci garantiscono però la certezza di ciò che accadrà in cantiere in un determinato giorno di getto, con una miscela specifica proveniente da un determinato impianto. Tale certezza deriva dalle misurazioni.
Il monitoraggio in tempo reale della pressione della cassaforma non sostituisce l'ingegnere. Estende piuttosto il suo raggio d'azione fino alla fase stessa del getto, fornendo i dati che consentono di tradurre le ipotesi di progettazione in un'esecuzione controllata. Il risultato sono getti più sicuri, cicli più rapidi laddove il calcestruzzo lo consenta e una documentazione che attesti che l'operazione è stata condotta entro i limiti di progetto, dalla prima alla ultima colata.
Il sensore non sostituisce la competenza ingegneristica. È piuttosto la concretizzazione di tale competenza quando questa dispone dei dati giusti su cui basarsi.
Riferimenti e norme
- Ding, Z. et al. (2016). Studio sperimentale sulla pressione laterale del calcestruzzo fresco nelle casseforme.* : Construction and Building Materials*, 111, pp. 450–460.
- Proske, T., Graubner, C.-A. et al. (2014). Pressione delle casseforme generata dal calcestruzzo fresco: una rassegna sulle pratiche di progettazione delle casseforme. RILEM TC 233-FPC.
- DIN 18218:2010-01. Pressione del calcestruzzo fresco sulle casseforme verticali. Deutsches Institut für Normung.
- ACI 347R-14. Guida alle casseforme per calcestruzzo. American Concrete Institute.
- EN 206:2013+A2:2021. Calcestruzzo — Requisiti, prestazioni, produzione e conformità. CEN.
- Hurd, M.K. (2007). Pressioni laterali nella progettazione delle casseforme. Concrete International, giugno 2007, pp. 32–38.
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