1.4 - LA STRUTTURA PORTANTE: MATERIALI – IL CALCESTRUZZO

1.4 - LA STRUTTURA PORTANTE: MATERIALI – IL CALCESTRUZZO
Prof. Ing. Roberto Castelluccio Calcestruzzo NTC 2008 La prescrizione del calcestruzzo all’atto del progetto deve essere caratterizzata almeno mediante la classe di resistenza; la classe di consistenza; il diametro massimo dell’aggregato La classe di resistenza è contraddistinta dai valori caratteristici delle resistenze cubica Rck e cilindrica fck a compressione uniassiale, misurate su provini normalizzati e cioè rispettivamente su cilindri di diametro 150 mm e di altezza 300 mm e su cubi di spigolo 150 mm. Resistenza caratteristica a compressione: resistenza per la quale si ha il 5% di probabilità di trovare valori inferiori dedotta da prove su provini come sopra descritti. Il calcestruzzo è un materiale omogeneo ed isotropo per resistenza e deformabilità. Il conglomerato per il getto delle strutture di un’opera o di parte di essa si considera omogeneo se confezionato con la stessa miscela e prodotto con medesime procedure. Peso specifico Tab 3.1.I NTC 2008 C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche di resistenza Il calcestruzzo può essere classificato in funzione delle seguenti caratteristiche: Resistenza caratteristica a compressione Rck: resistenza per la quale si ha il 5% di probabilità di trovare valori inferiori dedotta da prove su provini come sopra descritti. Dalla resistenza cubica si passerà a quella cilindrica da utilizzare nelle verifiche mediante l’espressione: Sempre in sede di previsioni progettuali, è possibile passare dal valore caratteristico al valor medio della resistenza cilindrica mediante l’espressione: Resistenza caratteristica a trazione fctm: determinata a mezzo di diretta sperimentazione condotta su provini appositamente confezionati. In sede di progetto si può assumere come resistenza media a trazione semplice del cls: Il valore medio della resistenza a trazione per flessione è assunto, in mancanza di sperimentazione diretta, pari a: C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Classi di resistenza Le NTC 2008 definiscono le classi di resistenza in funzione dei valori di rottura dei: Provini cilindrici fck [D=15cm – H=30cm] Provini cubici Rck [L = 15cm] C 25/30 - fck = 25 N/mmq – Rck = 30 N/mmq Provini cilindrici Provini cubici C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

cemento + materiale lapideo fino e grosso + acqua
1.4 - LA STRUTTURA PORTANTE: MATERIALI – IL CALCESTRUZZO Prof. Ing. Roberto Castelluccio Conglomerato cementizio Il conglomerato cementizio, o calcestruzzo, è un materiale composito formato da: cemento + materiale lapideo fino e grosso + acqua Il cemento, mediante un processo chimico-fisico, entra in combinazione con l’acqua (reazione di idratazione) dando luogo ad una massa solida che lega in un corpo unico i diversi materiali lapidei che costituiscono il miscuglio. Per migliorare alcune caratteristiche del cls frequentemente all’impasto fresco vengono aggiunte alcune sostanze, quali: additivi liquidi, aggiunte minerali in polvere, fibre metalliche e fibre polimeriche. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Reazione di idratazione La reazione di idratazione dei componenti del cemento dà luogo: Al fenomeno della presa che si manifesta con il rapprendersi dell’impasto e che ha un periodo che varia da alcuni minuti a qualche giorno Al fenomeno dell’indurimento durante il quale si sviluppano le resistenze meccaniche della pasta cementizia, formando la matrice che avvolge e lega gli inerti, ed ha un periodo che varia da qualche giorno a qualche anno. Il Calcestruzzo è caratterizzato da due stati: lo stato fresco, che è quello iniziale nel quale si miscelano i suoi componenti e viene posto in opera Lo stato indurito che è quello che si raggiunge dopo i fenomeni di presa e indurimento del cemento Le proprietà del cls indurito sono influenzate dalle caratteristiche dei suoi componenti, dalla composizione dell’impasto, dalle modalità di confezionamento, di trasporto e di posa in opera. Le caratteristiche del cls allo stato fresco, influenzano quelle del calcestruzzo indurito. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio I componenti del conglomerato cementizio IL CEMENTO Il cemento è un materiale polverulento che, impastato con acqua, forma la cosiddetta pasta cementizia che, dopo qualche ora, dapprima si rapprende (fenomeno della presa) e poi assume la durezza di una pietra (fenomeno dell’indurimento) che ha capacità di resistenza meccanica. In Italia sono prodotti cinque tipi di cemento: Tipo I - cemento Portland: Ottenuto dalla cottura di una miscela formata da calcare e argilla. Il prodotto della cottura, il clinker portland, viene macinato insieme a gesso. Il gesso svolge la funzione di regolarizzare il tempo di presa. Il solo clinker, infatti, darebbe luogo ad un cemento con tempi di presa troppo rapidi per essere lavorato, trasportato e posto in opera. Deve contenere almeno il 95% di clinker Tipo II - Portland di miscela Contiene almeno il 65% di clinker ed altri costituenti minerali in varie percentuali. Tipo III - cemento d’Altoforno È ottenuto aggiungendo al cemento Portland la loppa d’altoforno che, se finemente macinata, ha l’attitudine di reagire con l’acqua e di indurire, anche se lentamente. Tipo IV - cemento Pozzolanico È ottenuto aggiungendo pozzolana al cemento Portland. La pozzolana è una roccia sedimentaria sciolta di origine vulcanica che si trova allo stato vetroso e, pertanto, ha l’attitudine di reagire con la calce spenta e l’acqua conferendo idraulicità all’impasto. Tipo V - cemento Composito È formato da clinker e da una miscela di loppa, pozzolana e cenere. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio I componenti del conglomerato cementizio ACQUA DI IMPASTO L’acqua d’impasto per i conglomerati cementizi è uno dei componenti essenziali essendo chiamata a svolgere più funzioni. In particolare distinguiamo: Ap acqua di presa: entra in combinazione con il cemento dando luogo ai processi chimico-fisici di presa e indurimento Ab acqua di bagnatura: ricopre la superficie degli inerti di un film liquido ed è necessaria poiché durante l’impasto gli inerti si bagnano. Se non fosse prevista Ab, la bagnatura degli inerti avverrebbe a scapito delle altre due quantità di acqua Ap e Al e, quindi, una parte del cemento potrebbe non fare presa e l’impasto risulterebbe meno lavorabile. Al acqua di lavorabilità: agisce come un lubrificante all’interno dell’impasto, riducendo l’attrito tra i materiali solidi, e facendo crescere la classe di consistenza Il D.M prescrive, che l’acqua per gli impasti deve essere limpida, priva di sali (particolarmente solfati e cloruri) in percentuali dannose e non essere aggressiva. Anche le NTC 2008 risultano piuttosto sintetiche e si limitano a prescrivere che l’acqua di impasto, ivi compresa l’acqua di riciclo, dovrà essere conforme alla norma UNI EN 1008: 2003 Anche se una regola pratica ritiene le acque potabili idonee per il confezionamento dei cls, si sottolinea che le acque sulfuree, quando potabili, presentano un alto contenuto di sali e, quindi, non sono impiegabili. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Classificazione inerti
1.4 - LA STRUTTURA PORTANTE: MATERIALI – IL CALCESTRUZZO Prof. Ing. Roberto Castelluccio I componenti del conglomerato cementizio INERTI Nel cls i materiali lapidei costituiscono lo scheletro portante, mentre la pasta di cemento ne costituisce il collante. Questo scheletro portante occupa circa i due terzi del cls. Questi materiali lapidei, di opportune dimensioni e qualità, vengono comunemente definiti inerti in quanto, quasi sempre, non partecipano alle reazioni di presa e indurimento della pasta di cemento. La miscela di inerti che, opportunamente assortita, viene impiegata nei calcestruzzi si definisce aggregato misto o misto granulometrico. Gli inerti possono essere classificati in relazione alle dimensioni Classe - mm Materiale naturale Materiale di frantoio 0 - 1 sabbia di fiume per calcestruzzo sabbia fine per calcestruzzo 1 - 7 sabbione di fiume per calcestruzzo sabbione per calcestruzzo 7 - 30 ghiaia per calcestruzzo pietrisco per calcestruzzo ghiaia grossolana per calcestruzzo di massa pietrame per calcestruzzo di massa Classificazione inerti C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio I componenti del conglomerato cementizio INERTI Per il materiale solido informe, si hanno le seguenti definizioni: Volume apparente Vapp [litri]: volume occupato da un miscuglio di inerti costipato con i normali mezzi di posa in opera dei cls Volume assoluto Vass [litri]: la somma dei volumi occupati dai singoli elementi solidi costituenti il miscuglio. Peso specifico apparente Пapp [kg/litri]: il peso dell’unità di volume apparente del miscuglio. Peso specifico assoluto Πass [kg/litri]: il peso dell’unità di volume assoluto del miscuglio. Compattezza c [litri/litri]: il rapporto tra il volume assoluto Vass ed il volume apparente Vapp del miscuglio Indicato con P [kg] il peso del miscuglio, risulta Porosità p [litri/litri]: il rapporto tra la differenza dei volumi apparente ed assoluto (Vapp - Vass ) ed il volume apparente Vapp del miscuglio. Indicato con P [kg] il peso del miscuglio, risulta Con riferimento ad un volume apparente unitario di inerti, la compattezza e la porosità rappresentano, rispettivamente, il volume dei pieni, ovvero il volume occupato esclusivamente da materiale solido, ed il volume dei vuoti. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Classificazione degli inerti Gli inerti possono classificarsi in naturali ed artificiali. Gli inerti naturali provengono da fiumi, depositi fluviali, alluvionali, glaciali nonchè da depositi di materiale sciolto (clastico) formatisi da rocce per l'azione degradante degli agenti esogeni ovvero per reazioni fisico-chimiche. Sono caratterizzati da una superficie liscia e più o meno arrotondata. Gli inerti artificiali, invece, provengono dalla frantumazione di rocce compatte o anche di materiali di fiume. Sono caratterizzati da una superficie rugosa ed a spigoli vivi. La provenienza degli inerti influenza la fluidità, la plasticità, il ritiro e la resistenza meccanica dei cls . INERTI NATURALI Per la superficie liscia e gli spigoli arrotondati migliorano la fluidità del cls, presentando un coefficiente d’attrito interno minore. Comportano un minor volume di vuoti e, per la legge del Féret, una maggior resistenza meccanica, anche per la minore quantità di acqua di bagnatura che questi richiedono. INERTI ARTIFICIALI Possedendo una maggiore superficie specifica, aderiscono meglio alla pasta di cemento conferendo maggiore plasticità al calcestruzzo. Comportano un ritiro leggermente maggiore di quello prodotto dagli inerti naturali: gli elementi spigolosi, assestandosi con maggiore difficoltà, portano alla formazione di un maggior volume di vuoti che favorisce le contrazioni dimensionali (ritiro) La forma degli inerti può essere caratterizzata dal coefficiente di volume γ, definito quale rapporto tra il volume w dell’elemento che si prende in esame e quello della sfera di diametro d, pari alla massima dimensione dell’elemento stesso. Valori di γ molto basso, rendono difficile l’assestamento del cls fresco nella cassaforma, con diminuzione della lavorabilità e della compattezza. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Effetto parete Il Caquot evidenziò, nel 1936, che un miscuglio incoerente presenta una diminuzione di compattezza in prossimità delle pareti del recipiente in cui esso è contenuto. Questa diminuzione di compattezza si definisce effetto di parete. Sull’effetto di parete ha notevole influenza l’assortimento granulometrico del miscuglio In prossimità della parete P1 - P2 - P3 - P4 non è possibile che nel vuoto esistente tra due granuli accostati si inserisca un altro granulo. La compattezza del volume elementare ΔV΄ prossimo alla parete risulta minor di quella valutata con riferimento al volume ΔV" lontano dalla parete. Occorre osservare che l’aggregato misto impiegato nel confezionamento dei conglomerati, non è costituito da granuli aventi tutti le stesse dimensioni medie, ma da varie classi di inerti, ciascuna delle quali ha un suo diametro medio. Pertanto i vuoti esistenti tra gli inerti appartenenti ad una certa classe possono considerarsi come tanti recipienti che saranno riempiti dagli inerti della classe inferiore. In tal senso, quindi, anche gli inerti della classe inferiore subiranno un effetto parete nei confronti delle ‘pareti’ degli inerti della classe superiore. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Effetto parete Dallo studio del fenomeno dell’effetto di parete si possono trarre alcune regole per la composizione granulometrica dell’aggregato misto: Per diminuire l’effetto di parete ε, determinato dalle casseforme, occorre che il diametro medio della classe di inerti ad elementi maggiori sia abbastanza piccolo rispetto al raggio medio della cassaforma. Per diminuire l’effetto di parete ε΄, che si verifica tra le varie classi, occorre che i rapporti, di/di+ l, tra i diametri medi di due classi consecutive, (di > di+ l) siano i più grandi possibili. Se quindi, nel rispetto della prima regola, scegliessimo il diametro medio della classe ad elementi maggiori molto piccolo, giungeremmo, applicando la seconda delle regole, a valori piccolissimi del diametro medio dell’ultima classe d’inerti: avremmo così un cls con forte incidenza di fino. Si può concludere, dunque, che la scelta dei diametri medi e del numero delle classi da impiegare nel misto, va eseguita in modo da ottemperare nella migliore maniera alle varie esigenze e ridurre al minimo l’effetto di parete. Il diametro massimo del misto granulometrico Il diametro massimo, dmax, degli inerti che costituiscono l’aggregato misto, è funzione delle dimensioni dell’elemento strutturale delle eventuali armature dell’effetto di parete. In particolare, la scelta di dmax dipende da: a) le distanze tra i ferri; b) il raggio medio della cassaforma nella parte della quale si ha la maggiore concentrazione di armatura, C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Assortimento granulometrico Per studiare l’assortimento delle classi di inerti, contenuti in un aggregato misto, ovvero per effettuarne l’analisi granulometrica, si procede alla vagliatura dello aggregato mediante una serie di vagli a maglia quadra, stacci, e di vagli a fori tondi, crivelli. Dal mucchio di inerti a disposizione si scarteranno tutti gli elementi di dimensione > di dmax e dal materiale così vagliato si estrarrà un campione che, prima dell’analisi, verrà essiccato fino a peso costante P. Il campione, di peso P, viene poi posto sul primo della serie di vagli in cascata. Avendo scelto per il primo vaglio la luce dmax, attraverso lo stesso passerà tutto il peso P di materiale. Questa condizione si esprime scrivendo che il peso R1 di materiale che resta sul vaglio d1 (residuo) è uguale a zero. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Curva granulometrica Su un diagramma cartesiano, che abbia sulle ascisse i diametri di dei vagli e sulle ordinate le percentuali in peso del materiale passante attraverso il vaglio i-esimo, si riportano con d1 A1, d2 A2,..,di Ai,.., dn An i valori delle % del passante Pi[%]. Congiungendo i punti Al, A2,.,Ai,.,An si ottiene la spezzata che rappresenta, in diagramma, l’assortimento granulometrico del miscuglio. Il diagramma si definisce curva granulometrica dell’assortimento granulometrico. Nel caso 2 nella granulometria mancano gli elementi della classi d2-d3 mm. Il segmento generico AiAi’ rappresenta la percentuale in peso del materiale trattenuto dal vaglio di apertura di se l’operazione di vagliatura fosse eseguita solo con detto vaglio. Nell’ipotesi di R1=0 si avrebbe E si definisce redisuo cumulativo percentuale. La sommatoria dei residui cumulativi percentuali rapportata a 100, si definisce Modulo di finezza del miscuglio C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Assortimento granulometrico Nella composizione dei conglomerati cementizi l’assortimento dimensionale dei granuli, detto anche assortimento granulometrico incide su: le proprietà dei singoli componenti granulari dell’aggregato misto (resistenza meccanica, resistenza al gelo, stato della superficie, forma dell’inerte, ecc.), l’influenza che esso, a parità di altre condizioni, esercita sulla compattezza, sulla lavorabilità e sul comportamento in opera del calcestruzzo indurito. La composizione granulometrica del Cls deve essere progettata in modo da rispettare la curva ideale del Fuller ed essere contenuta nel Fuso UNI. Un buon assortimento di inerti: riduce al minimo il volume dei vuoti, aumenta la resistenza meccanica, riduce la porosità, garantisce il confinamento delle armature (Dmax) C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio I componenti del conglomerato cementizio ADDITIVI Gli additivi sono quelle sostanze che aggiunte, in piccole quantità, all’atto del confezionamento del calcestruzzo ne migliorano una o più caratteristiche. Tutti gli additivi consentono di conseguire ottimi risultati se impiegati, però, nelle esatte dosi prescritte dalle case produttrici e se omogeneizzati a fondo nella massa del calcestruzzo. Un dosaggio sbagliato comporta, per certi additivi, un rallentamento della presa o dell’indurimento o di entrambi; per altri, invece, un accelerazione di uno o entrambi i fenomeni. Additivi acceleranti: aumentano la velocità della reazione di idratazione del cemento, accelerando lo sviluppo delle resistenze meccaniche nei conglomerati. Possono distinguersi in acceleranti di presa ed acceleranti d’indurimento. Additivi aeranti: provocano nel cls la formazione di minutissime bolle d’aria uniformemente distribuite nella massa del calcestruzzo, ne migliorano la resistenza al gelo, la lavorabilità e ne riducono la permeabilità. Additivi anti-evaporanti: hanno la capacità di trattenere l’umidità all’interno della massa riducendo il ritiro da evaporazione troppo rapida e quindi il rischio di fessurazioni. Additivi antigelo: abbassano il punto di congelamento dell’acqua d’impasto ed accelerano i processi di presa e di indurimento del cemento. Additivi antiritiro: miscelati al cemento, consentono di ottenere una malta a consistenza fluida, scorrevole ed omogenea, caratterizzata da una controllata e regolare azione espansiva. Etc… C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Il Confezionamento L’impasto dei componenti del conglomerato può avvenire in cantiere con miscelatori, ovvero in impianti industriali di betonaggio dai quali il cls è poi trasferito in cantiere con autobetoniera. I miscelatori possono essere a bicchiere o a vasca I miscelatori a bicchiere, sono formati da un contenitore tronco- conico (bicchiere) che ruota intorno ad un asse sub-orizzontale. All’interno del ‘bicchiere’ troviamo un sistema di ‘pale’ che solleva i componenti della miscela per poi lasciarli ricadere per gravità: durante la caduta si ha il mescolamento dei componenti del cls C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Il Confezionamento I miscelatori a vasca presentano l’asse di rotazione verticale. In questo caso il mescolamento è assicurato dalle traiettorie che le pale e i satelliti imprimono ai componenti della miscela La velocità di rotazione del miscelatore deve essere opportunamente regolata per garantire: - una buona produzione oraria di cls, - evitare la centrifugazione dei componenti del cls, nel caso dei miscelatori a bicchiere - evitare la miscelazione caotica dei componenti del cls, nel caso dei miscelatori a vasca Le velocità [giri/min] ottimali sono: n = 20 x √ d per miscelatori a bicchiere n = 15 x √ d per miscelatori a vasca dove d [m] è il diametro massimo del miscelatore C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Il Confezionamento Impianto di cantiere Quando il calcestruzzo è prodotto in cantiere occorre prevedere una zona di deposito degli inerti un silo per la conservazione del cemento un serbatoio per l’acqua le attrezzature di impasto C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Il Confezionamento Impianto industriale di betonaggio Tramogge aggregati; Dosatori; Nastro trasportatore aggregati orizzontale; Nastro convogliatore aggregati inclinato; Miscelatore; Dosatore cemento; Coclea alimentatrice cemento; Sila cemento; Benna alimentatrice aggregati Durante il trasporto il mescolamento continua nel bicchiere dell’autobetoniera C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio La posa in opera La posa in opera avviene quando il calcestruzzo si trova allo stato fresco con l’ausilio di casseforme che definiscono la configurazione finale della struttura. Le casseforme possono essere: di legno - di acciaio - di plastica – di cartone Il getto deve essere eseguito avendo cura di non produrre la perdita di omogeneità della miscela per effetto della segregazione degli inerti e formazione di vuoti interni al conglomerato e di non danneggiare le strutture di contenimento. L’operazione corretta è la (A), dove il getto viene eseguito con un grosso tubo, con imbuto terminale. In questo modo si evita che la miscela possa urtare la gabbia metallica con conseguente segregazione dei componenti e deformazione della gabbia metallica L’operazione corretta è la (A), dove il getto viene eseguito iniziando dal basso con un tubo-getto. Man mano che il getto procede, il tubo-getto viene sollevato a breve distanza dalla superficie della parte ‘già gettata’ C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio La posa in opera Modalità di posa in opera Un getto non corretto può dar luogo alla formazione di macroscopici vuoti (nidi di ghiaia) e ad addensamenti di pasta cementizia e di sabbia. Per eliminare, o ridurre, questi inconvenienti è opportuno procedere con la compattazione. La compattazione conferisce all’impasto una energia capace di vincere gli attriti interni. In questo modo tutti gli inerti avranno la possibilità di essere ricoperti di pasta di cemento e i vuoti presenti tra essi saranno riempiti di pasta cementizia. La compattazione può avvenire mediante: pistonatura della miscela ancora fresca - vibrazione della miscela ancora fresca. Pistonatura del getto Con un idoneo utensile, attraverso il lavoro dell’uomo, si conferisce alla miscela una energia sufficiente a favorire l’assestamento del getto nella cassaforma. Per la pistonatura viene utilizzato un tondino metallico o un’asta in legno. La pistonatura viene utilizzata quando il getto è di modeste entità e sufficientemente fluido Vibrazione del getto Con una attrezzatura meccanica, il vibratore, si conferisce alla miscela una energia sufficiente a favorire l’assestamento del getto nella cassaforma. La vibrazione viene utilizzata quando il getto è particolarmente ‘fermo’. La vibrazione può avvenire con vibratori ad ago da immersione o con vibratori a parete C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato fresco Le caratteristiche del calcestruzzo allo stato fresco sono la OMOGENEITÀ la FLUIDITÀ la PLASTICITÀ che nel loro insieme definiscono la LAVORABILITÀ e la CONSISTENZA. OMOGENEITÀ La massa del calcestruzzo, dopo il confezionamento, s'intenderà omogenea quando la sua composizione è costante in tutti i punti. Se si prelevano, dopo la miscelazione, diversi campioni di calcestruzzo in diversi punti dell'impasto, la composizione (percentuale degli inerti, del cemento e dell'acqua) risulterà pressoché costante. L’omogeneità del calcestruzzo non dipende dalla composizione della miscela ma dalle modalità di confezionamento. In particolare, a parità di velocità di rotazione e delle caratteristiche costruttive della betoniera, l’omogeneità dipende: • dal rapporto tra il volume della carica ed il volume interno della betoniera • dalla sequenza con cui si introducono i componenti della miscela nella betoniera • dal tempo di mescolamento. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato fresco Controllo dell’omogeneità Per il controllo della omogeneità dell’impasto si procede all’analisi di alcuni campioni della miscela, prelevati ad intervalli regolari dopo il confezionamento. Il numero dei campioni sarà proporzionale alla capacità di produzione del miscelatore V3 per ogni singola operazione di miscelazione. Il controllo dell’omogeneità viene effettuato confrontando tra loro i diversi campioni per quanto concerne: la resistenza a compressione a una prefissata scadenza, ad esempio la resistenza a 7 giorni su 4 cubetti; la percentuale in peso dell'aggregato grosso; Per valutare la percentuale in peso dell’aggregato grosso Vi si versa nel crivello di diametro Φ 30 (ad esempio) il campione di cls di peso P Si vibra il crivello in modo da favorire il passaggio dei componenti di dimensione inferiore o uguale a 30 mm Si pesa il residuo nel crivello, Pr Risulterà: Vi=Pr/P La percentuale in peso del cemento; Per valutare la percentuale in peso della parte finissima dei campioni del cls si utilizza lo staccio Φ 0.2 [mm]. Si versa nello staccio di lato Φ 0.2 il campione di cls di peso P Si vibra lo staccio in modo da favorire il passaggio dei componenti di dimensione inferiore o uguale a 0.2 mm Si pesa il residuo nello staccio, Pr Vi=(P-Pr)/P C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Valori delle deviazioni per una buona omogeneità
1.4 - LA STRUTTURA PORTANTE: MATERIALI – IL CALCESTRUZZO Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato fresco In particolare vengono assunti come indici di valutazione della omogeneità del calcestruzzo i seguenti parametri: la deviazione percentuale massima cioè il valore assoluto massimo delle variazioni percentuali rispetto alla media; Dmax=MAX |Di| la deviazione percentuale media cioè la media aritmetica dei valori assoluti delle deviazioni percentuali. Dmed=(Σ|Di|)/n Valori delle deviazioni per una buona omogeneità C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato fresco LAVORABILITÀ Per lavorabilità si intende l’attitudine del cls ad essere trasportato nell’ambito del cantiere mantenendo immutata l’omogeneità raggiunta dopo il confezionamento e ad essere posto in opera in modo da riempire perfettamente le casseforme e penetrare, quando esistono, tra le armature. La lavorabilità è influenzata da fattori intrinseci quali: caratteristiche e dosaggio dell’acqua caratteristiche e dosaggio del cemento composizione granulometrica degli inerti natura degli inerti (naturali o artificiali) E da fattori estrinseci quali: mezzi di trasporto e modalità di posa in opera forma e dimensione delle strutture disposizione e quantità delle armature metalliche tempo tra il confezionamento e la posa in opera condizioni di temperatura e umidità ambientale Al fine di ottenere una buona lavorabilità concorrono due caratteristiche del calcestruzzo allo stato fresco: la fluidità l’attitudine di un calcestruzzo a muoversi, con maggiore o minore facilità, quando è portato con una canaletta da un punto all'altro del cantiere, o trasportato con tubazioni in pressione, ovvero quando è distribuito in una cassaforma, affinché questa ne sia riempita, senza perdere l’omogeneità iniziale. la plasticità la capacità del calcestruzzo di subire, in misura minore o maggiore, deformazioni o spostamenti senza perdere la sua coesione e senza dar luogo a segregazione tra gli elementi che lo compongono. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato fresco La segregazione della miscela è l’insieme di due fenomeni: BLEEDING (o essudazione) consiste nella formazione di uno strato di acqua sulla superficie del getto SEDIMENTAZIONE consiste nel deposito nella parte bassa del getto degli elementi della miscela più grossi e più pesanti Il bleeding è una manifestazione tipica delle superfici in cls molto estese (solette, pavimentazioni stradali, ecc.) e comporta alcuni inconvenienti: nelle riprese di getto nell’aderenza acciaio-calcestruzzo nell’aderenza della matrice cementizia agli inerti C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato fresco CONSISTENZA Per consistenza del calcestruzzo allo stato fresco s’intende l’attitudine del miscuglio a conservare la forma conferitagli. Attraverso la valutazione della consistenza, condotta con particolari prove, è possibile avere delle indicazioni circa la lavorabilità del calcestruzzo. La consistenza può essere misurata con: Il Cono di Abrams per calcestruzzi umidi e fluidi La Tavola a scosse Il consistometro VEE-BEE per calcestruzzi rigidi Cono di Abrams (slump-test) realizzata in cantiere mediante l’uso di un recipiente tronco-conico in lamiera metallica, senza fondi, appoggiato su una lastra anch’essa metallica. La prova è normata dalla UNI Il riempimento deve avvenire in tre strati, ciascuno di volume pari ad 1/3 del volume totale. Il calcestruzzo deve essere assestato, strato per strato, con 25 colpi di un tondino di ferro 16, lungo 60 cm. Completato il costipamento del calcestruzzo si rasa la superficie superiore, si sfila il cono di lamiera e si procede alla lettura dell’abbassamento δ. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato fresco Tavola a scosse (flow-test) In Italia non esiste una norma che regoli la prova, si fa pertanto riferimento alla Norma americana ASTM. Il riempimento si esegue in due strati, ciascuno di volume pari alla metà di quello totale, ed ogni strato viene assestato con 25 colpi di un tondino di ferro Φ 16, lungo 60 cm e arrotondato alla sua estremità. La rimozione del cono viene effettuata appena è stato completato il riempimento ed immediatamente dopo si dà inizio al movimento della tavola con 15 scosse in 15 secondi, con un'altezza di caduta di cm 1,25. Ultimata la prova si misurano tre diametri, disposti simmetricamente, e se ne calcola la media aritmetica D, esprimendola in mm. Indicato con d il diametro maggiore della forma, in mm, la prova viene caratterizzata dallo spandimento percentuale Prova VEE-BEE si pone il consistometro direttamente sul pavimento pulito, o su di una base orizzontale, ferma e stabile, pulita; si riempie il cono con il calcestruzzo, assestandolo come avviene in una normale prova del cono di Abrams. Rimosso l’imbuto, dopo l’ultimo colpo di tondino, il calcestruzzo viene rastremato, livellato e lisciato alla cima del cono; si rimuove con accortezza il cono di lamiera dal calcestruzzo e successivamente si inizia la vibrazione. quando un sottile velo di pasta di cemento avrà ricoperta la parte inferiore del disco, si interrompe la vibrazione. Il grado di consistenza VEE-BEE è dato dalla formula: dove: t secondi di vibrazione; V1 volume iniziale V2 volume finale del cls C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato fresco Classi di consistenza Il calcestruzzo trova impiego a seconda delle classi di consistenza. In funzione delle prove effettuate sui calcestruzzi umidi e fluidi, e del relativo slump misurato in mm, si determinano le seguenti classi di consistenza: Classe di consistenza per alcune tipologie strutturali Classe Slump (mm) Aspetto Applicazioni S1 10-40 Terra umida Pavimentazioni con vibrofinitrici S2 50-90 Plastica Strutture circolari con casseforme rampanti (silos, ciminiere, ecc.) S3 Semifluida Strutture non armate o poco armate o con pendenze S4 Fluida Strutture mediamente armate S5 > 220 Superfluida Strutture fortemente armate, di ridotta sezione o complessa geometria C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato indurito Tra i requisiti richiesti al calcestruzzo allo stato indurito, quelli ritenuti di fondamentale importanza sono: la RESISTENZA MECCANICA la DEFORMABILITÀ La resistenza meccanica è il massimo carico che un provino di calcestruzzo può sopportare prima della rottura. Parleremo di: Resistenza a compressione Rc se il carico applicato è di compressione Resistenza a trazione Rt se il carico applicato è di trazione Il conglomerato cementizio è un materiale che, una volta indurito, resiste abbastanza bene a compressione, mentre resiste in modo mediocre a trazione diretta e a trazione da flessione. Per questo motivo nelle strutture in c.a. al calcestruzzo viene affidato il compito di resistere alle sollecitazione di compressione ed alle armature alle sollecitazioni di trazione. RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE La resistenza a compressione di un cls dipende da numerosi parametri che la influenzano direttamente e/o indirettamente, quali: il tipo ed il dosaggio del cemento la quantità dell’acqua d’impasto la natura, la forma e la granulometria degli inerti la modalità di posa in opera la presenza delle armature metalliche la lavorabilità C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato indurito RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE Nel 1892 il Féret enunciò la legge: Per qualsiasi natura, forma e grandezza degli inerti, ed indipendentemente dalla consistenza e dalle modalità di posa in opera, la resistenza a compressione del cls è funzione crescente del rapporto C peso del cemento A volume dell'acqua d'impasto V volume dei vuoti contenuti nell'unità di volume di calcestruzzo fresco, in opera Il rapporto C/(A+V) viene definito, fattore di resistenza. La legge del Féret è stata accettata universalmente nel 1926, in occasione del Congresso di Zurigo della Associazione Internazionale Materiali Costruzione. Féret esplicitò la ‘legge’ con l’espressione matematica: R [N/mm2] carico di rottura a compressione dopo il periodo di stagionatura K coefficiente funzione del tipo di cemento e del tempo e delle modalità di stagionatura Пc [Kg/m3 ] peso specifico del cemento (3100 kg/m3) A [litri/m3] V (litri/m3) C (kg/m3) C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato indurito Successivamente vari autori hanno esplicitato la legge del Féret con altre formule: Formula del Bolomey Formula di Dutron Formula di Abrams Formula di Graf Le formule, pur essendo così diverse tra loro nella forma, forniscono valori della resistenza a compressione, per i quali gli scarti relativi non eccedono il 10%. Gli scarti rilevati dipendono dal fatto che le formule non tengono conto: dei vuoti, sempre presenti nei cls (almeno 5%) delle condizioni di stagionatura della granulometria, forma e natura degli inerti che, anche se in misura minore del rapporto A/C, influenzano la resistenza dei calcestruzzi. Attesi gli scarti riscontrati, le formule di Bolomay, di Dutron, di Abrams e di Graf, possono essere utilizzate soltanto nella fase di studio della composizione del cls e non possono sostituire i controlli di accettazione. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato indurito DEFORMABILITÀ I conglomerati cementizi si deformano: per le azioni indotte dai carichi (funzione della resistenza caratteristica) carichi permanenti degli elementi strutturali, G1 carichi permanenti degli elementi non strutturali, G2 carichi variabili, Q per le azioni indotte dalle variazioni termiche (funzione della natura degli aggregati) per il ritiro per il fluage (funzione della quantità di acqua d’impasto e del tipo di cemento) La deformazione dei corpi può quindi considerarsi somma di due aliquote: DEFORMAZIONE ELASTICA che si annulla al cessare delle sollecitazioni indotte dai carichi (per sollecitazioni ≤ valore limite di elasticità) DEFORMAZIONE PERMANENTE che rimane anche dopo che si annulla il carico C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato indurito DEFORMAZIONI SOTTO CARICO In campo elastico vige la legge di Hooke: dove, nel caso della compressione, σ è la sollecitazione di compressione ε è la deformazione (rapporto tra la riduzione dimensionale ΔL e la lunghezza iniziale L) E è il modulo di elasticità, o modulo di Young Il conglomerato cementizio è un materiale elasto-plastico e segue solo in parte la legge di Hooke poichè le deformazioni ε crescono più rapidamente delle sollecitazioni σ. Tuttavia nel c.a., per utilizzare i principi della Scienza delle Costruzioni fondati sulla legge di Hooke, si assume questa legge anche per il cls e si considera costante il modulo di elasticità a compressione Ecm Le NTC 2008 stabiliscono che per modulo elastico del calcestruzzo, in sede di progettazione delle strutture, si possa assumere il valore: dove: f cm resistenza media a compressione valutata su provini cilindrici E cm modulo elastico del calcestruzzo ut tensio sic vis C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Caratteristiche allo stato indurito DEFORMAZIONI TERMICHE Le deformazioni termiche del conglomerato cementizio sono strettamente legate ai coefficienti di dilatazione termica dei componenti del calcestruzzo stesso. Secondo la normativa vigente, in mancanza di sperimentazione diretta, per i calcestruzzi non maturati a vapore, può assumersi un coefficiente di dilatazione termica Per ogni grado centigrado !!! Il coefficiente di dilatazione termica dei conglomerati cementizi è all'incirca uguale a quello dell’acciaio per cui, nelle opere in cemento armato, i due materiali si dilatano in uguale misura senza che nascano tensioni sensibili all’interno della massa strutturale. RITIRO Si definisce ritiro la proprietà che hanno i conglomerati cementizi di ridurre il loro volume, peraltro in misura più o meno modesta, durante la presa e l’indurimento. Il ritiro del calcestruzzo può essere negativo (ossia con rigonfiamento) se la stagionatura avviene in acqua, mente è positivo se la stagionatura, come normalmente accade, avviene all'aria. FLUAGE Come il ritiro anche il fluage è un fenomeno reologico che si manifesta con deformazioni lente nel tempo. Il fluage si differenzia dal ritiro in quanto è un fenomeno connesso all'azione prolungata dei carichi esterni. In particolare, sotto carico costante, a causa di scorrimenti interni, il calcestruzzo continua a deformarsi nel tempo, subendo le cosiddette deformazioni viscose. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Cause del degrado del cls armato Le Cause del Degrado del Cls Armato possono essere distinte in: I - Strutturali Resistenze meccaniche – Sovraccarichi – Regime dei Vincoli II - Chimiche Solfati – Cloruro – Anidride Carbonica III - Fisiche Gelo - Disgelo – Ritiro Plastico IV - Meccaniche Abrasione – Erosione – Urto - Esplosione V - Biologiche Muschi - Alghe - Funghi C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Durabilità del cls armato Il Comitato Intereuropeo del Calcestruzzo (CEB) e la Federazione Internazionale del Precompresso (FIP) hanno così definito la durabilità: Attitudine di un’opera a sopportare agenti aggressivi di diversa natura mantenendo inalterate le caratteristiche meccaniche e funzionali. Le NTC 2008 stabiliscono che per garantire la durabilità delle strutture in c.a., esposte all’azione dell’ambiente, si devono adottare i provvedimenti idonei a limitare gli effetti di degrado indotti dall’attacco chimico, fisico e derivante dalla corrosione delle armature e dai cicli di gelo e disgelo. Le NTC 2008 prescrivono al progettista: Garantire una Vita Nominale di: 50 anni per gli edifici di Classe d’uso II [Edifici e costruzioni con normali affollamenti, costruzioni senza funzioni pubbliche e sociali di rilevante importanza.] 100 anni per gli edifici di Classe d’uso III e IV [Costruzioni con affollamenti significativi in esercizio Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità.] Determinare le caratteristiche del calcestruzzo da impiegare: composizione, resistenza meccanica, spessore del copriferro e regole di maturazione, per garantirne la durabilità prevista. C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Durabilità del cls armato Al fine di garantire la durabilità ed evitare l’insorgere delle patologie degenerative del Cls Armato è necessario determinare, in funzione delle sollecitazioni, della destinazione d’uso e della esposizione agli agenti aggressivi: le caratteristiche meccaniche Rck Il diametro massimo Dmax degli inerti La composizione granulometrica mix design La consistenza S Il dosaggio di cemento c Il rapporto a/c lo spessore del copriferro CLASSI DI ESPOSIZIONE AMBIENTALE La norma UNI-EN 206 e le Linee guida del Ministero dei Lavori Pubblici sul calcestruzzo strutturale definiscono sei classi di esposizione rapportandole al rischio di degrado del calcestruzzo e per ciascuna fissano le caratteristiche del cls da utilizzare ed in particolare: il rapporto A/C, il dosaggio di acqua A il tipo di cemento appropriato. X0 Assenza di rischio XC Corrosione da Carbonatazione XD Corrosione da Cloruri ad esclusione di quelli di mare XS Corrosione da Cloruri di mare XF Degrado per gelo e disgelo XA Degrado chimico C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Classi di esposizione ambientale C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

Prof. Ing. Roberto Castelluccio Spessore del copriferro In relazione all’esposizione ambientale si definisce anche lo spessore del copriferro per le strutture in Cls armato ordinario e per quelle in Cls armato precompresso C.d.l. in Ingegneria Edile – Architettura – a.a. 2016/2017

1.4 - LA STRUTTURA PORTANTE: MATERIALI – IL CALCESTRUZZO

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