La sicurezza e la durabilità delle strutture in cemento armato dipendono in larga misura dalla qualità e dalle proprietà meccaniche dell’acciaio utilizzato per le armature. In particolare nelle costruzioni moderne – soprattutto in zona sismica, dove sono richieste elevata duttilità e resistenza ciclica – è essenziale che le barre d’armatura (i cosiddetti “ferri” per cemento armato) rispettino rigorosi standard di produzione e controlli di qualità.
Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) prevedono infatti controlli sistematici durante tutte le fasi: in stabilimento di produzione, presso i centri di trasformazione dell’acciaio, e infine controlli di accettazione in cantiere prima della messa in opera. In questo articolo analizziamo l’intero ciclo di vita delle barre in acciaio per cemento armato dal punto di vista del controllo qualità, illustrando le differenze tra tondini e staffe (i principali elementi dell’armatura), le rispettive funzioni strutturali e l’abbinamento ottimale nelle strutture. Verranno inoltre approfonditi gli aspetti tecnici della produzione, trasformazione e impiego dell’acciaio per c.a., con un focus sulle normative di riferimento aggiornate in Italia ed Europa – tra cui NTC 2018, norme UNI ed EN – e sui requisiti di marcatura CE e tracciabilità del materiale.
Differenze tra tondini e staffe e loro funzioni strutturali
Gabbie di armatura prefabbricate pronte per l’installazione (armature per pali di fondazione). Si notano i tondini longitudinali disposti parallelamente all’asse di ciascuna gabbia e collegati da frequenti staffe circolari (anelli trasversali). La fitta serie di staffe assicura il mantenimento della forma e il confinamento del calcestruzzo all’interno del palo di fondazione.
Nei manufatti in cemento armato si distinguono due tipi fondamentali di barre d’acciaio: i tondini (barre longitudinali dritte) e le staffe (barre piegate a forma di corona o di “briglia” trasversale). I tondini costituiscono l’armatura longitudinale principale negli elementi strutturali (come travi, pilastri e fondazioni): sono disposti tipicamente nelle zone tese delle sezioni per assorbire le sollecitazioni di trazione dovute alla flessione e, nel caso di elementi compressi come i pilastri, forniscono anche resistenza a compressione integrando il calcestruzzo. In altre parole, le barre longitudinali determinano la capacità portante principale dell’elemento in termini di momento flettente e carichi assiali, aumentando la resistenza e la duttilità della struttura.
Le staffe, invece, sono barre di armatura trasversale generalmente chiuse ad anello (con varie forme, ad esempio staffe rettangolari con ganci agli angoli). Vengono disposte ad intervalli regolari lungo l’elemento attorno ai tondini longitudinali, creando una gabbia di armatura. Dal punto di vista strutturale, le staffe servono principalmente a resistere agli sforzi di taglio e a confinare il calcestruzzo e le barre longitudinali. Nelle travi le staffe verticali (o inclinate) costituiscono la cosiddetta armatura a taglio, assorbendo le tensioni sulle fessure diagonali dovute al taglio. Allo stesso tempo, in elementi compressi come i pilastri, le staffe circondano i tondini e il nucleo di calcestruzzo, impedendo che le barre longitudinali compresse si instabilizzino (imbragando lateralmente le barre) e confinando il calcestruzzo per migliorarne la duttilità.
La combinazione corretta di tondini e staffe è cruciale per garantire il comportamento d’insieme desiderato della struttura. Le staffe devono essere sufficientemente robuste e ravvicinate da tenere saldamente in posizione i tondini e intervenire prima che si sviluppino fessure critiche nel calcestruzzo, mentre i tondini devono avere il diametro e la quantità adeguata per sopportare i momenti flettenti e le tensioni assiali di progetto. Affinché svolgano efficacemente il loro compito, le staffe vengono conformate con estremità ad uncino (tipicamente piegate a 135°) e ben ancorate nel calcestruzzo, in modo da contrastare efficacemente gli spostamenti verso l’esterno delle barre longitudinali. In un elemento ben progettato (ad esempio una trave in c.a.), le staffe e i tondini lavorano in sinergia: le prime garantiscono che i secondi possano raggiungere il limite di snervamento senza instabilizzarsi, e prevengono rotture fragili a taglio confinando la sezione, mentre i tondini assicurano la resistenza necessaria a flessione e trazione. Questo abbinamento sinergico è particolarmente importante in caso di terremoti, poiché le staffe chiuse impediscono collassi improvvisi confinando il calcestruzzo e consentendo alle armature longitudinali di assorbire energia dissipando l’energia sismica attraverso la duttilità.
Produzione siderurgica delle barre e controlli di qualità all’origine
Confronto tra un vecchio ferro d’armatura liscio (a sinistra) e una barra moderna nervata ad aderenza migliorata (a destra). Le sporgenze a rilievo sulle barre odierne garantiscono un’aderenza ottimale con il calcestruzzo, molto superiore rispetto alle vecchie barre lisce.
Le barre per cemento armato vengono prodotte in acciaieria attraverso processi di laminazione a caldo, partendo spesso dal riciclo di rottami ferrosi fusi in forno ad arco elettrico. Il materiale viene colato in billette e quindi laminato in barre della dimensione desiderata, dotate di superficie nervata per un’aderenza ottimale col calcestruzzo. La barra laminata a caldo presenta infatti una superficie a aderenza migliorata (con nervature di laminazione) ed una marchiatura indelebile in rilievo, che consente di riconoscere il produttore, lo stabilimento di provenienza, il tipo di acciaio e la sua classe (nonché l’eventuale caratteristica di saldabilità). Tali acciai rientrano nella categoria degli acciai “B450” (tensione di snervamento nominale 450 N/mm²) e sono classificati in base alla duttilità: la normativa italiana vigente consente esclusivamente l’uso di acciai B450C ad alto grado di duttilità (acciaio laminato a caldo) e B450A a basso grado di duttilità (ad esempio acciaio trafilato a freddo). Nella pratica odierna, la quasi totalità delle armature per strutture portanti viene realizzata con acciaio B450C, che è saldabile, altamente duttile e disponibile in diametri da 6 mm fino a 40 mm (in rotoli fino a 16 mm). L’acciaio B450A, di impiego più limitato, presenta duttilità inferiore ed è reperibile in diametri più piccoli (5–10 mm, anche in rotolo).
Durante la produzione, ogni lotto di materiale è sottoposto a rigorosi controlli interni di qualità. Un lotto di produzione (tipicamente corrispondente a una colata o a un ciclo continuo di laminazione di circa 30–120 tonnellate di barre omogenee) viene identificato e tracciato con un codice, quindi campionato per le prove di laboratorio previste. Su ciascun lotto l’acciaieria esegue prove meccaniche di trazione – per verificare che il limite di snervamento, la resistenza a rottura e l’allungamento a rottura rientrino nei valori prescritti – e prove di piegamento e raddrizzamento – per accertare la duttilità della barra e l’aderenza delle nervature. Ad esempio, le NTC richiedono che il campione di acciaio superi una piegatura a 90° e successivo raddrizzamento senza segni di cricca, utilizzando un mandrino di diametro proporzionale a quello della barra (ad esempio 4Ø per barre fino a 12 mm, 8Ø per barre da 16–25 mm, fino a 10Ø per barre più grosse). Vengono inoltre analizzate la composizione chimica e altri parametri (come il tenore di carbonio equivalente) per assicurare la saldabilità e la rispondenza alle specifiche di norma.
Affinché un determinato tipo di acciaio per c.a. possa essere impiegato nelle opere strutturali, deve superare una specifica procedura di qualificazione ufficiale. Il Servizio Tecnico Centrale (STC) del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici verifica il processo produttivo e i risultati delle prove di un nuovo tipo di barra e rilascia uno Attestato di Qualificazione per lo stabilimento di produzione se l’esito è positivo. La presenza del marchio identificativo sulle barre e il suo riscontro nell’elenco ufficiale del STC garantiscono che quel prodotto è stato certificato secondo le norme vigenti ed è conforme ai requisiti (ad esempio che un acciaio marcato B450C abbia effettivamente le caratteristiche di resistenza e duttilità previste). Poiché attualmente non esiste ancora una norma armonizzata europea pienamente applicabile per gli acciai da armatura (la EN 10080:2005 è stata pubblicata ma non resa cogente per la marcatura CE), in Italia l’immissione sul mercato di tali prodotti avviene tramite la qualificazione nazionale. In base alle NTC, “tutte le forniture di acciaio, per le quali non sussista l’obbligo della Marcatura CE, devono essere accompagnate dalla copia dell’attestato di qualificazione del Servizio Tecnico Centrale”. Ciò significa che ogni partita di barre consegnata deve avere la relativa documentazione attestante la qualità e l’origine del materiale (certificato di collaudo del produttore e attestato STC), assicurando la piena tracciabilità e conformità normativa sin dall’origine.
Lavorazione nei centri di trasformazione e controlli in officina
Il centro di trasformazione è l’officina in cui l’acciaio da c.a. viene preparato per l’uso in cantiere. Si tratta di un impianto, esterno alla produzione siderurgica, che riceve dal produttore le barre o i rotoli di armatura di base e li lavora (taglio, piegatura, assemblaggio) per confezionare gli elementi di armatura richiesti nei progetti. Tipicamente il centro realizza componenti come staffe sagomate, ferri piegati a misura, gabbie di armatura preassemblate per travi, pilastri, plinti, ecc., pronti per essere installati in cantiere.
Il centro di trasformazione ha l’obbligo di impiegare unicamente materiale di partenza certificato e di conservarne la documentazione di accompagnamento. Particolare attenzione va posta nel caso di utilizzo di barre provenienti da diversi produttori: il centro deve adottare procedure rigorose per garantire la tracciabilità separata dei prodotti, così da evitare qualsiasi mescolanza o perdita di identificazione dei lotti originari. Dal punto di vista organizzativo, il centro deve essere dotato di un sistema di controllo della produzione che assicuri il mantenimento delle caratteristiche meccaniche e dimensionali richieste. La normativa richiede che il sistema di gestione della qualità del processo di trasformazione sia conforme alla UNI EN ISO 9001 e opportunamente certificato. Ciò si traduce generalmente nell’implementazione di procedure operative standard per ogni fase (dalla ricezione del materiale, al taglio, piega, assemblaggio, fino al controllo finale e alla spedizione) e nella tenuta di registri e documentazione di controllo.
Oltre alle verifiche documentali, il centro di trasformazione esegue controlli meccanici interni sui prodotti lavorati. Le NTC prescrivono controlli periodici atti a garantire che le caratteristiche del prodotto finito siano rimaste conformi alla classe di origine dell’acciaio. In particolare, il Direttore Tecnico del centro deve verificare, mediante prove su campioni significativi, che i processi di piegatura e le eventuali saldature effettuate (ad esempio per assemblare gabbie o collegare elementi) non abbiano alterato le proprietà meccaniche originali del materiale. Ad esempio, dopo una curvatura a raggio stretto su un tondino di grosso diametro, potranno essere prelevati spezzoni di verifica da sottoporre a trazione per assicurarsi che non si siano verificate cricche interne o decadimenti di duttilità. Analogamente, se vengono eseguite saldature di armature (operazione generalmente da minimizzare, ma talvolta necessaria), il centro qualifica i procedimenti di saldatura secondo le normative tecniche applicabili (es. UNI EN ISO 17660) e verifica con prove a trazione che i giunti saldati garantiscano la resistenza richiesta.
Ogni spedizione di acciaio lavorato dal centro di trasformazione deve essere accompagnata da una documentazione di trasporto e certificazione che permetta di identificarne in modo univoco la provenienza. Oltre ai normali documenti di trasporto, il centro fornisce un attestato o scheda tecnica indicante il proprio riferimento (nome o codice di autorizzazione) e i dettagli della fornitura, compresi i riferimenti ai lotti di origine dell’acciaio impiegato e alle lavorazioni eseguite. Ciò assicura la completa rintracciabilità a valle: in qualsiasi momento si deve poter ricondurre il materiale montato in cantiere al centro di trasformazione che lo ha lavorato e, tramite il marchio impresso sui ferri, risalire infine allo stabilimento siderurgico di produzione.
Per poter operare legalmente, un centro di trasformazione deve ottenere il riconoscimento formale da parte del Servizio Tecnico Centrale. Il titolare dell’officina è tenuto a presentare al STC una Denuncia di attività, in cui dichiara le categorie di prodotti che intende lavorare, i procedimenti utilizzati e l’organizzazione del controllo di produzione, allegando la certificazione ISO 9001 del sistema qualità adottato. Il Servizio Tecnico Centrale, verificati i requisiti, rilascia un’attestazione dell’avvenuta denuncia di attività, iscrivendo l’azienda nell’elenco ufficiale dei centri di trasformazione autorizzati. Solo dopo tale attestazione il centro può qualificarsi come “Centro di trasformazione acciaio per uso strutturale” a tutti gli effetti di legge.
Controlli di accettazione in cantiere e messa in opera
Giunte sul cantiere, le barre d’armatura devono essere sottoposte a controllo di accettazione sotto la responsabilità del Direttore dei Lavori, prima di procedere al loro impiego nel getto di calcestruzzo. Anzitutto viene verificata la documentazione di accompagnamento del materiale: per ogni fornitura devono essere disponibili i certificati che ne attestano la provenienza e la qualità (ad esempio copia dell’attestato di qualificazione STC del produttore, se il materiale non è marcato CE). Si controlla la corrispondenza tra i dati riportati sui documenti e le barre consegnate, identificando il materiale mediante il marchio impresso su di esse. È importante notare che, come prescritto dalle NTC, “la mancata marchiatura, la non corrispondenza a quanto depositato o la sua illeggibilità, anche parziale, rendono il prodotto non impiegabile”. Pertanto, se sui ferri non fosse riscontrabile il marchio di identificazione conforme all’attestato, essi non potrebbero essere utilizzati nella struttura.
Superata la verifica documentale e visiva, si procede al prelievo dei campioni per le prove di laboratorio. La normativa prevede di testare almeno 3 barre per ogni lotto di fornitura (generalmente ogni 30 tonnellate di acciaio dello stesso diametro e provenienza). Se nella fornitura sono presenti diametri diversi in quantità significative, il Direttore dei Lavori dovrà prelevare campioni rappresentativi di più diametri “significativi” della partita. I saggi vengono tagliati dalle barre stesse in cantiere e inviati a un laboratorio ufficiale autorizzato, il quale esegue su di essi le prove meccaniche necessarie (principalmente trazione e piegamento) secondo le norme UNI EN di riferimento. Il Direttore dei Lavori redige un verbale di prelievo, e adotta tutte le cautele per garantire la rintracciabilità dei provini: ad esempio sigla e etichetta ogni spezzone in modo che il laboratorio possa attestare che i campioni testati corrispondono effettivamente al materiale campionato in cantiere. Una volta ottenuti i risultati di laboratorio, questi vengono confrontati con i valori nominali di progetto (ad esempio per accertare che il limite di snervamento misurato sia almeno 450 MPa e l’allungamento a rottura adeguato). Se tutte le proprietà rientrano nelle specifiche, il lotto di acciaio viene approvato per l’uso. In caso di esito negativo delle prove (ad esempio resistenza inferiore al minimo o insufficiente duttilità riscontrata), le NTC prescrivono di classificare il materiale come non conforme e di attuare procedure di valutazione supplementare o sostituzione del materiale, sotto la supervisione della Direzione Lavori.
Parallelamente ai controlli di laboratorio, il Direttore dei Lavori effettua un controllo qualitativo in situ durante la messa in opera delle armature. Questo include la verifica che i ferri siano posizionati secondo gli schemi di armatura previsti dal progetto esecutivo (numero e diametro delle barre, spaziatura, disposizione di staffe e tondini), che siano mantenute le giuste coperture di calcestruzzo (mediante adeguati distanziatori) e che le sovrapposizioni e ancoraggi delle barre rispettino le lunghezze prescritte. Si controlla inoltre lo stato dei ferri (che non presentino danni o corrosione significativa) e la corretta connessione tra di essi (legature ben serrate o saldature ove previste). Solo dopo aver accertato la rispondenza delle armature alle specifiche di progetto e alle norme tecniche, si potrà procedere al getto del calcestruzzo che completerà l’elemento strutturale.
Riferimenti normativi e requisiti di tracciabilità
La qualità e l’impiego dell’acciaio per cemento armato sono regolati da un insieme di norme tecniche sia nazionali che europee. In Italia il riferimento principale è il D.M. 17 gennaio 2018 – Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC 2018), che recepisce i principi degli Eurocodici strutturali europei e definisce requisiti specifici per materiali e controlli. Le NTC stabiliscono, ad esempio, l’impiego esclusivo di acciai B450C (ad alta duttilità) e B450A per uso strutturale, con relative caratteristiche meccaniche nominali (snervamento caratteristico 450 MPa, ecc.) e prescrivono in dettaglio le procedure di qualificazione dei produttori, il ruolo dei centri di trasformazione e i controlli di accettazione in cantiere. Il contesto europeo di riferimento è definito dagli Eurocodici, in particolare dall’Eurocodice 2 (UNI EN 1992-1-1) per le strutture in calcestruzzo armato. L’Eurocodice prevede classi di acciaio con snervamento tipico da 400 a 600 MPa e duttilità crescente classificata in A, B o C. Ciascun Paese può adottare la classe più adatta ai propri requisiti di sicurezza; l’Italia, come visto, ha optato per la classe C (alto grado di duttilità) per garantire la massima capacità dissipativa nelle strutture sismiche.
Per quanto riguarda le norme di prodotto, la principale è la UNI EN 10080:2005 – Acciaio per armature di cemento armato – che definisce le proprietà meccaniche, le tolleranze dimensionali e le modalità di identificazione dei ferri d’armatura. Ad esempio, la EN 10080 specifica che ogni barra riporti un marchio di identificazione univoco impresso sul profilo: tipicamente una sequenza di nervature particolari che indicano con un codice il Paese di origine (es. l’Italia) e lo stabilimento produttore. Tuttavia, va evidenziato che attualmente la EN 10080 non è ancora una norma armonizzata ai sensi del Regolamento Prodotti da Costruzione (CPR 305/2011), e quindi non consente la marcatura CE obbligatoria per gli acciai da cemento armato. In assenza di tale norma armonizzata, la qualificazione resta demandata alle procedure nazionali illustrate (attestato di qualificazione tecnico del STC, secondo §11.3 delle NTC). Esistono poi normative specifiche per aspetti complementari: ad esempio la UNI EN ISO 17660 fornisce i criteri per la corretta esecuzione delle saldature delle armature (giunti saldati), e le norme UNI EN ISO 15630 definiscono i metodi di prova per determinare le caratteristiche di resistenza e deformazione delle barre d’armatura.
Un aspetto fondamentale in tutto il quadro normativo è la tracciabilità del materiale. Come visto, le NTC richiedono che ogni barra sia provvista di marchiatura identificativa e che ogni fornitura sia accompagnata da documenti attestanti origine e conformità. Questo duplice sistema di identificazione – fisica, tramite il marchio impresso sul prodotto, e documentale, tramite certificati e attestazioni – garantisce che in ogni fase (dalla produzione, al centro di trasformazione, fino al cantiere) si possa risalire con certezza alla storia e alle caratteristiche di ogni barra impiegata, a tutela della qualità e della sicurezza delle opere realizzate.
Fonti: NTC 2018; Circolare esplicativa n.7/2019; Eurocodice 2 (UNI EN 1992-1-1); Norma UNI EN 10080:2005; D.M. 14/01/2008; Articoli tecnici Ingenio; Linee guida STC sui centri di trasformazione.
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