Calcestruzzo

Cappella di Ronchamp (Francia) "Il fatto di poter creare pietre fuse di qualunque forma, superiori alle naturali, perché capaci di resistere a tensioni, ha in sé qualcosa di magico". (P. L. Nervi) Cappella di Ronchamp (Francia)

Opera House – Sidney (Australia)

Calcis structio (da cui “calcestruzzo”) : struttura di calce Opus caementitium: struttura di calce e pietre frantumate (caementa: da cui “cemento” )

Muratura a sacco

Pantheon (Roma)

Struttura del CLS indurito Aggregato grosso Aggregato fine + cemento = malta di cemento

Confezionamento e messa in opera del CLS Centrale di betonaggio Cemento Acqua Aggregato Additivi Miscelazione e distribuzione Trasporto (autobetoniere) Controlli di qualità Realizzazione dell’opera in CLS Prelievo di campioni di CLS alla bocca della autobetoniera per prove di controllo Riempimento delle casseforme (getto) Cantiere Controllo di conformità delle Rc e del gc Vibrazione Prelievo, mediante carotaggio, di campioni di CLS dalla struttura Disarmo e stagionatura

MIX DESIGN – Progettazione del CLS Dati di progetto Prestazioni Materiali disponibili: Aggregati (distribuzione granulomentrica) Tipo cemento In fase di messa in opera In esercizio - Classe di consistenza DMAX degli aggregati - Resistenza caratteristica Rck - Classe di esposizione Modificato Calcolo della composizione in Kg per m3 di CLS Acqua “a” Cemento “c” Aggregato Additivi Fine (sabbia) Grosso (ghiaia / pietrisco)

Caratteristiche dell’aggregato: granulometria e diametro massimo (Dmax) Un aggregato deve avere un fuso granulometrico che contenga frazioni fini, medie e grosse attraverso una distribuzione continua e uniforme delle dimensioni delle particelle. Una distribuzione granulometria ottimale garantisce che: si abbia la massima lavorabilità con il minimo contenuto di acqua; sia ridotta la frazione dei vuoti si riduca l’apporto di frazione legante (costi minori, minimo ritiro e basso calore d’idratazione) si abbia un elevato peso specifico a cui corrispondono, di solito, maggiori prestazioni meccaniche

Caratteristiche dell’aggregato: granulometria Le particelle scorrono con difficoltà le une sulle altre. La presenza di frazioni fini aumenta la scorrevolezza delle particelle più grosse.

Distribuzione granulometrica dell’aggregato e Dmax Distribuzione ideale secondo Fuller Dove: P = peso passante (in %) al vaglio di apertura d D = diametro massimo dell’aggregato La formula di Fuller fornisce la distribuzione granulometrica ideale di un aggregato di particelle sferiche che rende minimo lo spazio interparticellare. Nota: 1 Il Dmax è un parametro di progetto che tiene conto della densità dei ferri di armatura e della complessità di forma dell’opera. D = 20 D = 10 Nota 2: Al crescere del diametro massimo D diminuisce la percentuale delle frazioni fini ( < 4 mm) e la richiesta d’acqua di impasto

Realizzazione di un fuso granulometrico miscelando una sabbia e una ghiaia I contributi assoluti della sabbia e della ghiaia sono calcolati moltiplicando le percentuali dei passanti per 0,58 e 0,42, rispettivamente. Ricalcolo dei passanti percentuali della miscela di sabbia (58%) e di ghiaia (42%). Curva granulometrica della miscela

Caratteristiche dell’aggregato: proprietà meccaniche La resistenza meccanica del CLS non dipende in maniera significativa dall’aggregato perché la malta di cemento è la parte resistente più debole. a b La linea di frattura attraversa, di norma, la matrice cementizia (a) ma può interessare l’interfaccia aggregato / legante (b), se l’adesione non è adeguata.

Resistenza a compressione del CLS Fc DL Resistenza a compressione Su provini cubici: Rc = Fc / A Su provini cilindrici: fc = Fc / A dove A è la sezione resistente

Resistenza a compressione del CLS Fcmax DL F H = 2D F Resistenza a compressione di provini cilindrici: fc = Fc max / A Resistenza a compressione di provini cubici: Rc = Fc max / A Modificata Normalmente si assume che fc = 0,8 Rc

Resistenza a compressione media a 28 giorni di stagionatura: Rcm28 = f(a/c) dove: - n è il numero di campioni analizzati - Rc28i è la resistenza a compressione del campione i-esimo Rcm28 a/c In fase di progettazione del CLS è necessario disporre di diagrammi sperimentali che diano, a parità di tipo di cemento, di classe di resistenza e di caratteristiche dell’aggregato, la Rc media a 28 gg in funzione del rapporto a/c.

Resistenza caratteristica Rck del CLS dove: - K=1,4 (valore fissato dal Min. Lavori Pubblici) - d è lo scarto quadratico medio dei dati di Rc28i Si assume come “valore di resistenza caratteristica Rck“ il valore medio Rcm28 , penalizzato di un ammontare (kd) che è tanto maggiore quanto maggiore è la dispersione dei dati. La dispersione dei dati è tanto maggiore quanto minore è il grado di accuratezza dell’impasto e/o della messa in opera. La Rck è il parametro di progetto utilizzato nel calcolo strutturale.

Rck Rcm28 = Rck + kd Uso della resistenza caratteristica Rck Progettazione strutturale Rck Rcm28 = Rck + kd Progettazione del CLS Verifica del CLS: Rcm28 ≥ Rck + kd Su provini freschi campionati e stagionati per 28 gg Su carote prelevate dall’opera dopo 28gg

Resistenza caratteristica Rck  rapporto a/c MIX DESIGN – Classe di Resistenza meccanica Resistenza caratteristica Rck  rapporto a/c Rcm28, MPa Tipo di cemento: Es.: IV/ B 32,5 a / c Fissata la Rcm28 di progetto, dal diagramma (sperimentale) relativo al tipo di cemento prescelto si ottiene graficamente il rapporto a /c da utilizzare nel mix design.

Lavorabilità / Consistenza Proprietà del CLS allo stato fresco Mobilità – Fluidità Attitudine al trasporto e al getto in cassaforma Compattabilità Attitudine a conseguire la massima densità per allontanamento dell’aria inglobata Coesione Attitudine a resistere alla segregazione Lavorabilità / Consistenza Ottimizzare la lavorabilità significa scegliere i parametri di miscela del CLS tenendo conto che fluidità e compattabilità sono in antitesi con la coesione.

Misura della lavorabilità del CLS “Cono di Abrams”

Lavorabilità del CLS allo stato fresco Misura mediante “cono di Abrams” Classi di consistenza 10 cm DL = SLUMP 30 cm 20 cm Spandimento spontaneo del CLS Cono di Abrams Riempimento con il CLS Sformatura del CLS L’abbassamento del cono di Abrams DL ( SLUMP ) fornisce una valutazione della lavorabilità del CLS e viene utilizzato per assegnargli la classe di consistenza

Classi di consistenza del CLS allo stato fresco Classe di consistenza Slump (mm) Applicazioni S1 (terra umida) 10 – 40 Pavimenti messi in opera con vibro-finitrice S2 (plastica) 50 – 90 Strutture circolari (silos, ciminiere) S3 (semifluida) 100 – 150 Strutture non armate o poco armate o in pendenza S4 (fluida) 160 – 210 Strutture mediamente armate S5 (superfluida) > 210 Strutture fortemente armate, di ridotta sezione e/o complessa geometria

Vantaggi delle classi di consistenza elevate Al crescere della classe di consistenza: si possono riempire più facilmente casseri di grosse dimensioni, di forma complessa e ad alta densità di ferri di armatura senza lasciare vuoti e macrovuoti.; si possono applicare più facilmente tecniche di riempimento rapido (pompaggio); diminuiscono i rischi di messa in opera in cantiere non idonee: - aggiunta supplementare di acqua - tempi e tecniche di vibratura inadeguati si riducono i tempi di vibratura. Svantaggi. Quanto maggiore è la classe di consistenza tanto maggiore è il costo del CLS. Per non alterare il rapporto a/c, all’aumentare di “a” occorre aumentare anche il quantitativo di cemento “c”; in alternativa è necessario usare additivi fluidificanti. Aumentano i rischi di segregazione e di bleeding. modificata

Segregazione Nella segregazione gli aggregati grossi tendono a sedimentare per cui si creano sacche povere di frazioni fini e di legante; successivamente, quando l’acqua evapora, si creano vuoti e macrovuoti (nidi di ghiaia) Nidi di ghiaia

Nidi di ghiaia

Bleeding (superficiale) (essudazione dell’acqua di impasto) Nel bleeding l’acqua (più o meno limpida) si separa dalla frazione solida (sabbia e/o cemento) accumulandosi verso la superficie del getto. Conseguenze: si forma uno strato superficiale ad alto rapporto a/c che indurendo forma una superficie incoerente.

(essudazione dell’acqua di impasto) Bleeding (interno) (essudazione dell’acqua di impasto) L’acqua di risalita si accumula al di sotto degli aggregati grossi e dei ferri d’armatura orizzontali. Nel tempo, a causa dell’evaporazione, al posto dell’acqua rimarranno dei macrovuoti e distacchi all’interfaccia aggregato / legante.

Influenza del contenuto d’acqua “ a ” (L / m3 di CLS) e del Dmax degli aggregati In fase di progettazione del CLS è necessario disporre di diagrammi sperimentali che diano, a parità di tipo di cemento, di classe di resistenza e di caratteristiche dell’aggregato, il valore di “a” in funzione del Dmax dell’aggregato. Le curve sono parametriche rispetto alla classe di consistenza SX. a Dmax SX D* a* Fissata la classe di consistenza SX e il diametro massimo dell’aggregato D* si ottiene il contenuto d’acqua “a*” Nota: a parità di tipo di distribuzione granulometrica al crescere del Dmax diminuisce la richiesta di acqua perché diminuisce la percentuale di frazione fine dell’aggregato (minore superficie specifica da bagnare).

MIX DESIGN – Classe di esposizione Tipologia dell’ambiente a contatto con il CLS XO Nessun rischio di degrado XC Corrosione delle armature per carbonatazione XD Corrosione delle armature da cloruri (non marini) XS Corrosione delle armature da cloruri per ambienti marini XF Degrado per effetto di cicli gelo – disgelo XA Degrado per attacco chimico (compreso quello da acqua di mare)

Dosaggio min di cemento (kg /m3) Classi di esposizione XC: carbonatazione e corrosione delle armature per effetto di O2 e H2O Classe Ambiente Esempi Max a /c Min Rck (MPa) Dosaggio min di cemento (kg /m3) Copriferro (c.a.) (mm) (c.a.p.) XC1 Asciutto Interni con U.R. bassa 0,65 25 280 15 XC2 Bagnato e raramente asciutto Strutture idrauliche Fondazioni e strutture interrate 0,60 30 35 XC3 Moderatamente umido Interni di edifici con umidità moderata / alta Strutture esterne non a contatto diretto con la pioggia 0,55 37 XC4 Ciclica- mente asciutto e bagnato Strutture esterne esposte direttamente alle piogge 0,50 300 40

Esempi di Classi di esposizione In genere si cerca di limitare a due le classi di esposizione: XC4 per gli esterni e XC1 per gli interni.

(Rck) min (a/c) max (c) min (Rcm28) min (a) max Definizione delle condizioni ambientali di esercizio del CLS Individuazione della classe di esposizione X (Rck) min (a/c) max (c) min Spessore minimo del copriferro (Rcm28) min (a) max Dmax Questo valore può essere aumentato se si aumenta anche c

Durabilità, Resistenza meccanica e rapporto a/c Rcm28 Classe di esposizione a / c (a / c)MAX (a / c) > (a / c)MAX (a / c) < (a / c)MAX (a / c)MAX a / c R’cm28 > Rcm28 Maggiore durabilità La resistenza effettiva sarà maggiore di quella di progetto La durabilità effettiva sarà maggiore di quella di progetto

Durabilità, Resistenza meccanica e rapporto a/c Esempio Rcm28, MPa Rcm28 = 25  a/c = 0,6 XC4  (a/c)MAX = 0,5  R’cm28 = 37 R’cm28 = 37 Rcm28 = 25 0,5 0,6 a / c La scelta del rapporto a/c minore garantisce: o una maggiore resistenza meccanica rispetto al valore di progetto (dettato da esigenze puramente strutturali), a parità di durabilità - o una maggiore durabilità rispetto alle stesse condizioni ambientali, a parità di resistenza meccanica.

Volume dell’aggregato (m3/ m3 di CLS) Vi = Vcls - Vc – Va Vcls volume del CLS Vc volume del cemento Va volume dell’acqua di impasto In particolare, assumendo il peso specifico dell’acqua pari a 1Kg/L e quello del cemento pari a 3,1 Kg/L e con riferimento a 1 m3 di CLS: Vcls = 1000 L Va = a L Vc = (c/3,1) L dove: a = acqua di impasto in Kg/ m3 di CLS c = cemento in Kg/ m3 di CLS