Calcestruzzo

Il calcestruzzo, cioè la pasta formata dal legame idraulico fra il  cemento egli aggregati (sabbia, ghiaia, pietrisco) amalgamati con acqua, per effetto dell’indurimento diventa una pietra artificiale le cui caratteristiche principali sono la durezza e la resistenza meccanica.

Il requisito più importante richiesto al calcestruzzo nelle normali applicazioni è la resistenza a compressione, che è pure il parametro base per giudicare la qualità di un conglomerato in generale.

Una elevata resistenza a compressione, infatti, denota la presenza di una massa compatta, con una bassa presenza di vuoti o irregolarità nell’interno, e garantisce prestazioni elevate anche sotto tutti gli altri aspetti; più il materiale è compatto ed omogeneo, maggiore sarà non solo la sua capacità di resistere all’azione degli agenti aggressivi ma anche la sua resistenza meccanica; in questo senso fondamentale per la resistenza, oltre che per la protezione e dagli agenti atmosferici e chimici, è il rapporto acqua/cemento che deve essere idoneo a garantire le prestazioni richieste al calcestruzzo.

Con una quantità d’acqua troppo elevata (a/c > 60), lo spazio che essa occupa fra i grani di cemento può risultare tanto ampio da non permettere l’ottimale e completa idratazione, in quanto l’acqua in eccesso rimanente nell’impasto evaporerà successivamente, lasciando delle sacche d’aria che aumentano la capillarità (diminuzione della densità) del cls, minandone la sua resistenza a compressione.

Al contrario con poca acqua (a/c < 45) si avrebbe una idratazione incompleta del legante od una troppo rapida evaporazione dell’acqua durante la fase di presa del calcestruzzo, con notevoli svantaggi sulla resistenza meccanica, oltre ad ottenere una scarsa lavorabilità dell’impasto; infatti la lavorabilità, cioè la capacità del calcestruzzo di assumere la forma del recipiente (cassero) che lo contiene, cresce all’aumentare della quantitativo di acqua utilizzata per l’impasto, oltre a dipendere dalle caratteristiche degli inerti utilizzati (diametro massimo previsto e superficie dell’inerte: liscia o scabra) e dalla presenza di eventuali additivi specifici.

In genere un cls ordinario ha un rapporto a/c che si assesta fra lo 0,45 e lo 0,6, per cui un m3 di calcestruzzo è composto da: 0,4 m3 inerti fini (sabbia), 0,8 m3 inerti grossi (pietrisco e ghiaia), 250-300 kg di cemento e 100-180 litri d’acqua.

La resistenza a compressione rappresenta il criterio base di classificazione dei calcestruzzi; per la realizzazione delle palazzine in progetto sarà in genere impiegato calcestruzzo di classe C25/30 sia per le opere di fondazione che per le opere in elevazione; tale conglomerato ha una resistenza caratteristica a compressione, definita come “la resistenza al di sotto della quale si ha il 5% di probabilità di trovare valori inferiori”,  pari a:

  • provino cilindrico(diametro di base 15 cm e altezza 30 cm):

fck = 25 N/mm2 = 25 MPa = 250 kg/cm2;

  • provino cubico  (15 cm di lato): 

Rck = 30 N/mm2 = 30 MPa = 300 kg/cm2.

In sede di progetto si farà riferimento alla resistenza caratteristica a compressione su cubi Rck; da essa poi si passerà a quella cilindrica da utilizzare nelle verifiche mediante l’espressione:

fck  = 0.83 Rck .

Il valore deterministico nominale da utilizzare nelle formule di progetto e verifica della normativa dipende dal livello di rischio che si accetta circa il non soddisfacimento di uno stato limite; di norma il valore di calcolo sarà ottenibile dal valore caratteristico della resistenza a compressione del cls diviso per il coefficiente parziale di sicurezza γc = 1,6 (c = concrete, cls):

fcd  =  fck / γc .

Nel caso del calcestruzzo il modulo elastico è in funzione della resistenza a compressione, ma essendo un materiale composito, il suo comportamento non segue  propriamente la legge di Hooke: lo si approssima a tale legge per semplicità di calcolo.

Il modulo di elasticità del calcestruzzo inoltre varia nel tempo raggiungendo il valore massimo in circa 6 anni.

  • modulo elastico(Young) a 28 gg:

Ec  = σc/εc  = 31000 N /mm2  = 31 kN/mm2.

Il diagramma di calcolo tensione (σ) – deformazione(ε) del calcestruzzo adottato è quello parabola – rettangolo definito da un arco di parabola passante per l’origine e da un segmento di retta parallelo all’asse delle deformazioni e tangente alla parabola nel punto di sommità.

La resistenza a trazione di un calcestruzzo è molto bassa e rappresenta una frazione della resistenza a compressione: in genere si assume pari ad 1/10 di quest’ultima.

Infatti se sotto compressione gli aggregati determinano in modo attivo il comportamento del materiale in quanto, essendo a contatto tra loro e con la pasta, riescono ad assorbire, deformandosi, buona parte degli sforzi, sotto trazione invece l’interfaccia legante-aggregato, pur essendo più o meno resistente in funzione del grado di scabrezza e porosità della superficie di quest’ultimo e della sua possibilità di formare legami chimici con la pasta di cemento, costituisce sempre il punto debole della struttura del conglomerato sotto l’effetto di un carico “tirante”.

In corrispondenza di tale interfaccia si generano, per i fenomeni di ritiro, numerose microfessure che determinano una concentrazione locale della sollecitazione che risulta determinante ai fini della scarsa resistenza a trazione del calcestruzzo.

La resistenza di calcolo a trazione del calcestruzzo fctd è ottenibile dal valore caratteristico della resistenza a trazione del calcestruzzo diviso per il coefficiente parziale di sicurezza γc = 1.6 (c = concrete, calcestruzzo):

fctd = fctk / γc ;

dove il valore caratteristico della resistenza a trazione è ricavabile dalla resistenza caratteristica a compressione del provino cubico attraverso le seguenti relazioni:

f ctk = 0,7 f ctm ;           

 f ctm = 0.27 ( Rck ) 2/3.

Nonostante l’ambiente in cui le opere in conglomerato cementizio armato saranno esposte sia a basso rischio di corrosione delle armature e a basso rischio da attacco da agenti chimici (classe di esposizione X0 – assenza di corrosione delle armature), la miscela di calcestruzzo utilizzata avrà una classe minima di esposizione XC1-XC3 (calcestruzzi armati le cui armature sono a rischio di corrosione da carbonatazione) e XF1-2 (esposizione a cicli di gelo-disgelo).

La classe di consistenza sarà S4 (fluida) per il conglomerato utilizzato per la realizzazione delle opere di fondazione, mentre sarà S3 (semifluida) per le opere in elevazione e per la realizzazione del muro di contenimento.

Ovviamente la lavorabilità è stata scelta in funzione delle caratteristiche della struttura e dei metodi di compattazione e verificata al momento del getto in cantiere.

Ricordiamo che in Italia la consistenza del calcestruzzo è espressa in termini di classi di abbassamento al cono di Abrams (slump test) o di classi di spandimento: questo procedimento, da effettuare in cantiere, permette di suddividere gli impasti in cinque classi basandosi sulla misura dell’abbassamento al cono del calcestruzzo fresco per effetto del peso proprio.

Il trasporto del calcestruzzo, dal sito di confezione al luogo d’impiego, sarà effettuato con mezzi adeguati ad evitare la segregazione o il danneggiamento del conglomerato (betoniere).

Dopo la miscelazione il calcestruzzo sarà trasportato a piè d’opera grazie a delle pompe autocarrate o alla benna cilindrica agganciata alla gru di cantiere, che effettueranno il getto nelle casseforme.

I getti saranno quindi convenientemente compattati tramite vibratore ad ago e, nel caso delle solette, la relativa superficie sarà perfettamente livellata attraverso uno stendi getto manuale.

Comunque durante l’esecuzione di ogni opera in calcestruzzo armato, ci si atterrà alle prescrizioni contenute nella legge n. 1086/71 (sulla messa in opera del c.a.) nonché alle norme tecniche (N.T.C. 2018).

Per quanto riguarda il prelievo di provini di conglomerato, esso sarà effettuato secondo le prescrizioni normative (controllo di tipo A secondo le N.T.C.), garantendo almeno un prelievo (due provini) ogni 100 mc di calcestruzzo gettato in opera.

Per ogni giorno di getto verrà comunque effettuato un prelievo; quindi il numero totale dei prelievi sarà almeno pari al numero di giorni in cui sono stati effettuati i getti.

I provini ottenuti saranno inviati ai laboratori competenti per lo svolgimento delle prove di resistenza a schiacciamento, che viene eseguita con una pressa idraulica di adeguata potenza: il provino deve essere posto esattamente al centro di pressione, è senza alcuna interposizione di materiale deformabile, come cartone, feltro o piombo, fra le facce del provino stesso ed i piatti della macchina.

La pressione deve essere esercitata gradualmente fino alla completa rottura del provino.

Il tipo di rottura del provino è indice della resistenza del calcestruzzo: i calcestruzzi scadenti tendono a fessurarsi e sbriciolarsi, senza precisi piani di rottura, mentre se il cubetto si rompe determinando una serie di fessure regolari ed una rottura a “clessidra” o a piramide più o meno regolari, con le facce che formano un angolo di circa 45° con la base, allora il calcestruzzo avrà raggiunto senz’altro una elevata resistenza a compressione.

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