Pavimenti in calcestruzzo

Mi capita assai frequentemente, dopo aver fatto “quattro calcoli” ed aver sottoposto al cliente l’offerta per la realizzazione di un pavimento industriale in calcestruzzo, di sentirmi dire: “mi sembra esagerato, non possiamo farlo più basso?”.

Premesso che non ho la presunzione di ritenermi il più bravo nel mio lavoro, né di utilizzare i migliori software di calcolo, ma…. perché dovremmo fare un pavimento di spessore più basso?
Generalmente le rimostranze si riassumono in:
1) Perché perdiamo volume/altezza/sfruttabilità dell’edificio.  (come se davvero 2 centimetri in meno facessero davvero la differenza in un capannone industriale alto 6/8 metri…)
2) Per farlo costare meno.

Mi soffermo sulla risposta 2, ovvero l’economicità di realizzazione.
Cercare l'economia estrema in pavimento industriale è pratica comune, la quale spesso porta verso risultati di scarsa durabilità o contenziosi.
Quali interessi avrebbe un’impresa specializzata in pavimenti industriali, nel cercare di vendere pavimentazioni di spessore sovradimensionato?  I margini di guadagno non sono proporzionali allo spessore.
Inoltre, un pavimento di spessore troppo elevato diviene inutilmente costoso, quindi il rischio di perdere la commessa diviene quasi una certezza.

spessore pavimento industriale calcestruzzo

Assodato quindi che il pavimentista non ha nessun interesse nel proporre spessori più elevati del necessario, ne vale davvero la pensa spingersi oltre le soglie minime di sicurezza?

Vediamo quindi quali sono i rischi nello spingersi “troppo in basso” e cosa dicono i testi tecnici di riferimento.

  • Il primo fattore da considerare, quello più ovvio, é che al diminuire dello spessore del pavimento diminuisce la sua portata, la sua capacità di supportare il lavoro e, al superamento della soglia limite, la sua integrità e durabilità.
  • Più lo spessore delle piastre è basso, più aumenta l’effetto curling (imbarcamento) a danno della planarità finale del pavimento.
  • Più aumenta l’effetto curling, più le piastre del pavimento mancheranno di un solido appoggio sulla massicciata. Al passaggio dei carrelli si verificheranno movimenti verticali delle piastre di cls, principale causa di degrado dei giunti.
  • Lo stesso documento CNR DT211/2014 (Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo delle Pavimentazioni di Calcestruzzo che trovate gratuitamente nella nostra sezione Download), in merito all’argomento curling specifica che: “…In particolare, è fortemente sconsigliato realizzare pavimentazioni di calcestruzzo con spessori inferiori a 15 cm.”  Ricordo che tale documento è stato citato ufficialmente in una circolare esplicativa delle Norme Tecniche per le Costruzioni 2018. Nonostante ciò, sono innumerevoli le richieste d'offerta ed i capitolati "tecnici" che indicano pavimentazioni ad uso industriale con spessore di 10/12 centimetri, se non meno!
  • Risulta inoltre fondamentale ricordare che lo spessore del pavimento in calcestruzzo e le sue portate, sono direttamente correlate allo strato che supporta la pavimentazione stessa, il quale può essere costituito da massicciata, un getto integrativo, una vecchia pavimentazione, uno strato di coibentazione, etc.  A tal proposito, il Codice di Buona Pratica per la progettazione e realizzazione di pavimenti in calcestruzzo edito da Conpaviper, in merito alle pavimentazioni poste su strato di coibentazione, specifica che “lo spessore minimo (del pavimento) non deve essere inferiore a 15 cm”
  • In ultimo, occorre ricordare che minore é lo spessore del massetto, minori dovranno essere le dimensioni dei lati delle piastre di calcestruzzo. I giunti dovranno quindi essere maggiori.  Se consideriamo i giunti come la parte del pavimento maggiormente soggetta a degrado, maggiori sono i giunti e maggiori saranno le aree oggetto di possibile degrado e maggiore sarà la manutenzione necessaria al pavimento.
     

Dopo aver spiegato tutto questo, di solito mi dicono “Ma non possiamo farlo più basso neanche se mettiamo la rete/fibre?
Premesso che l’inserimento di un armatura composta da rete, fibre od entrambe rappresenta lo standard per ogni pavimento industriale, occorre specificare che le stesse hanno lo scopo di contenere lo stato fessurativo tipico del calcestruzzo e, salvo casi particolari, non hanno correlazione con le portate del pavimento.

spessore pavimento industriale calcestruzzo

Pavimenti a basso spessore: SI, ma per specifiche esigenze.

La tecnologia nel mondo del calcestruzzo e delle pavimentazioni è ovviamente avanzata.
E’ assolutamente possibile, dal punto di vista meramente tecnico, realizzare pavimentazioni in calcestruzzo a basso spessore (<15 cm).
E’ possibile l’utilizzo di calcestruzzi speciali ad alte prestazioni e ritiro controllato, l’utilizzo di armature miste costituite da rete elettrosaldata e fibre sintetiche o metalliche, sino ad arrivare alla tecnica della post-tensione.
Per pavimentazioni collaboranti mediante incollaggio chimico-fisico con le piastre o solai sottostanti, è possibile spingersi nel realizzare pavimenti industriali di pochi centimetri di spessore (sino a 5!)
Risulta ovvio tuttavia che queste soluzioni tecniche rendono il sistema pavimento più costoso rispetto ad un pavimento a medio spessore (15-25 cm) di tipo tradizionale; sono quindi un’ottima soluzione nel caso si debba realizzare pavimenti nel rispetto di quote vincolanti, a causa di errori progettuali, esecutivi o nel caso di ristrutturazioni.

spessore pavimento industriale calcestruzzo
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Come già illustrato in precedenti articoli e video, il calcestruzzo è un materiale da costruzione che, nella sua fase iniziale fluida, contiene una elevata quantità di acqua, solitamente pari ad almeno 160/170 litri al metro cubo.
L’acqua non coinvolta direttamente nel processo di idratazione del cemento tenderà ad evaporare. La maggior velocità di evaporazione dell’acqua d’impasto dipende da (in ordine di rilevanza):

  1. Ampiezza della superficie di calcestruzzo esposta all’aria (tipica ad esempio dei pavimenti industriali)
  2. Ventilazione.
  3. Siccità dell’aria.
  4. Temperatura ambientale ed esposizione ai raggi solari.

L’evaporazione dell’acqua d’impasto corrisponde ad una perdita di volume del calcestruzzo che nello specifico viene definito ritiro igrometrico.
Il ritiro igrometrico innesca delle forze di trazione all’interno della struttura in calcestruzzo.
Come è noto, il calcestruzzo presenta buone/ottime resistenze a compressione che aumentano costantemente durante il periodo di maturazione, ma scarse resistenze a trazione, specialmente nelle fasi iniziali post-getto, in cui tali resistenze sono ridottissime.
Se il ritiro è impedito da vincoli strutturali, si innesca il fenomeno della fessurazione, tipico del calcestruzzo.
Per limitare il fenomeno fessurativo occorre quindi eliminare, per quanto possibile, i vincoli strutturali e controllare il ritiro igrometrico.

Calcestruzzo a ritiro compensato

Il calcestruzzo a ritiro compensato è un calcestruzzo speciale, il cui ritiro igrometrico viene ridotto e controllato mediante uno specifico mix-design e l’utilizzo di agenti chimici espansivi ed SRA (Shrinkage Reducing Admixture).
I compounds espansivi per calcestruzzo sono generalmente a base di idrossido di calcio cotto ad alta temperatura (CaO), Solfalluminato tetracalcico (C4A3S) od ossido di Magnesio (MgO). Questi composti, in reazione con l’acqua formano prodotti (idrossidi od ettringite) in grado di aumentare il proprio volume e quindi compensare, parzialmente, totalmente od addirittura superare la perdita di volume data dall’evaporazione dell’acqua d’impasto del calcestruzzo. Nel caso l’espansione del calcestruzzo venga contrastata elasticamente, possono indursi all’interno della struttura delle forze di compressione.

Se la stagionatura umida del calcestruzzo è buona norma nel calcestruzzo tradizionale, lo è ancor di più nel calcestruzzo a ritiro compensato in quanto, come descritto precedentemente, i compound espansivi possono svolgere la loro funzione solo in presenta di importanti quantità di acqua.
Il calcestruzzo deve quindi rimanere nei casseri sino a completamento delle reazioni chimiche (2 o 7 giorni, in funzione del tipo di espansivo utilizzato) o maturare protetto da teli bagnati. In alternativa è possibile applicare sulla superficie degli antievaporanti chimici (curing agents), i quali fungono da barriera pellicolare contro l’evaporazione dell’acqua.

Gli SRA sono invece additivi riduttori di ritiro a base di glicole propilenico, il quale agisce modificando la tensione superficiale dell’acqua all’interno delle porosità capillari della pasta di cemento. Tale fenomeno diminuisce l’intensità delle forze che agiscono sulle pareti dei pori, garantendo una migliorata stabilità volumetrica della struttura.

Calcestruzzo a ritiro compensato

Calcestruzzo a ritiro compensato: si, ma solo con adeguato progetto.

L’utilizzo di calcestruzzo a ritiro compensato non è la soluzione immediata a tutti i limiti tipici del di questo materiale, e non é da dar per scontata l’assenza di fenomeni fessurativi o l’eliminazione dei giunti di contrazione!
Il calcestruzzo, anche se a ritiro compensato, deve essere progettato in funzione dello specifico utilizzo e delle condizioni ambientali in cui esso verrà applicato.
L’espansione dei compounds deve essere misurata con test di laboratorio, al fine di individuare il corretto dosaggio degli stessi.
Un sovradosaggio di espansivi può essere controproducente! (fidatevi, l’ho imparato a mie spese). Devono inoltre essere valutate le tempistiche con cui l’agente espansivo agisce, assicurandosi che esse siano compatibili con quanto previsto in fase progettuale (ad esempio, per realizzare un pavimento industriale senza giunti, gettato nel mese di Luglio, sarebbe quasi inutile utilizzare un espansivo che inizia a produrre i suoi effetti dopo 2 giorni dal getto)
Le corrette indicazioni per la messa in opera del calcestruzzo e per la sua maturazione umida non devono essere trascurate, anzi, sono ancor più importanti quando si utilizzano agenti espansivi.
La struttura e le armature della stessa, devono essere progettate tenendo in considerazione l’uso di calcestruzzo contenente espansivi.
Solo in questo modo il calcestruzzo a ritiro compensato può soddisfare le aspettative.

Calcestruzzo a ritiro compensato
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Il coefficiente di Winkler o costante di Winkler o modulo di reazione del terreno, indicato generalmente con k, rappresenta la rigidezza del suolo, idealizzato matematicamente alla Winkler come un letto di molle elastiche fra loro indipendenti. Tale metodo ha la comodità di essere usato con facilità nei calcoli strutturali e presenta sufficienti legami alla maggioranza dei casi reali.

Il coefficiente di Winkler (k) non è una proprietà intrinseca del terreno, ma dipende dalla stratigrafia e dalla composizione fisica del suolo (tipologie di terreno, dimensione, forma ed assortimento del pietrisco), che ne determinano lo stato tenso-deformativo.

Nella realizzazione di un pavimento industriale, il coefficiente K è la base di partenza per qualsiasi calcolo progettuale. Il pavimento in calcestruzzo, non essendo “auto-portante”, svolge il suo lavoro dipendentemente dal supporto su cui poggia.

Coefficiente di Winkler o coefficiente di reazione del terreno

Come determinare il coefficiente di Winkler tramite prova di carico su piastra.

Per la determinazione del coefficiente di reazione del terreno k, occorre effettuare delle prove in situ mediante piastra rigida statica del diametro di 760 mm, secondo le indicazioni fornite dalla Norma CNR BU N. 146 del 14 Dicembre 1992. Nonostante la piastra da 30 cm sia più pratica per il trasporto, essa fornisce risultati meno rappresentativi in quanto coinvolge una porzione di massicciata notevolmente inferiore, inoltre i risultati devono essere matematicamente correlati alla piastra da 76 cm.

Individuata la zona della massicciata dove eseguire la prova (preferibilmente NON le zone soggette a maggiore e più facile compattazione), la stessa va livellata con un leggero allettamento di sabbia. Si posiziona la piastra di acciaio, si inserisce al centro della piastra il cilindro idraulico, contrastandolo dal lato opposto con un mezzo d’opera od un’autobetoniera.
A 120° dal perimetro della piastra vanno posizionati tre trasduttori elettronici di spostamento con risoluzione 0,001 mm.
La prova si effettua eseguendo un doppio ciclo di carico e di scarico.

k = 0,07/(L1-L2)

k = Coefficiente di reazione del terreno [N/mm3]
0,07 = Valore teorico entro il quale il terreno risulta sollecitato in modo elastico
L1 = Valore medio delle letture del cedimento della piastra ad esaurimento, ovvero ad una pressione di 0,08 N/mm3
L2 = Valore medio delle letture del cedimento della piastra ad una pressione di 0,01 N/mm3
 

Non esistono valori k “ottimali”, ma solo valori che devono corrispondere a dati di progetto (questo per rispondere a chi, di sovente, mi chiede che valori deve avere la massicciata per poter realizzare un pavimento industriale)
In ogni caso, per pavimentazioni ad uso industriale, è improbabile utilizzare massicciate con valori medi inferiori a 0,06 N/mm3

Coefficiente di Winkler o coefficiente di reazione del terreno

Gli svantaggi della piastra statica e l’alternativa della piastra dinamica.

Il test della piastra statica è il test normato in Italia per la determinazione del coefficiente di Winkler tuttavia, per caratteristiche intrinseche, porta con sé diversi svantaggi:

  • E’ un test che richiede diverso tempo per la sua realizzazione, oltre che la messa a disposizione di un mezzo d’opera di importanti dimensioni che funga da contrasto.
  • La strumentazione e la piastra da 760mm hanno un elevato peso da gestire.
  • Il tempo occorrente per l’esecuzione della prova ne implica un numero esiguo di test eseguibili in una giornata lavorativa, con conseguenze anche economiche.

Il metodo della piastra dinamica risulta estremamente veloce, facile e dinamico per valutare la qualità e l’omogeneità di compattazione di una massicciata.
Il test LWD (Light Weight Deflectometer) si esegue facendo cadere un massa battente di 10 kg su una piastra di 300 mm di diametro, nella quale è alloggiato un accelerometro.
I dati rilevati dall’accelerometro mediante 3 serie di battute, vengono inviati ad un’unità di rilevazione esterna in grado di stampare e/o immagazzinare i risultati.
Data la grande velocità di esecuzione del test (meno di 2 minuti) è possibile eseguire decine/centinaia di rilevazioni, in modo da avere una accurata mappatura dell’omogeneità di compattazione della massicciata, cosa che con il metodo della piastra statica non è possibile!
Purtroppo la piastra dinamica (o LWD test) non gode di un adeguato riconoscimento nella normativa italiana, pertanto i suoi risultati andrebbero comparati con quelli della (obsoleta) piastra statica.

Nel link qui sotto potete vedere un video registrato in cantiere, che parla di massicciata e prove con piastra dinamica.

Coefficiente di Winkler o coefficiente di reazione del terreno
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I pavimenti industriali in calcestruzzo sono sempre stati “figli di un Dio minore” nel mondo delle costruzioni, in quanto ritenuti semplici opere di finitura, da subappaltare al miglior prezzo.
Nell'ideale comune, il pavimento industriale viene realizzato con calcestruzzo, quindi “resistente” a prescindere. Il dimensionamento del massetto, delle sue armature e le portanze della massicciata sono spesso stati dettati da “usi e consuetudini” piuttosto che da calcoli ingegneristici.
Questa mentalità del costruire ha generato milioni di metri quadri di pavimentazioni di scarsa durabilità, portate utili sconosciute, con le ovvie conseguenze per gli utilizzatori finali, in termini di disagi, sicurezza, fermi produttivi ed ingenti costi di manutenzione.
Non è un caso quindi apprendere che, dati dei tribunali italiani alla mano, le pavimentazioni industriali risultano essere le parti dell’immobile maggiormente oggetto di contenzioso, precedute solo dalle impermeabilizzazioni (sulle quali però, di norma, si beneficia di una garanzia decennale).

Coefficiente di Winkler o coefficiente di reazione del terreno

Il riconoscimento ufficiale dei pavimenti industriali nelle NTC2018:

Finalmente, nella circolare esplicativa del Consiglio Superiore dei LLPP, approvata dall’assemblea il 27 Luglio 2018, i pavimenti industriali trovano per la prima volta in Italia, una menzione ufficiale.
Nello specifico, la Circolare riporta: "Per quanto riguarda le pavimentazioni in calcestruzzo può farsi utile riferimento alle CNR-DT 211/2014 - Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo delle Pavimentazioni di Calcestruzzo”

Ciò significa non solo avere una inclusione esplicita dei pavimenti industriali all’interno delle NTC2018, ma anche una “elevazione” di valore legislativo del documento CNR Dt211/2014 (che trovate nella nostra Area Download)

Coefficiente di Winkler o coefficiente di reazione del terreno

I pavimenti in calcestruzzo sono quindi opere di finitura o strutture?

A questo punto, è divenuto necessario chiedersi se le pavimentazioni industriali in calcestruzzo sono divenute STRUTTURE, soggette ad obblighi progettuali di tecnici abilitati e deposito dei progetti ai sensi degli art. 65 e 93 del DPR 380/01.

Conpaviper, ovvero l’Ente Nazionale delle pavimentazioni continue, ha provveduto a richiedere un parere ufficiale all’ex Genio Civile della Regione Toscana il quale, in riferimento al DPR 380/01 e LR 65/2014 ha espresso quanto segue:
"In riferimento alla Vs richiesta di parere via email in data 21/9/2018 relativa ad eventuali obblighi connessi alla realizzazione di pavimentazioni in calcestruzzo si osserva occorre distinguere i seguenti casi:
1) la pavimentazione (ipotizzata come una soletta almeno debolmente armata) abbia una specifica funzione strutturale, autonoma oppure in combinazione con altri elementi (ad esempio travi) e che la stessa sia essenziale per assicurare, localmente o globalmente, la sicurezza statica della costruzione;
2) la pavimentazione costituisca solo un elemento di “finitura” della costruzione e pertanto lo si possa considerare come elemento “portato” alla stregua dei carichi permanenti non strutturali usualmente gravanti sulle costruzioni.

A parere di questo Settore solo il sopra illustrato caso 2 risulta esentato dall’obbligo del deposito del progetto ai sensi degli art. 65 e 93 del DPR 380/01, restando inteso che le strutture chiamate a sostenere tale pavimentazione dovranno essere verificate da tecnico abilitato e, se già esistenti, essere sottoposte a eventuali interventi di rinforzo locale o globale per il quale sarà necessario predisporre uno specifico progetto da depositare ai sensi dei sopra citati articoli del DPR 380/01.

Ricorrendo il caso 1, invece, occorrerà che la pavimentazione in calcestruzzo (elemento con funzione strutturale) sia progettata da professionista abilitato, sia oggetto di deposito presso gli organi di controllo (ex Genio Civile), sia sottoposta al controllo di un Direttore dei lavori abilitato.

Infine si fa presente che l’art. 53 del DPR 380/01 (da leggersi in parallelo al successivo art. 64 e comunque anche nel testo originario dell’art. 1 dell’ancora vigente L. 1086/71) classifica le opere in c.a. quelle “composte da un complesso di strutture in conglomerato cementizio ed armature che assolvono una funzione statica”; inoltre l’art. 64, sempre per le medesime opere richiede di “evitare qualsiasi pericolo per la pubblica incolumità”. Ne consegue che tali evenienze ricorrono solo nel sopra descritto caso 2."

 

Coefficiente di Winkler o coefficiente di reazione del terreno
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E’ possibile ottenere strutture durevoli?

Nelle norme armonizzate europee l’aggregato riciclato è definito come aggregato minerale risultante dal recupero di rifiuti di materiale inorganico precedentemente utilizzato nelle costruzioni.

In parole povere: aggregati provenienti dalla demolizione e frantumazione di preesistenti strutture.

La sperimentazione dell’utilizzo di tali inerti all’interno di nuovo calcestruzzo risulta ovviamente una pratica assai lodevole sotto il profilo ecologico, in quanto consente un efficace riciclo di materiali di risulta di “difficile collocazione” e smaltimento.
Se l’utilizzo di aggregati da riciclo è indicato in calcestruzzi a basse prestazioni, può dirsi altrettanto per calcestruzzi strutturali, come ad esempio nel campo delle pavimentazioni industriali?

Pavimenti industriali in calcestruzzo e aggregati di riciclo.

Le Norme Tecniche emanate il 14/1/2008 cap.11, specificano che “sono idonei alla produzione di calcestruzzo per uso strutturale gli aggregati ottenuti dalla lavorazione di materiali naturali, artificiali, ovvero provenienti da processi di riciclo conformi alla norma europea armonizzata UNI EN 12620 e, per gli aggregati leggeri, alla norma europea armonizzata UNI EN 13055-1. È consentito l’uso di aggregati grossi provenienti da riciclo, secondo i limiti di cui alla Tabella 11.2.III, a condizione che la miscela di calcestruzzo confezionata con aggregati riciclati, venga preliminarmente qualificata e documentata attraverso idonee prove di laboratorio.”
Secondo tale tabella, prendendo ad esempio un cls rck 30/37, ovvero una delle classi di resistenza più utilizzate nella realizzazione di pavimenti industriali, è possibile utilizzare fino ad un massimo del 30% di aggregati grossi provenienti dalla demolizione di solo calcestruzzo.

Non sono un ricercatore scientifico bensì un modesto utilizzatore di calcestruzzo, tuttavia nutro forti dubbi sul fatto che si possa davvero realizzare strutture durevoli, specialmente se poste in aree esterne, realizzate con aggregati da riciclo e vi spiego perché:

Pavimenti industriali in calcestruzzo e aggregati di riciclo.
  1. I calcestruzzi applicati in contesti ambientali che prevedono cicli di gelo e disgelo (ovvero nella maggior parte d’Italia), devono essere realizzati con aggregati non gelivi, ovvero con assorbimento d’acqua ≤1% in peso.   Gli aggregati grossi (4-32 mm) provenienti da frantumazione del calcestruzzo hanno un assorbimento che varia tra il 4 e il 9% (ovvero fino all'800% in più degli aggregati non gelivi) e sembra essere indipendente dalla qualità del calcestruzzo di origine. L’assorbimento degli aggregati fini riciclati può invece raggiungere valori sino al 12%.  Come è possibile quindi realizzare pavimenti industriali esterni resistenti ai cicli di gelo e disgelo e quindi essere durevoli?
  2. Ipotizziamo tuttavia di dover realizzare una pavimentazione industriale ad uso interno e di utilizzare solo aggregati riciclati di grosso diametro. Ipotizziamo inoltre di essere riusciti a qualificare un idoneo mix-design Con una percentuale di assorbimento così consistente, per evitare che gli aggregati sottraggano acqua d’impasto, occorrerebbe che gli stessi, prima della miscelazione si trovino in condizione “saturi a superficie asciutta” (saturi d’acqua ma senza velo d’acqua superficiale).  Tale condizione è di difficile se non impossibile applicazione in un impianto di betonaggio. Ci troveremo quindi o con aggregati bagnati o non saturi, con conseguenti variazioni imprevedibili del rapporto acqua/cemento, dei valori di slump, con ovvie conseguenze.
  3. L’aggregato da riciclo, frantumato, per sua natura ha una forma non ottimale per la realizzazione di calcestruzzi ad alte prestazioni; richiedono maggior pasta di cemento per la loro ricopertura, con aggravio di costi ed un peggioramento delle resistenze e dei ritiri volumetrici.

Mi chiedo: ne vale quindi la pena?

La mia risposta quindi é NO.  Con le attuali condizioni, l'utilizzo di aggregati di riciclo in una pavimentazione industriale, specialmente se in area esterna, comporta talmente tanti rischi e vincoli progettuali da scionsigliarne vivamente l'utilizzo.
Rimango ttuttavia aperto a smentite e correzioni.

Pavimenti industriali in calcestruzzo e aggregati di riciclo.
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