La gestione delle “ricette” tecnologiche di produzione ha subito a più riprese una serie di mutamenti strutturali che brevemente andiamo ad illustrare, e che hanno portato ad utilizzare lo schema oggetto di questa documentazione.

La prima fase della progettazione delle tabelle pesi era partita dalla realizzazione di un software capace di determinare i valori (in percentuale, e quindi in peso) delle varie componenti del calcestruzzo, utilizzando gli strumenti di analisi tipici del servizio tecnologico, ossia curva granulometrica e funzioni di Bolomey e Fuller. Ciò produsse un primo programma (che veniva gestito nel menù CURVA) per la gestione delle ricette tecnologiche; da ogni ricetta era possibile generare le tabelle pesi per l’impianto suddivise per dosaggio o resistenza (RICETTE – dosaggi estesi).

Il primo inconveniente che si riscontrò fu la sostanziale difformità tra quanto prodotto come risultato di laboratorio e quanto disponibile presso le unità produttive; altro inconveniente fu la difficoltà di suddividere (e soprattutto gestire) le tabelle pesi per impianto; ma probabilmente, il problema più insormontabile fu l’impossibilità di generare dalla funzione RICETTE le tabelle pesi dei prodotti speciali (Isocal, Plastocal, ecc…).

Nella seconda fase del progetto si è attuato lo sganciamento della gestione RICETTE dalla gestione TABPESI, offrendo la possibilità di creare tabelle pesi particolari non legate ad alcuna ricetta. Tra l’altro, era possibile generare ricette sperimentali senza generare automaticamente le tabelle pesi per l’impianto.

Il più grave problema riscontrato in questa seconda fase fu l’alto numero di tabelle pesi richieste dalla produzione; in effetti, i parametri che rendono unica una tabella pesi sono i seguenti:

  1. Dosaggio o resistenza (che d’ora in poi chiameremo caratteristica);
  2. Tipo cemento (325,425,ecc…);
  3. Consistenza, o slump (S1, S2, S3, S4, S5…);
  4. Presenza ceneri volanti;
  5. Diametro max. inerti (5,15,21,30,…);
  6. Ricette con poca o con molta componente fine, per una maggiore pompabilità del prodotto (lavorabilità).

Pertanto, se il servizio tecnologico volesse fornire la possibilità di vendere per esempio il calcestruzzo a dosaggio con intervalli di 50 Kg di cemento compresi tra un minimo di 50 Kg ed un massimo di 500 Kg, sviluppando la progressione geometrica si otterrebbe il seguente numero di ricette:

 10 dosaggi * 2 cem. * 5 slump * 2 (pfa s/n) * ~2 Dmax * 2 lav.

= 800 !

Se poi il servizio tecnologico prevedesse la possibilità di gestire mix design invernali (con antigelo) o estivi, oppure con componenti diversi (sabbie di cave differenti…), il numero di ricette possibili ammesse diventerebbe assolutamente ingestibile.

Uno studio successivo ha rilevato che l’andamento delle percentuali dei materiali in funzione della caratteristica (dosaggio, resistenza) si mantiene per ogni prodotto praticamente lineare entro certi limiti definiti dalla tipologia di ricetta.

Qualora tale andamento non seguisse la progressione costante, è opportuno suddividere il range di selezione in vari sottogruppi, convertendo così la curva non lineare in una molteplice serie di spezzate; l’errore che viene commesso è direttamente legato all’approssimazione introdotta dalla linearizzazione.

Per estensione si può facilmente dimostrare che è comunque sempre possibile ricondurre una curva non lineare ad una serie di spezzate pari al numero di ricette previste (nell’esempio precedente, 10 dosaggi) meno 1.

Partendo da questo presupposto, è stata prodotta una tabella pesi polivalente la quale, fissati gli estremi di variabilità della caratteristica, potesse raggruppare in un’unica formula le seguenti variabili:

  • Tutte le caratteristiche da un estremo inferiore ad un estremo superiore;
  • Tutte le varianti di consistenza;
  • Lavorabilità da un minimo % (calcestruzzo “aspro”) ad un massimo (calcestruzzo “pompabile”), ottenuta aumentando le componenti fini (sabbie) e riducendo le componenti grosse (ghiaie).

Inoltre, un ulteriore vantaggio alla semplificazione della gestione è dato dalla continuità indotta dalla linearità dei range, cioè è possibile per esempio avere automaticamente a disposizione il dosaggio 327 come pure il dosaggio 79 (in termini molto matematici – ma poco realistici – si può dire di poter disporre di una infinità di ricette intermedie).

Di conseguenza, nel caso in cui l’andamento dei materiali dell’esempio precedente potesse essere considerato lineare all’interno di due range (es.: 50-250, 250-500), si otterrebbe il seguente numero di ricette a dosaggio:

2 range * 2 cementi * 2 (pfa s/n) * ~2 Dmax

= 16

con un fattore di riduzione di 1/50, trascurando ovviamente l’inifinità di ricette intermedie indotte dalla nuova struttura.

Schema di algoritmo lineare di sviluppo mix design

Nel 2005 il Servizio tecnologico centrale definì una nuova logica di calcolo del cemento in funzione del rapporto Acqua/Cemento (in sigla A/C), in quanto più rispondente all’effettivo andamento del cemento in funzione dell’acqua e della resistenza nei mix design. In sostanza, fissata la quantità d’acqua stimabile in circa 170-180 litri per tutti i prodotti standard, in funzione del rapporto A/C impostato a sistema si ottiene la quantità di cemento corrispondente.

Curva di regressione Resistenza Media vs rapporto Acqua/Cemento

Ad esempio:

  • Acqua           = 180 litri
  • A/C                = 0,5            –> di conseguenza:  Cemento = 360 Kg

Misurando di conseguenza il valore di resistenza ottenuto (mediante schiacciamento dei provini) si ottiene un valore di riferimento definito “resistenza media” prettamente sperimentale. Ora, la curva che meglio approssima la correlazione tra resistenza media, quantità di cemento e litri d’acqua nell’ambito della formulazione del calcestruzzo è la seguente:

Rm = α * e(β*A/C)

Definendo quindi una tabella di dati contenenti il rapporto A/C e l’Rm corrispondente, è possibile individuare due parametri α e β tali per cui la quantità di cemento C, associata al rapporto A/C, e la Resistenza media Rm siano correlati tra loro in modo significativo e forte (si veda figura precedente).

A questi due parametri α e β, calcolati sperimentalmente, se ne aggiungono altri due che tengono in considerazione la qualità e la costanza del prodotto fornito in funzione dell’impianto che lo produce:

Rck = Rm + k * S

  • S (o sigma di progetto) che in sostanza rappresenta la “costanza” di produzione di un determinato impianto di calcestruzzo; tanto più basso è il valore, tanto migliore è la costanza del prodotto. Per gli impianti con mescolatore tale valore può arrivare anche a 2.5-3, per gli altri impianti invece il coefficiente si mantiene in genere sopra il 5.0.
  • k, che possiamo definire come un “coefficiente di sicurezza” che l’azienda deve applicare per ovviare al rischio che alcuni  provini di calcestruzzo ricadano al di sotto della resistenza media di progetto concordata con il cliente; tanto più alto è il k, tanto minore è il rischio che l’azienda di calcestruzzo si trovi alcuni provini con un valore di resistenza inferiore a quello della resistenza media fissata con il cliente. Tale valore è anche fissato dai Capitolati dei lavori.

In entrambi i casi non è corretto impostare valori di k ed S pari a zero.

Questa nuova curva di tipo esponenziale consentì anche di ridurre ulteriormente (in genere di un fattore 3) il numero di ricette a sviluppo “lineare”, in quanto essa riusciva a gestire con un unico algoritmo (es. Rck 20-50) due o tre “rette spezzate” di range minore (es. Rck 20-30, Rck 30-40, Rck 40-50).

Putroppo l’influenza dei parametri α e β dell’algoritmo esponenziale si rivelò  inizialmente di molto superiore a quella dei parametri di un algoritmo lineare: bastava infatti un piccolo errore decimale di valutazione e di inserimento a creare notevoli divergenze in testa o in coda alla curva esponenziale. Pertanto si preferì procedere anche in questo caso suddividendo la curva sperimentale di correlazione in due curve esponenziali, una per i bassi dosaggi ed una per gli alti; ad ogni modo questa soluzione matematica fornì notevole impulso ad una razionalizzazione delle centinaia di ricette ancora presenti in ogni impianto.

Anche in questo caso, gli analisti e i programmatori hanno tradotto in procedure e in linguaggio macchina le richieste degli utenti, documentando quanto più possibile ogni attività eseguita, sempre in accordo con le specifiche dell’utente. Il codice sorgente è sempre stato disponibile alla verifica di organi terzi, interni ed esterni, mentre i test sono stati eseguiti sul campo con gli utenti finali e validati dai responsabili del processo.

 

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