Beton

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Beton
Suprafața betonului
Suprafața betonului
Beton proaspăt
Beton proaspăt
Caracteristici generale
Compoziţie Conglomerat format în principal din liant, apă și agregate
Aspect gri plictisitor
Stat de agregare (în cs ) solid
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (g / cm 3 , în cs ) 2.4
Porozitate 0 ÷ 40% în volum [1]
Subsolul unei case din beton

Beton (adesea abreviat ca betonul) este un material de construcție , un artificial conglomerat constând dintr - un amestec de liant , apă și fin și grosier de agregate ( nisip și cu pietriș ) și cu adaos, după cum este necesar, a aditivilor și / sau adaosuri minerale care influențează caracteristicile fizice sau chimice, precum și performanțele, atât în stare proaspătă [2] și călite conglomerate.

In secolul 21, liantul utilizat pentru a face din beton este ciment , dar in betonul trecut a fost făcut ca agenți de legare diferite folosite , cum ar fi var aeriene sau hidraulic . Gips a fost , de asemenea , foarte rar folosit pentru a face betoanelor „săraci“.

Betonul proaspăt este turnat în interiorul cofrajului și compactat cu vibratoare , dar sunt formulări moderne de beton numite „autocompactat“ ( SCC ), fundamentală în arhitectura contemporană , deoarece acestea asigură o față omogenă și uniformă, nu necesită vibrații, și sunt compactat prin forța gravitației . Cimentului , hidratare cu apă, se iau si se intareste da amestecului o rezistență mecanică , cum ar fi pentru a face comparabil cu o piatră . Acesta este acum folosit pentru a face părțile structurale ale unei clădiri și este cel mai utilizat pe scară largă de construcție materialul din lume. [3]

Etimologie

Betonul pe termen lung, care derivă din latini calcis structio, de multe ori în perioada 1800-1900 , de asemenea , numit calcistrutto, ( pe baza de var structura) nu este de fapt cel folosit de Marco Vitruvio Pollione în tratatul său De Architectura , în cazul în care aceasta tehnica este definit ca caementicium opus . În descrierea conținută în De Architectura, caementum termenul (din verbul caedo care înseamnă a tăiat în bucăți) , au indicat resturi de piatra folosite pentru a face beton.

Termenul caementum din latina clasică, care a devenit cementum în latina vulgară, a păstrat mai întâi semnificația „resturi de piatră”, apoi a preluat în Evul Mediu târziu , cu termenul italian de ciment, sensul întregului conglomerat, adică concretul actual. Numai la sfârșitul secolului al 18 - lea a făcut decolare de ciment termen pe cel actual de liant hidraulic , în timp ce betonul termen a fost repartizat definitiv la conglomerat.

Istorie

Invenție și îmbunătățiri în timp

Panteonul din Roma , a carui cupola este realizat din beton

Valoarea considerabilă recunoscută pentru beton de primele sale utilizatori a fost posibilitatea de a obține pietre artificiale de orice formă dorită

Este dificil să se specifice originile tehnicii de construire în conglomerat, deoarece se pare că asirienii și egiptenii deja construite construcții folosind materiale de minute. De Grecii știau această tehnică, care au folosit -o pentru construirea Sparta rezervor și a altor construcții din care urme încă rămân.

Cu toate acestea, ea a fost romanii care a dat un impuls mare, folosindu - l pentru realizarea unui număr considerabil de lucrări, încă în stare bună astăzi. Romanii au utilizat betonul în construcția de drumuri , în fundații și structuri de zidărie . Tehnicile opus incertum , opus reticulatum și caementicium opus sunt descrise de Vitruviu în De Architectura. Caementicium opus a constat în ridicarea pereților prin așezarea suprapuse straturi de materiale de mortar și inerte. Pardoseala exterioară din cărămidă sau piatră pătrată, care servea drept cofraj permanent, a fost rapid umplută cu mortar, în interiorul căruia au fost încorporate resturi de piatră sau cărămidă.

Chiar și inventarea liantul nu este din epoca romană, din moment ce pot fi urmărite înapoi la al treilea mileniu î.Hr. , când tencuiala mortar a fost folosit în Egipt pentru construcția tencuielilor zidărie din piatră cioplită. Până când liantul mortarului nu consta decât din var, întărirea betonului a avut loc extrem de lent, deoarece consolidarea progresivă a unui mortar pe bază de var se datorează reacției hidroxidului de calciu cu dioxidul de carbon prezent în aer cu producerea carbonatului de calciu. Deoarece posibilitatea contactului dintre varul hidratat în interiorul caementicium opus și dioxidul de carbon prezent în aerul era aproape zero, reacția a avut loc foarte lent cu produse low - end rezistență. În unele construcții de ziduri antice din beton preparate cu un liant pe bază de var, s-au găsit cantități semnificative de var, chiar și după câteva secole, care nu au fost încă transformate în carbonat de calciu și, prin urmare, nu au fost încă întărite.

Caementicium opus a fost adus la cel mai înalt grad de perfecțiune începând din secolul 1 ien când nisipul care constituie mortarul a fost înlocuit parțial sau în întregime de vermiculit (pulvis puteolana) sau cocciopesto . Descoperirea pozzolanei a marcat o revoluție în construcția zidăriei. De fapt, Vitruviu spune în cartea a doua De Architecturapuzzolană Baia sau Cuma nu este numai bun pentru orice tip de construcție , dar , în special , cele care sunt realizate în mare sub apă. Datorită comportamentului puzzolanic al puzzolanic și cocciopesto, setul de beton și călit, chiar și în apă, fără a fi nevoie de contactul cu aerul, permițând astfel producerea de mortare de durificare foarte rezistente si rapide.

Odată cucăderea Imperiului Roman deApus a început, mai ales departe de Roma , un declin inexorabil în calitatea clădirilor și modul de a face concret ca romanii au fost uitate deoarece utilizarea pozzolanica a fost abandonat. Acest declin a continuat pe tot parcursul Evului Mediu . In Evul Mediu tehnologia de beton a fost uitat , treptat , în favoarea unor metode mai simple de construcție, înlocuind liantul de ciment cu var stins .

Cu umanistă trezirea, mai ales după secolul al XIV -lea , textele latine ale Pliniu cel Bătrân și Vitruvius au fost traduse și Reread. Re- a ediție a De Architectura, editat de dominican, Giovanni Monsignori ( Fra „Giocondo ), datează din 1511 . Aceasta a fost urmată de numeroase alte traduceri, care au ajutat la clarificarea din ce în ce mai mare a secretului concretizării conform romanilor. Astfel, în special în al XVIII - lea , Franța , arta de lucrări din beton clădire a fost redescoperit.

În această abordare continuă a betonului de beton de astăzi, a fost descoperirea revoluționară de var hidraulic de către inginerul britanic John Smeaton. În construcția Eddystone far a folosit, în locul amestecului de var pozzolanica, primul var hidraulic a obținut din arderea calcarului conținând o mare cantitate (aproximativ 11%) de argiloase impurități.

Descoperirea de urme de var hidraulic trecerea de beton roman la cel modern, din moment ce experimentatori, mai ales cu ajutorul noii științe chimice născuți cu Lavoisier, sunt în măsură să guverneze un nou proces de sinteză , care va duce mai întâi la var hidraulic artificiale și mai târziu la modern ciment Portland . De fapt, odată ce s-a descoperit că impuritățile de silice și alumină , prezente în argila care însoțesc în mod natural unele calcare, sunt responsabile pentru formarea silicaților de calciu și a aluminatilor capabili să se întărească sub apă, au început experimentele în prepararea amestecurilor artificiale. calcar și argilă la temperaturi din ce în ce mai ridicate până la atingerea unei scarificări rudimentare a produsului final.

Mai ales în Anglia și Franța, între sfârșitul secolului al XVIII - lea și începutul secolului al XlX - lea , invenții, brevete și inițiative industriale înflorit , care a dus la producerea primului lianți hidraulici industriale, numite cimenturi. În special, în 1796 Parker fabricat primul stabilire rapidă ciment (ciment Parker sau ciment roman), prin arderea marnă concrețiuni conținute în argilele de Tamisa în cuptoarele sale de var, în timp ce în 1800 Lesage a obținut un material hidraulic foarte rezistent prin calcinarea pietricele de calcar. din Boulogne sur Mer .

În general , bazinul care marcheaza trecerea dintre varul hidraulic Smeaton și cimentul Portland făcut este stabilit la 1818 , data la care inginerul Vicat definește formula de var hidraulic artificial.

Primul industriașul a produs lent de stabilire ciment hidraulic pare să fi fost, în 1824 , un kilnsman din York , Joseph Aspidin, care a dat produsul numele de ciment Portland, datorită similarității între mortar și conglomeratul format cu care beton , cu un compact de calcar din Isle of Portland din Anglia.

In 1844 JC Johnson a subliniat importanța proceselor de ardere la temperaturi ridicate , care a dus la formarea de clincher , produsul final al procesului. De fapt, în timp ce 6-700 ° C , sunt necesare pentru arderea var hidraulic, 1600 ° C și mai trebuie atins pentru a obtine cimenturi lenta stabilirea, deoarece un principiu de vitrificare trebuie produs.

In 1860 M. Chatelier a stabilit compoziția chimică a cimentului , permițând astfel producția industrializată de beton.

Invenția betonului armat

La Maison Hennebique, o vilă mică din beton armat care Hennebique construit în Bourg-la-Reine

Cu toate acestea, difuzarea notabilă a betonului a avut loc odată cu apariția de beton armat . Compusul are de fapt excelentă la compresiune rezistență , dar maleabil rezistență și acest lucru a limitat utilizarea sa de zeci de ani.

Data nașterii din beton armat este dificil de identificat, dar este cu siguranță în secolul al XIX - lea , datorită revoluției industriale care a condus la o producție excepțională a celor două materiale componente: oțel și beton , care a fost răspândită pe scară largă.

Din punct de vedere strict tehnic, ideea de a folosi fier ca material rezistent la rupere la tracțiune în combinație cu alte materiale rezistente la compresie, cum ar fi piatra, pot fi găsite deja în secolele 17 și 18 în Franța. Exemple de această combinație sunt Colonade est de Luvru făcute de Perrault și pronaosul bisericii Sainte-Genevieve din Paris , realizat de Rondelet. Dificultățile evidente inerente unirii oțelului cu piatra au limitat utilizarea acestei tehnologii la câteva lucrări de interes și angajament deosebit. Cu toate acestea, ideea statică a găsit ulterior realizarea practică atunci când oțelul a fost combinat cu un material plastic, cum ar fi conglomeratul de ciment. De la sfârșitul secolului al XVIII-lea, principiul a fost descris și testat de numeroși constructori precum Loriot, Fleuret și Raucourt de Charleville. Cu toate acestea, doar din 1845 , cu începutul producției industriale de ciment artificiale, încercările devin mai importante.

În 1847 Coignet a proiectat primul beton de acoperire turnat în cofraje și întărită cu profilate fiare de călcat. Tot în 1847, JL Lambot a proiectat o barcă a cărei carenă a fost obținută prin turnarea unei carcase subțiri de beton pe o plasă de fiare plate. Fuselajul a fost expus la 1855 la Paris Expozitia Universala .

Ideea de baza din beton armat: atribuind întăriri rolul elementelor întinse la un subiect fascicul la încovoiere trebuie , în orice caz , să fie urmărite înapoi la brevetul din 3 noiembrie, 1877 de Joseph Monier , grădinar la Orangeria de la Versailles . Cu branțul Monier, sistemul Monier sa stabilit în Europa la începutul secolului. Cu toate acestea, sistemul Monier nu se bazează pe nicio teorie sau abordare experimentală. Numai în 1886 primele sistematice teoretice - analize experimentale asupra structurilor din beton armat au fost publicate de ing. Matthias Koenen într-o revistă tehnică germană. Anul următor Koenen și Eng. GA Wayss terminat elaborarea textului Das System Monier, prima publicare pe teoria structurilor din beton armat.

În primii ani de utilizare reală a betonului armat, conducerea în dezvoltarea sa comercială a fost asumată, în special în Germania și Austria, de către compania Wayss și Freytag cu sistemul Monier. Această situație a rămas neschimbată până în 1892 , când un zidar ucenic, François Hennebique , a făcut debutul la Paris. În 1892 , la vârsta de cincizeci de ani, Hennebique patentat sistemul Hennebique, care a colectat ideile fundamentale ale autorului său, ales în anii de activitate. În acest sistem, grinda a fost întărită cu fiare rotunde care rulează pe fața inferioară; unele dintre ele, în apropierea suporturilor, au fost ridicate pentru a face față cu inevitabile negative , momente .

Dar cea mai importantă caracteristică a sistemului a fost prezența fiarelor plate în formă de U, care, aranjate pentru a conecta armăturile întinse cu betonul comprimat, aveau funcția de consolă, capabilă să absoarbă solicitările de forfecare. Cu aceste caracteristici, brevetul Hennebique a rezumat cele mai bune descoperiri din ultimii douăzeci de ani de activitate din sector. Pe de brevet lui Hennebique a construit un imperiu antreprenorial și în 1896 , a fondat , de asemenea , revista Le Beton ARME, pe care au fost publicate articole informative cu conținut științific ridicat.

Ca urmare a problemelor generate de construirea artefacte construite pentru Expozitia Universala din 1900, Comisia de beton armat a elaborat Circulara ministerială din 20 octombrie anul 1906 . Cu instituțiile ministeriale, materialul a fost astfel eliminat de sub controlul deținătorilor de brevete și, prin urmare, a fost pus la dispoziția oricărui antreprenor.

Era modern

Beton ambalat la fața locului

O evoluție decisivă în calitatea betonului a avut loc cu trecerea de beton de dozare în care proiectantul a indicat cantitativ principalele caracteristici ale amestecului , cum ar fi pentru a garanta o ck prestabilita R (m 3 de nisip, m 3 de pietriș, kg, tipul și clasa de rezistență a cimentului ) la beton rezistență în care proiectantul a indicat numai clasa de rezistență a betonului (ck R).

Recent , se vorbește de beton cu performanțe [4] , întrucât este necesar să se garanteze , de asemenea , un beton adecvat durabilitate si lucrabilitate . În acest caz, proiectantul trebuie să indice în plus față de clasa de rezistență a betonului , de asemenea , că de expunere și de coerență, precum și dimensiunea nominală maximă a agregatului .

După cum se va vedea mai jos, aceste clase corespund valorilor limită ale componentelor principale ale amestecului. Această evoluție a avut loc odată cu trecerea de la beton gata amestecat la fața locului, în cazul în care muncitorii au trebuit să se limiteze la introducerea componentelor amestecului în mixerul de beton în proporțiile indicate în desenele de proiect, la preambalată un produs industrial în beton amestecare plante, care dozarea amestecului în mod corespunzător în conformitate cu un ciclu de producție certificat, care include , de asemenea , teste pe eșantioane călite, acestea garantează un produs hi-tech , care respectă clasele de beton cerute de proiectant.

Calitatea conglomeratului a evoluat în continuare , în urma introducerii adăugări și a aditivilor , care modifică comportamentul și performanța amestecurilor. Astăzi producem de asemenea produse finite (prefabricate), chiar și precomprimat , cum ar fi grinzi și dale pentru construcția de pardoseli din cărămidă .

Descriere

Beton proaspăt

Cele mai importante caracteristici ale betonului, cum ar fi lucrabilitatea a amestecului proaspăt și rezistența la compresiune a celui cementat, depind de apă / ciment raportul w / c. Ceea ce se afirmă este exprimat prin două legi fundamentale:

  • Legea Duff Abrams' din care se poate deduce că rezistența mecanică scade pe măsură ce crește a / c:

unde este:

    • este rezistența medie la compresiune
    • Și ele sunt constante care depind de tipul de ciment, pe întărire timp ( de exemplu 28 de zile), la temperatura în care acest lucru se întâmplă și cu privire la forma epruvetei.
  • Lyse Regula care arată că lucrabilitate crește pe măsură ce crește conținutul de apă. Această regulă poate fi exprimată cu două propoziții echivalente:
    • pe măsură ce diametrul maxim al agregatului crește, apa de amestecare necesară pentru a obține o anumită fezabilitate a betonului proaspăt scade, indiferent de dozajul de ciment;
    • odată stabilit diametrul maxim al unui agregat dat, este necesar să se mărească apa de amestecare pentru a crește lucrabilitatea betonului proaspăt.

Prin urmare, cu același conținut de ciment, un amestec cu un conținut mai mic de apă este mai rezistent.

Conținutul teoretic de apă optim pentru scopuri de rezistență ar fi stoichiometric una, egală cu 0,28, care constă numai din apa necesară pentru hidratare a liantului. In realitate, acest conținut de apă nu permite întregii mase de ciment să fie hidratat , deoarece, fiind un raport stoechiometric, nu este posibil să se garanteze contactul fiecărui bob de ciment cu fiecare particulă de apă. O astfel de scăzut w / c raportul , prin urmare , conduce la amestecuri uscate , astfel încât acestea au aspectul unui ușor umed de sol și , prin urmare , imposibil de muncă. Prin urmare, se operează cu rapoarte mai mari apă / ciment și de obicei între 0,45 și 0,65. În intervalul menționat mai sus de valori, ca w / c raportul scade, durabilitatea produselor crește, dar în detrimentul lucrabilitate în timpul fazei de instalare. Din acest motiv, în amestecuri reale, care operează cu un / valori c mai mici decât 0.55-0.60, aditivi chimici sunt utilizați pentru a induce o mai mare fluiditate a amestecului cu același conținut de apă. Apa menționată în raportul apă / ciment este apa disponibilă la nivel global pentru hidratare, prin urmare poate contribui și apa liberă conținută în agregate umede sau umede.

Cantitatea de apă conținută în amestecul de asemenea , afectează maturarea conglomeratului de ciment: un raport foarte mare, mai mare decât 0,60, poate induce intensă evaporare . În faza de setare a liantului, care poate genera o suprafață extrem de poroasă a conglomeratului, o reducere a gradului de hidratare a cimentului în partea corticală și debutul micro leziuni care pot afecta viitorul durabilitatea sa. Aditivii speciali servesc, de asemenea, pentru a preveni acest lucru.

Rezistența mecanică a betonului în funcție depinde nu numai de raportul g / c, ci și de gradul de hidratare a cimentului. Formula Powers' permite determinarea rezistenței mecanice a unei paste de ciment Portland ca o funcție atât w / c raportul și gradul de hidratare al cimentului subunitatea:

unde K = 250 MPa când porozitatea capilară este zero. Se poate observa că, cu același raport apă / ciment, rezistența pastei de ciment și, prin urmare, a betonului crește pe măsură ce crește gradul de hidratare. Rezistența betonului în loc depinde și de gradul de compactare a materialului și, în prezența unor cicluri de congelare dezgheț, de asemenea , prezența macro-bule generate de aerarea aditivi . În manuale, în special cele mai vechi, pentru ambalarea unui metru cub de beton, un amestec compus din aproximativ 0,4 m³ de nisip, 0,8 m³ de agregate mari (pietriș sau piatră zdrobită), de la 200 400 kg de ciment în funcție de caracteristicile mecanice necesare și apa în măsură de 40-50% din greutatea cimentului.

Un alt fapt fundamental pentru determinarea caracteristicilor betonului modern , este calitatea cimentului: există diferite tipuri de ciment pentru nevoi diferite, în principiu , clasificate în funcție de rezistența caracteristică a liantului. Această valoare, exprimată în kg / cm² (sau, în SI, în N / mm²), pentru cimentul convențional variază de la 3,25 la 5,25. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât rezistența betonului este mai mare la 28 de zile (prin dozarea cu înțelepciune a agregatelor și a apei) și cu atât costul general al lucrărilor este mai mare.

Principalele proprietăți

Conglomeratul de ciment, la fel ca toate materialele din piatră, are o bună rezistență la compresiune , care este, se comportă destul de bine atunci când este supus la solicitări de compresiune, în timp ce comportamentul său la tracțiune directă sau îndoire de tracțiune subliniază este remarcabil de slabă. Pentru aceste tipuri de stres, combinatia excelenta cu oțel este exploatat, utilizat sub formă de tije , care sunt însărcinate cu absorbția tensiunilor de tracțiune, dând astfel naștere la materialul compozit cunoscut sub numele de beton armat .

Proprietăți mecanice

Test de compresie monoaxială pe un eșantion cilindric de beton

Astăzi calitatea betonului este clasificată în funcție de diferite clase, cum ar fi rezistența, expunerea și consistența, așa cum se va vedea mai jos. În Italia, clasa de rezistență a betonului se bazează pe valoarea rezistenței la compresiune cubica caracteristică (R ck), definit ca acea valoare a rezistenței la compresiune sub care doar 5% din mulțimea tuturor valorilor rezistențelor de retragere ( fracții mai puțin de 5% ). Conceptul de rezistență caracteristică a fost introdus în Italia prin Decretul ministerial din 30 mai 1972 în conformitate cu legea nr. 1086 din 5 noiembrie 1971. Deoarece distribuția statistică cea mai utilizată estedistribuția normală Gauss , atât datorită faptului că multe întâmplătoare fenomene sunt imputabile și pentru proprietățile care se bucură, valoarea de 5% din fracții poate fi calculată cu următoarea expresie:

unde este.

  • este rezistența medie a probelor;
  • este standard abaterea .

Cu toate acestea, formula de calcul CKi R are dezavantajul de a fi valabil dacă este utilizat cu o populație de rezultate capabile să reprezinte în mod fiabil producția (suficient de numeroase), care , în general , nu se întâmplă în practică. Ce valoare atunci alegeți să vă reprezentați betonul pentru a fi suficient de încrezători că aprovizionarea dvs. trece verificările de acceptare? În primul rând, este necesar să înțelegem cum se calculează valoarea deviației pătrate și cum este controlat betonul (sursa Andrea Dari).

Stres - diagramă de deformare

Să examinăm răspunsul instantaneu al concretului. Dacă supunem un specimen de beton cilindric la un test de compresie rapidă, următoarea tendință se va obține: până la valori ale tensiunii de comprimare egală cu aproximativ 40% din punctul de rupere f c, se înregistrează o diagramă de aproximativ rectilinie [5] , adică materialul are un comportament similar cu compresie liniar elastic , dar nu reactivă la tracțiune. Acest câmp este utilizat pentru metoda tensiunilor admisibile, dar și pentru verificările la stările limită de serviciu.

Pentru tensiuni de o intensitate mai mare, diagrama este considerabil parabolic până la o valoare de deformare numită c1 ε [6] . Această valoare , de asemenea , corespunde tensiunii maxime de compresie f c care este practic valoarea stresului avarie; acest câmp este utilizat pentru verificări ale stării limită finale.

Eșecul specimenului nu este instantaneu, totuși, deoarece este legat de un proces de microfisurare care evoluează rapid. Prin urmare , o a doua secțiune descendentă urmează (călire faze sau comportament înmuierea) cu o tendință curbilinie, limitată de deformare eșec final numit cu ε, ceea ce corespunde la o valoare finală a stresului asupra specimenului sigma cu puțin mai mică decât valoarea maximă înregistrată anterior [7] .

La descărcare, deformarea este doar parțial reversibilă, iar partea ireversibilă crește odată cu creșterea efortului. Dacă, după aplicarea sarcinilor pe termen scurt, trebuie luate în considerare deformările ireversibile, valoarea lui E trebuie redusă cu un factor de 0,85. După cum se poate observa, răspunsul instantaneu este dificil de confine în cadrul teoriei elasticității liniare, deoarece materialul a marcat caracteristicile neliniarității și plasticitatea chiar de la cele mai mici niveluri de stres.

De asemenea, se întâmplă că deja pentru valori de solicitare scăzute, deformările sunt mai mari cu cât viteza de încărcare este mai mică și cu atât durata de aplicare a acesteia este mai mare. Prin urmare , considerațiile privind răspunsul instantanee a unui beton devin mai marcate datorită efectului sarcinilor care rămân pentru perioade lungi de timp după apariția deformațiilor amânate în timp ( fluage fenomen), care se adaugă la cele imediate.

Diagrama de calcul a tensiunii de deformare

Parabola - diagramă de calcul dreptunghi

Pentru testele de îndoire și presiunea de flexiune la final starea limită , Decretul ministerial din 17 ianuarie 2018 permite adoptarea unor modele adecvate reprezentative a comportamentului real al materialului:

  • parabolă - diagramă dreptunghiulară;
  • diagramă triunghi - dreptunghi;
  • diagrama dreptunghi ( bloc de stres ).

Aceste modele sunt definite pe baza rezistenței de calcul f cd [8] și final tulpina ε CU.

Cea mai comună este diagrama parabolă - dreptunghi definită de un arc al unei parabole de gradul doi care trece prin origine, având o axă paralelă cu cea a tensiunilor și un segment de linie paralel cu axa deformațiilor tangentă la parabola la punctul de sus.

Il vertice della parabola ha ascissa ε c mentre l'estermità del segmento ha ascissa ε cu . L'equazione della parabola è σ=1.000ε c αf cd (-250ε c +1), con α=0,85 coefficiente che tiene conto degli effetti dei carichi a lungo termine.

L'ordinata massima del diagramma è paria af cd .

per classi di resistenza pari o inferiori a C50/60 (R ck 60) risulta:

  • ε c = 0,20%
  • ε cu = 0,35%.

Classificazione

Secondo la normativa vigente, per una corretta progettazione ed esecuzione delle strutture in cemento armato, il calcestruzzo deve essere specificato in funzione della classe di resistenza, della classe di consistenza e della dimensione nominale massima dell'aggregato. [9] nonché della classe di esposizione.

Tali parametri che costituiscono le prescrizioni del calcestruzzo a prestazione garantita devono essere indicati negli elaborati grafici del progetto strutturale.

In base a struttura

Il calcestruzzo indurito, in base alla sua struttura, si distingue in:

  • Calcestruzzo con struttura aperta o porosa : come definito dalla UNI EN 206-1:2006, è un calcestruzzo privo della frazione fine.
  • Calcestruzzo a struttura chiusa o densa : è un calcestruzzo ottenuto con una curva granulometrica completa e pertanto dotato di piccole cavità tra i grani dell'aggregato.

In base a peso specifico

Il calcestruzzo indurito è classificato in funzione del suo peso specifico nelle seguenti classi, come definito dalla UNI EN 206-1:2006:

  • Calcestruzzo leggero : è un calcestruzzo avente una massa volumica dopo l'essiccamento in stufa non minore di 800 kg/m 3 e non maggiore di 2.000 kg/m 3 ;
  • Calcestruzzo pesante : è un calcestruzzo avente una massa volumica dopo l'essiccamento in stufa maggiore di 2.600 kg/m 3 ;
  • Calcestruzzo normale : è un calcestruzzo avente una massa volumica dopo l'essiccamento in stufa maggiore di 2.000 kg/m 3 ma non maggiore di 2.600 kg/m 3 .

Tipologie varie

Oltre ai calcestruzzi ordinari o NR o NSC ( Normal Strenght Concrete ) esistono vari tipi di conglomerato:

Classi di resistenza del calcestruzzo

Il calcestruzzo è classificato in classi di resistenza in base alla resistenza a compressione, espressa come resistenza caratteristica R ck oppure f ck .

La resistenza caratteristica R ck viene determinata sulla base dei valori ottenuti da prove di compressione monoassiale su provini cubi (per questo chiamata resistenza caratteristica cubica) di 150 mm di lato (H/D=1), maturati 28 giorni; la resistenza caratteristica f ck viene determinata invece utilizzando provini cilindrici (da cui il nome resistenza caratteristica cilindrica) di 150 mm di diametro e 300 mm di altezza (H/D=2) [10] .

Tra i due valori esiste la seguente relazione:

  • f ck = 0,83 R ck (per H/D≥2)

la differenza tra i due valori dipende fondamentalmente dal diverso stato tensionale che si genera nel provino a seguito delle prove di compressione, che dipende dal fatto che i provini cubici sono tozzi mentre quelli cilindrici essendo snelli, risentono meno degli sforzi di confinamento esercitati dall'attrito che si sviluppa all'interfaccia con il provino. Da qui anche la classica forma a clessidra assunta da un provino cilindrico che abbia superato il suo carico di rottura [11] . Le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004, che sono state recepite dal DM 14 gennaio 2008, attualmente in vigore e pertanto sono divenute cogenti anche dal punto di vista legale per tutte le opere in ca, e cap regolamentate dalla Legge n. 1086/1971, individuano per i calcestruzzi normale e pesante (per il calcestruzzo leggero si vedano le norme) le seguenti classi:

  • C8/10
  • C12/15
  • C16/20
  • C20/25
  • C25/30
  • C28/35
  • C30/37
  • C32/40
  • C35/45
  • C40/50
  • C45/55
  • C50/60
  • C55/67
  • C60/75
  • C70/85
  • C80/95
  • C90/105
  • C100/120

Per ogni classe di resistenza, il primo dei valori rappresenta f ck e il secondo R ck , ambedue espressi N/mm 2 .

Nel caso in cui nel progetto di miscela si debba prevedere una determinata percentuale di vuoti d'aria, di norma 4-6%, al fine di garantire al calcestruzzo una migliore resistenza ai cicli di gelo/disgelo, i valori della resistenza caratteristica devono essere ridotti di circa il 20%.

Per calcestruzzi con classe maggiore C60/75, la miscela deve essere oggetto di prequalifica, mentre i calcestruzzi superiori a C80/95 devono essere autorizzati dal Consiglio Superiore dei LL.PP..

In base ai valori della resistenza caratteristica a compressione, i calcestruzzi sono suddivisi nei seguenti campi:

Classi di esposizione del calcestruzzo

Le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004 introducono 6 classi di esposizione per il calcestruzzo strutturale e 17 sottoclassi in funzione dell'entità del degrado (dove oltre al massimo rapporto a/ce al minimo contenuti di cemento viene indicata anche la minima classe di resistenza tutto per garantire la durabilità del materiale).

Tali classi sono state riportate anche nelle Linee Guida sul Calcestruzzo strutturale edite dal Servizio Tecnico Centrale della Presidenza del Consiglio Superiore dei LL.PP.

Le norme UNI EN 206 -2006 così come modificata e integrata dalla UNI 11104:2004 (per l'applicazione in Italia della EN 206) prevede quanto segue:

  • Assenza di rischio di corrosione dell'armatura - X0; minima classe di resistenza: C12/15
  • Corrosione delle armature indotta da carbonatazione :
    • XC1 - asciutto o permanentemente bagnato: a/c max = 0,60 (0,65); dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 300 (260); minima classe di resistenza: C25/30 (C20/25)
    • XC2 - bagnato, raramente asciutto: a/c max = 0,60; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 300 (280); minima classe di resistenza: C25/30
    • XC3 - umidità moderata: a/c max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 320 (280); minima classe di resistenza: C28/35(C30/37)
    • XC4 - ciclicamente asciutto e bagnato: a/c max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 340 (300); minima classe di resistenza: C32/40(C30/37)
  • Corrosione delle armature indotta da cloruri esclusi quelli provenienti dall'acqua di mare:
    • XD1 - umidità moderata: a/c max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 320(300); minima classe di resistenza: C28/35(C30/37)
    • XD2 - bagnato, raramente asciutto: a/c max = 0,50 (0,55); dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 340 (300); minima classe di resistenza: C32/40(C32/40)
    • XD3 - ciclicamente bagnato e asciutto: a/c max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 360(320); minima classe di resistenza: C35/45
  • Corrosione delle armature indotta da cloruri presenti nell'acqua di mare:
    • XS1 - esposto alla salsedine marina ma non direttamente in contatto con l'acqua di mare: a/c max = 0,45(0,50); dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 340(300); minima classe di resistenza: C32/40(C30/37)
    • XS2 - permanentemente sommerso: a/c max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 360(320); minima classe di resistenza: C35/45
    • XS3 - zone esposte agli spruzzi o alla marea: a/c max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 360(340); minima classe di resistenza: C35/45
  • Attacco dei cicli di gelo/disgelo con o senza disgelanti:
    • XF1 - moderata saturazione d'acqua, in assenza di agente disgelante: a/c max = 0,50(0,55); dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 320(300); minima classe di resistenza: C32/40(C30/37)
    • XF2 - moderata saturazione d'acqua, in presenza di agente disgelante: a/c max = 0,50(0,55); dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 340(300); minima classe di resistenza: C25/30
    • XF3 - elevata saturazione d'acqua, in assenza di agente disgelante: a/c max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 340(320); minima classe di resistenza: C25/30(C30/37)
    • XF4 - elevata saturazione d'acqua, con presenza di agente antigelo oppure acqua di mare: a/c max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 360(340); minima classe di resistenza: C28/35(C30/37)
  • Attacco chimico da parte di acque del terreno e acque fluenti (p.to 4.1 prospetto 2 UNI EN 206-1):
    • XA1 - ambiente chimicamente debolmente aggressivo: a/c max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 320(300); minima classe di resistenza: C28/35(C30/37)
    • XA2 - ambiente chimicamente moderatamente aggressivo: a/c max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 340(320); minima classe di resistenza: C32/40(C30/37)
    • XA3 - ambiente chimicamente fortemente aggressivo: a/c max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m 3 ) = 360; minima classe di resistenza: C35/45.

I valori riportati in parentesi sono riferiti alla EN 206 la cui versione italiana è la UNI EN 206.

Le classi di resistenza minime (N/mm 2 ) sono espresse con due valori, riferiti il primo a provini cilindrici di diametro 150 mm e altezza 300 mm (f ck ) e il secondo a provini cubici di spigolo pari a 150 mm (R ck ).

I valori della resistenza caratteristica minima prevista per le classi di esposizione XF, tengono conto della riduzione di resistenza meccanica, circa il 20%, causata dalla presenza delle microporosità necessarie a garantire un'idonea resistenza al Ciclo gelo - disgelo .

Nella classi di esposizione XA si deve utilizzare un cemento resistente ai solfati e precisamente:

  • per la classe di esposizione XA1 (attacco debole) - cemento a moderata resistenza chimica ai solfati (MRS);
  • per la classe di esposizione XA2 (attacco moderato) - cemento ad alta resistenza chimica ai solfati (ARS);
  • per la classe di esposizione XA3 (attacco forte) - cemento ad altissima resistenza chimica ai solfati (AA.RS).

In letteratura, la classe di esposizione ambientale viene indicata con D ck , in analogia alla classe di resistenza che viene comunemente indicata con R ck .

Classi di consistenza del calcestruzzo

Cono di Abrams

La lavorabilità del calcestruzzo fresco, designata con il termine consistenza dalla normativa vigente, è un indice delle proprietà e del comportamento del calcestruzzo nell'intervallo di tempo tra la produzione e la compattazione dell'impasto in situ nella cassaforma .

Secondo le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004, la consistenza deve essere determinata mediante le seguenti prove dai cui risultati vengono definite le classe di consistenza del calcestruzzo. La lavorabilità si misura riempiendo il cono di Abrams (in figura) con il calcestruzzo fresco. Il cono ha un diametro di 20 cm in fondo e di 10 cm in alto, la sua altezza è pari a 30 cm. Una volta riempito con il calcestruzzo, si toglie il cono, ed essendo fresco il calcestruzzo inizierà ad espandersi, sottoposto alla forza di gravità. Espandendosi il punto più alto del calcestruzzo (inizialmente era a 30 cm visto che abbiamo riempito il cono completamente) si abbasserà di un tot. Quel valore rappresenta lo slump.

La misura della lavorabilità deve essere condotta dopo aver proceduto a scaricare dalla betoniera almeno 0,3 m³ di calcestruzzo.

  • Classi di consistenza mediante abbassamento al cono di Abrams :
    • S1 - consistenza umida: abbassamento (slump) da 10 a 40 mm
    • S2 - consistenza plastica: abbassamento (slump) da 50 a 90 mm
    • S3 - consistenza semifluida: abbassamento (slump) da 100 a 150 mm
    • S4 - consistenza fluida: abbassamento (slump) da 160 a 210 mm
    • S5 - consistenza superfluida: abbassamento (slump) ≥ 220 mm.
  • Classi di consistenza mediante il metodo Vebè :
    • V0 - tempo Vebè: ≥ 31 s
    • V1 - tempo Vebè: da 30 a 21 s
    • V2 - tempo Vebè: da 20 a 11 s
    • V3 - tempo Vebè: da 10 a 6 s
    • V4 - tempo Vebè: da 5 a 3 s
  • Classi di consistenza mediante misura della compattabilità:
    • C0 - indice di compattabilità: ≥ 1,46
    • C1 - indice di compattabilità: da 1,45 a 1,26
    • C2 - indice di compattabilità: da 1,25 a 1,11
    • C3 - indice di compattabilità: da 1,10 a 1,04
    • C4 (solo per calcestruzzi leggeri) - indice di compattabilità: < 1,04
  • Classi di consistenza mediante la misura dello spandimento
    • F1 - diametro spandimento: ≤ 340 mm
    • F2 - diametro spandimento: da 350 a 410 mm
    • F3 - diametro spandimento: da 420 a 480 mm
    • F4 - diametro spandimento: da 490 a 550 mm
    • F5 - diametro spandimento: da 560 a 620 mm
    • F6 - diametro spandimento: ≥ 630 mm

In Italia la consistenza del calcestruzzo è espressa in termini di classi di abbassamento al cono o di classi di spandimento.

La classe di consistenza deve essere valutata in funzione della struttura da realizzare al fine di rendere più facile l'operazione di posa in opera.

Con riferimento alle classi di abbassamento al cono:

  • se si deve realizzare una diga o una pavimentazione con vibrofinitrice è d'obbligo un calcestruzzo a consistenza S1;
  • se si devono realizzare strutture come ciminiere, serbatoi pensili, ecc., con la tecnica dei casseri rampanti si deve prescrivere un calcestruzzo a consistenza S2 o al massimo S3;
  • in tutti gli altri casi si dovrà utilizzare un calcestruzzo S4 o S5.

Classi del calcestruzzo riferite alle dimensioni massime dell'aggregato

Le dimensioni massime dell' aggregato sono in relazione con lo spessore del copriferro e con l' interferro minimo delle armature metalliche.

Se il calcestruzzo è classificato in funzione della dimensione massima dell'inerte, la classificazione farà riferimento alla dimensione nominale più elevata della frazione di aggregato più grossa che si indica con D max .

D max rappresenta la dimensione massima dello setaccio con il quale è determinata la dimensione dell'aggregato secondo la UNI EN 12620.

La dimensione massima dell'aggregato deve essere scelta in modo che il calcestruzzo possa essere gettato e compattato attorno alle barre d'armatura senza pericolo di segregazione .

Secondo quanto stabilito dalle NTC e dalla relativa Circolare esplicativa delle NTC, il diametro massimo dell'inerte deve essere tale che:

  • D max < 1/4 della dimensione minima dell'elemento strutturale per evitare di aumentare la eterogeneità del materiale;
  • D max < dell'interferro(in mm) - 5 mm per evitare che l'aggregato più grosso ostruisca il flusso del calcestruzzo attraverso i ferri di armatura;
  • D max < 1,3 [12] volte lo spessore del copriferro per evitare che tra i casseri e l'armatura sia ostruito il passaggio del calcestruzzo.

Classi di contenuto dei cloruri

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Acque aggressive .

Come abbiamo visto i cloruri possono penetrare nella massa cementizia dall'esterno (ambienti marini, sali disgelanti) ma possono anche essere introdotti attraverso le materie componenti il calcestruzzo. Ad esempio possono essere contenuti in alcuni additivi acceleranti o nell'acqua di impasto prelevata da pozzi ubicati in prossimità della zona costiera. Tali cloruri possono essere in quantità dannose per il calcestruzzo, pertanto la norma UNI EN 206-1 obbliga ogni produttore di calcestruzzo a controllare il contenuto di cloruri in ciascuna componente esprimendolo come percentuale (a%) di ioni cloruro (Cl - ) rispetto alla massa di cemento. A seconda del valore ottenuto la norma UNI individua delle classi di contenuto di cloruri:

Impiego cls classe contenuto di Cl - a%
calcestruzzo non armato Cl1,0 1,0%
calcestruzzo armato ordinario Cl0,20 - Cl0,40 0,20% - 0,40%
calcestruzzo armato precompresso Cl0,10-Cl0,20 0,10% -0,20%

Ciclo di produzione e utilizzo

Progetto di miscela

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Progetto di miscela .

Al fine di garantire alle strutture in calcestruzzo armato le prestazioni richieste dal progettista con riferimento specifico al grado di durabilità , alla lavorabilità e alla resistenza meccanica, deve essere effettuato dal produttore uno studio della miscela del calcestruzzo, detto progetto di miscela o, in inglese, mix design , che deve tenere in considerazione anche le caratteristiche delle materie prime disponibili.

Nella progettazione della miscela vengono tenute in considerazione alcune correlazioni:

  • la lavorabilità cresce all'aumentare del quantitativo di acqua utilizzata per l'impasto e dipende dalle caratteristiche degli inerti utilizzati (diametro massimo previsto e superficie dell'inerte: liscia o scabra) oltre che dalla presenza di eventuali additivi specifici;
  • la resistenza meccanica invece è funzione del rapporto acqua/cemento e della quantità di cemento da utilizzare (se misurata a 28 giorni dipende anche dal tipo e dalla classe del legante) al diminuire della prima e al crescere della seconda aumenta la resistenza meccanica;
  • il grado di durabilità cresce in maniera inversamente proporzionale con il rapporto a/c;
  • la qualità degli aggregati.

Pertanto il parametro principale del progetto di miscela è il rapporto a/c che deve essere idoneo a garantire le prestazioni richieste al calcestruzzo.

Questo significa che per aumentare la lavorabilità, senza l'utilizzo di additivi, bisogna aumentare la quantità di acqua ma proporzionalmente anche il tenore di cemento per mantenere costante il valore a/c atteso necessario per non compromettere il grado di durabilità e la resistenza meccanica del materiale.

Progettare con cura la miscela è condizione necessaria ma non sufficiente a garantire in opera un calcestruzzo con le qualità richieste dal progettista, infatti la qualità del calcestruzzo in opera dipende anche dal processo esecutivo. È necessario posare a regola d'arte il conglomerato fresco che deve essere gettato e costipato in maniera adeguata (a rifiuto) e stagionato subito dopo la sua scasseratura per un adeguato numero di giorni (almeno 3), per proteggerlo dall'evaporazione eccessiva.

Classi di stagionatura

Il progettista, in funzione di diversi parametri quali ad esempio:

  • l'aggressività dell'ambiente;
  • il tipo di cemento;
  • le dimensioni del copriferro ;
  • le condizioni climatiche in cui avverrà i getto e la maturazione del calcestruzzo;
  • la dimensione degli elementi gettati;

deve stabilire quali precauzione adottare per preservare l'integrità del calcestruzzo durante la sua maturazione. In tal senso la norma UNI EN 13670-1 indica i tempi minimi di stagionatura protetta raccomandati per impedire la formazione di fessure indotte dal ritiro igrometrico. La UNI EN stabilisce 4 classi di stagionatura alle quali corrispondono dei tempi minimi di stagionatura protetta del calcestruzzo gettato, in funzione della temperatura superficiale che [13] e dello sviluppo di resistenza a 20 °C. Lo sviluppo della resistenza è misurato mediante il rapporto r = f cm,2 /f cm,28 dove:

  • f cm,2 è la resistenza media del calcestruzzo dopo 2 giorni a 20 °C;
  • f cm,28 è la resistenza media del calcestruzzo dopo 28 giorni; a 20 °C.

Tali valori essendo caratteristici del calcestruzzo devono essere forniti dal produttore. Per ogni classe di stagionatura (tranne la 1) sono previsti tre tipi di sviluppo della resistenza:

  • rapido r ≥ 0,5
  • medio 0,3 ≤ r < 0,5
  • lento 0,15 ≤ r < 0,3

ai quali corrispondono altrettanti tempi minimi di stagionatura.

  • classe di stagionatura 1: è previsto un tempo minimo unico di stagionatura pari a 12 ore;
  • classe di stagionatura 2 - garantisce una resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo pari al 35% Rck: in funzione della temperatura superficiale il tempo di stagionatura può variare da 1 - 2,5 giorni [14] per 25 °C a 2-11 giorni per temperature pari a 5 °C;
  • classe di stagionatura 3 - garantisce una resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo pari al 50% Rck: in funzione della temperatura superficiale il tempo di stagionatura può variare da 1,5-3,5 giorni per 25 °C a 3,5-18 giorni per temperature pari a 5 °C;
  • classe di stagionatura 4 - garantisce una resistenza meccanica della superficie del calcestruzzo pari al 70% Rck: in funzione della temperatura superficiale il tempo di stagionatura può variare da 3-6 giorni per 25 °C a 9-30 giorni per temperature pari a 5 °C.

Confezionamento

Getto in opera e vibratura del calcestruzzo in cantiere

La produzione del calcestruzzo senza processo industrializzato ( in impianti temporanei di cantiere ) è consentita per produzioni limitate (individuate dalla norma inferiori a 1500 m 3 di miscela omogenea) previa qualificazione iniziale delle miscele per mezzo della "Valutazione preliminare della resistenza" di cui all'art. 11.2.3 delle NTC.

La valutazione preliminare della resistenza consiste nell'esecuzione di idonee prove preliminari di studio di ciascuna miscela omogenea di calcestruzzo da utilizzare effettuate dal costruttore prima dell'inizio dei lavori, questo al fine di ottenere le prestazioni richieste dal progetto.

In questo caso la responsabilità del calcestruzzo è del costruttore.

La stragrande maggioranza del calcestruzzo è oggi prodotto con processo industrializzato attraverso impianti industrializzati fissi o in impianti industrializzati installati nei cantieri (comprendono anche gli impianti temporanei di cantiere che producono più di 1500 m 3 ).

La composizione della miscela, studiata in base ai requisiti che il calcestruzzo dovrà possedere (sia allo stato fresco sia indurito), è oggetto di un apposito studio, chiamato mix design , effettuato dal produttore, per rispettare le prescrizione del progettista delle strutture, tenendo conto di numerose variabili come:

Gli impianti di tipo industrializzato, interni o esterni al cantiere, per la produzione di calcestruzzo di tipo strutturale devono possedere la certificazione del Sistema di Controllo del Processo (certificazione FPC) ai sensi del DM 14.01.2008 (NTC).

La certificazione FPC, che si riferisce al singolo impianto e non al fornitore, non va assolutamente confusa con il Sistema di gestione della Qualità aziendale predisposto secondo le ISO 9001 che è invece rilasciato su base volontaria.

Trasporto e posa in opera

Il trasporto del calcestruzzo fresco viene effettuato in genere tramite autobetoniere, che in Italia sono poste su mezzi a 3 o 4 assi, o autobetonpompe, cioè autobetoniere dotate di pompa per calcestruzzo.

L'autobetoniera durante il getto, per motivi di sicurezza, deve avere una distanza dal fronte di scavo maggiore della profondità dello stesso.

Il tempo massimo consentito dalla produzione dell'impasto in impianto al momento del getto non dovrà superare i 90 minuti e sarà onere del produttore riportare nel documento di trasporto (DDT) l'orario effettivo di fine carico della betoniera in impianto. Si può operare in deroga a questa prescrizione in casi eccezionali quando i tempi di trasporto del calcestruzzo dalla Centrale di betonaggio al cantiere dovessero risultare superiori ai 75 minuti.

In questa evenienza si può utilizzare il conglomerato fino a 120 minuti dalla miscelazione dello stesso in impianto purché lo stesso possegga i requisiti di lavorabilità richiesti.

In questo caso però deve essere accertato preliminarmente dal produttore e valutato dal Direttore dei Lavori che le resistenze iniziali del conglomerato cementizio non siano penalizzate a causa di dosaggi elevati di additivi ritardanti impiegati per la riduzione della perdita di lavorabilità.

Il calcestruzzo, una volta in cantiere , va gettato in un'apposita cassaforma .

Esso, infatti, ha l'apparenza di un fluido denso privo di forma : la cassaforma serve, appunto, a dare forma al calcestruzzo ea creare, quindi membrature come pilastri , travi , solai , solette , fondazioni ; per formare mattoni o blocchi di calcestruzzo può essere usata una macchina apposita chiamata blocchiera .

All'interno delle casseforme, nel caso di calcestruzzo armato , sono già presenti le barre di armatura disposte secondo gli elaborati strutturali di progetto.

Per garantire il copriferro di progetto ed eventualmente le reciproche distanze tra le barre di armatura ( interferro ), vengono utilizzati dei distanziatori che devono essere in plastica oa base di malta cementizia (per evitare punti di innesco della corrosione ) di forma e geometria tali da minimizzare la superficie di contatto con il cassero.

Prima di procedere al getto però è necessario adottare tutti quegli accorgimenti atti a evitare qualsiasi sottrazione di acqua dall'impasto, in particolare, in caso di casseforme in legno, deve essere eseguita un'accurata bagnatura delle superfici.

Durante il getto, che viene in genere realizzato con una pompa per calcestruzzo, si devono prendere tutti gli accorgimenti atti a evitare la segregazione .

È proibito eseguire il getto del conglomerato quando la temperatura esterna scende al disotto dei +5 °C se non si prendono particolari sistemi di protezione del manufatto concordati e autorizzati dalla Direzione dei lavori anche qualora la temperatura ambientale superi i 33 °C.

Una volta gettato nella cassaforma, il calcestruzzo va opportunamente vibrato , per evitare la formazione all'interno del manufatto di cavità e macrodifetti ( nidi di ghiaia , ecc.), che rendendo la matrice cementizia più permeabile agli agenti aggressivi esterni potrebbero abbassare il grado di durabilità del calcestruzzo oltre a creare, dal punto di vista meccanico, pericolose discontinuità nel materiale.

Nel caso siano previste riprese di getto, prima della posa del nuovo calcestruzzo, deve essere preliminare rimosso, mediante scarifica con martello, lo strato corticale di calcestruzzo già parzialmente indurito.

Tale superficie, che deve possedere un'elevata rugosità (asperità di circa 5 mm) e deve essere opportunamente pulita e bagnata per circa due ore prima del getto del nuovo strato di calcestruzzo.

Qualora alla struttura sia richiesta la tenuta idraulica, lungo la superficie scarificata devono essere disposti dei giunti water-stop ad esempio in materiale bentonitico idroespansivo.

I profili water-stop devono essere opportunamente fissati e disposti in maniera tale da non interagire con le armature.

Al momento della messa in opera del conglomerato è obbligatoria la presenza di almeno un membro dell'ufficio della direzione dei lavori incaricato a norma di legge e di un responsabile tecnico dell'Impresa appaltatrice.

Maturazione del calcestruzzo

Casseforme per calcestruzzo
Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Stagionatura del calcestruzzo .

Il passaggio dallo stato fluido del calcestruzzo a quello rigido, a causa della presa e dell' indurimento del conglomerato, fino al raggiungimento delle prestazione meccaniche richieste nel materiale viene indicato con il termine maturazione del calcestruzzo . La maturazione è dovuta a una serie di reazioni chimico - fisiche che avvengono durante l'idratazione del cemento .

Una volta messo a riposo nella cassaforma , il calcestruzzo fresco ha bisogno di maturare per un certo periodo. È questo il periodo in cui l'acqua reagisce con il cemento, generando il fenomeno dell'idratazione, che trasforma i granelli di cemento in cristalli che, interagendo tra loro, induriscono il manufatto.

Durante la maturazione il calcestruzzo, essendo costituito da leganti idraulici, ha bisogno di rimanere il più possibile in ambiente umido (UR% > 95%), per garantire che avvenga il completo processo di idratazione.

Pertanto durante la maturazione è bene prendere tutte quelle precauzioni necessarie a ridurre l'evaporazione dell'acqua dal calcestruzzo, perché altrimenti si possono manifestare lesioni, tipiche da ritiro igrometrico nonché una struttura eccessivamente porosa tali da compromettere la resistenza finale e il grado di durabilità del calcestruzzo armato ( stagionatura del calcestruzzo ).

Pertanto il clima , in questa fase, è di fondamentale importanza:

  • l' aria troppo secca;
  • una temperatura esterna troppo elevata (superiori ai 30-35 °C);
  • una velocità dell'aria elevata;

possono favorire un'eccessiva evaporazione.

Per questo motivo, per ottenere il massimo sviluppo di resistenza e una struttura compatta e impermeabile, che garantisce un'adeguata durabilità al materiale, è necessario ritardare il più possibile l'operazione di rimozione dei casseri (scasseratura), a meno che si utilizzino tecniche di stagionatura differenti come la bagnatura delle superfici del calcestruzzo indurito, l'utilizzo di agenti stagionanti (curing compound) o di tessuti imbibiti che garantiscono la saturazione delle superfici esposte all'aria. In realtà anche temperature esterne troppo basse (inferiori allo 0 °C) sono negative perché si possono produrre nella struttura dei dannosissimi cristalli di ghiaccio , che abbattono la resistenza finale del manufatto.

Gli additivi nel conglomerato sono scelti anche in base al clima durante il quale dovrà avvenire la maturazione del calcestruzzo, per evitare i predetti problemi. Si deve oltretutto fare attenzione allo spessore del manufatto: se l'elemento strutturale che stiamo gettando ha il lato minore molto grande (superiore a 70–80 cm) possono verificarsi delle lesioni (più importanti di quelle da ritiro) dovute all'eccessivo calore di idratazione sviluppato nel cuore della struttura; infatti il processo di idratazione, che avviene nelle prime ore del getto, provoca un innalzamento della temperatura del calcestruzzo.

Vita nominale

La vita nominale di un'opera strutturale è intesa come il numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta a manutenzione ordinaria, deve poter essere usata - mantenimento della funzionalità - per lo scopo al quale è destinata.

Formalmente la normativa definisce perdita di funzionalità di una struttura il superamento dello stato limite di esercizio, ma la funzionalità dipende anche da altri fattori come:

  • il degrado dei materiali in funzione dell'ambiente di esposizione;
  • i danneggiamenti locali (es.fessurazione del calcestruzzo ) che possono ridurre la durabilità della struttura, la sua efficienza o il suo aspetto.

La vita utile deve essere stabilita in fase progettuale, con riferimento alla durabilità delle costruzioni, del dimensionamento delle strutture e della scelta dei materiali, ecc. (p.to C.2.4.1 della Circolare n.617/09) e pertanto deve essere riportata negli elaborati strutturali.

Il DM 14.01.2008 ad esempio prevede per opere ordinarie una vita nominale ≥ 50 anni

È bene chiarire che la vita utile non è la vita effettiva dell'opera, che dipende da fattori non prevedibili in fase progettuale.

Di norma la vita effettiva di un'opera è maggiore di quella nominale poiché spesso su questa si effettuano interventi di manutenzione strutturale che ne allungano la durata.

Conformità alla normativa

Il DM del 14/01/2008 (NTC) p.to 11.2.8 prevede che gli impianti di produzione di calcestruzzo con processo industrializzato debbano essere dotati di certificazione del Controllo del processo di Fabbrica ( Factory Production Control o FPC ) [15] rilasciato da un organismo terzo indipendente autorizzato dal Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, il quale assicura che il calcestruzzo prodotto abbia i requisiti previsti dalle NTC.

Copia di tale certificato deve essere acquisito dal Direttore dei Lavori prima dell'inizio della fornitura.

Il Direttore dei lavori verifica inoltre che gli estremi della certificazione FPC siano riportati sui documenti di accompagnamento della fornitura.

Nel certificato FPC devon essere riportati i seguenti dati:

  • il nome dell'organismo notificato;
  • il numero del certificato che deve essere riportato sul documento di trasporto (DDT). Se il DDT non riporta gli estremi dell'FPC il Direttore dei Lavori deve rifiutare la fornitura;
  • l'oggetto della certificazione (es. produzione e distribuzione di calcestruzzo preconfezionato);
  • il nome e l'indirizzo dello stabilimento di produzione;
  • il riferimento alla norma DM 14.01.2008;
  • la data di emissione.

Controllo sul calcestruzzo fresco

Per accertare l'idoneità del calcestruzzo fornito in cantiere, le norme indicano due criteri di valutazione delle resistenze:

  • il controllo di tipo “A”, che si riferisce a getti di miscela omogenea non superiori a 300 m³ (p.to 11.2.5.1 NTC 2008);
  • il controllo di tipo “B” o controllo statistico, da applicarsi obbligatoriamente [16] nel caso i getti di miscela omogenea siano superiori a 1.500 m³ (p.to 11.2.5.2 NTC 2008).

Il direttore dei lavori è responsabile delle operazioni relative ai controlli, ossia del prelievo, della richiesta di prove e dell'invio dei campioni a un laboratorio ufficiale o autorizzato, e della successiva elaborazione degli esiti per la verifica dell'effettiva resistenza caratteristica.

Il prelievo consiste nella confezione, durante un determinato getto, di due provini, che saranno poi maturati in ambiente idoneo (*) e inviati a un laboratorio autorizzato per il rilascio della certificazione ufficiale del risultato di resistenza per rottura a compressione. La media delle due resistenze costituisce la resistenza di prelievo.

Il confezionamento dei provini viene effettuato riempiendo con il calcestruzzo fresco delle cubiere (conformi alla UNI EN 12390-1) e compattandolo con un pestello tondo in acciaio di 16 mm di diametro.

La compattazione deve avvenire per 2 o 3 strati di spessore minore di 100 mm e il numero di colpi di pestello richiesti per strato non deve essere inferiore a 25

In entrambi i criteri di valutazione è stabilito almeno un prelievo ogni giorno di getto di miscela omogenea inoltre nel controllo di tipo A deve essere effettuato un controllo anche ogni 100 metri cubi di calcestruzzo omogeneo messo in opera.

Questa ultima prescrizione, anche se non espressamente richiesta dalla norma, andrebbe seguita anche per il controlli di tipo B.

Il Direttore dei Lavori può prescrivere l'asporto di ulteriori campioni.

Se i controlli di legge non vengono verificati, si deve procedere al declassamento della R ck di progetto(si assume quel valore che permette che la verifica prescelta sia positiva) sempre che gli interventi strutturali necessari a compensare la riduzione del valore di R ck siano ancora economicamente convenienti, altrimenti si deve procedere all'abbattimento della struttura o di parte di essa.

Controllo sul calcestruzzo indurito

Carotatrice stazionaria in azione
"Carote" di campionamento del corpo di una diga con indicazione della profondità raggiunta

Una volta indurito, si può risalire al valore della resistenza meccanica del calcestruzzo con l'ausilio di tecniche non distruttive ( sclerometro , sonreb ,ecc.) o mediante prove distruttive che consistono nel prelievo di carote di calcestruzzo. Questi controlli di norma si effettuano su strutture esistenti o su strutture in fase di realizzazione qualora le prove su cubetti prelevati dal Direttore dei Lavori (o da un suo assistente) durante il getto abbiamo dato esito negativo e in generale ogniqualvolta la DL lo ritiene opportuno quando ad esempio ci sia un problema di scadente o inefficace compattazione e maturazione dei getti. Secondo le NTC 2008 al punto 11.2.6 attraverso tali controlli sul calcestruzzo indurito il Direttore dei Lavori deve verificare che il conglomerato in opera abbia una resistenza non inferiore all'85% di quella di progetto. Vediamo come si può procedere al controllo di accettazione con prove distruttive. Dagli elaborati progettuali è noto il valore della resistenza caratteristica cubica R ck dal quale si può risalire al valore medio di progetto:

  • R cm = R ck + 10 (N/mm 2 );
  • f cm = f ck + 8 (N/mm 2 ).

Le modalità di estrazione di carote sono riportate dalle UNI EN 12504-1. È importante che la carota sia estratta:

  • da una zona a bassa o nulla presenza di armature (prima del carotaggio andrebbe effettuata una prova non distruttiva con il pacometro ),
  • lontano da giunti, nodi strutturali o altri punti singolari;
  • lontano dagli spigoli;
  • lontano dall parti sommitali dei getti.

Prima di estrarre le carote è necessario aspettare un determinato periodo di tempo, (variabile in funzione delle temperature ambientali), in modo che il calcestruzzo in opera abbia raggiunto un grado di maturazione equivalente a quello dei provini (28 giorni alla temperatura di 20 °C). Le carote estratte devono rispettare le seguenti relazioni dimensionali:

  • D ≥ 3 d max (diametro massimo dell'inerte)
  • H ≈ 2 D o H ≈ D (non sono ammessi valori intermedi)

Una volta estratte, mediante una carotatrice elettrica, sulle carote devono essere riportati almeno l'indicazione della direzione di carotaggio (orizzontale o verticale) e del punto di estrazione. Le estremità delle carote devono essere preparate (mediante molatura o cappatura), conformemente all'appendice A della UNI EN 12390/3 e sottoposte a una prova di compressione secondo le prescirizoni della UNI EN 12504-1. I valori di rottura vengono opportunamente riconvertiti attraverso coefficienti correttivi poiché i risultati ottenuti da carote non coincidono con quelli che si otterrebbero se il provino cilindrico fosse stato confezionato durante il getto [17] . Ottenuto il valore medio in sito f sm [18] da questo si ricava l'equivalente valore cubico R sm dalla relazione:

  • R sm = 0,83 f sm (valida per H/D > 2) [19] .

Secondo il p.to 11.2.6 delle NTC 2008 la verifica è superata se:

  • R sm ≥ 0,85 R cm .

Questo deriva dal fatto che i provini confezionati durante il getto vengono compattati a rifiuto ( grado di compattazione = 1) e stagionati in condizioni standard (20 °C e UR ≥ 95%) mentre nelle opere reali, il grado di compattazione, che influenza la resistenza meccanica del materiale, è di norma inferiore a 1 e le modalità di stagionatura in cantiere sono certamente diverse da quelle standard. Pertanto la verifica della qualità del calcestruzzo, effettuata mediante le verifiche su provini cubici prelevati durante i getti, determina la bontà del materiale che arriva in cantiere ma potrebbe non essere esaustiva per stabilire l'idoneità del materiale posato in opera, che dipende dal costipamento effettuato e dal tipo di stagionatura a cui è sottoposto. Per questo la normativa richiede che anche il valore della resistenza meccanica del calcestruzzo estratto direttamente dalla struttura sia non inferiore a 0,85 di quello teorico. I fori da dove sono state estratte le carote devono essere riempiti con malta di cemento possibilmente a ritiro compensato . Quando si demolisce un manufatto di calcestruzzo, armato o no, si può determinare la qualità della struttura analizzandone i frammenti. Un buon calcestruzzo si riconosce dallo spacco che ha provocato il distacco del frammento: se la frattura ha investito in egual modo sia il legante sia gli inerti, come se questi fossero un unico materiale, allora il calcestruzzo era di ottima qualità; se, viceversa, gli inerti rimangono integri e lo spacco riguarda solamente il cemento, allora il manufatto era di cattiva qualità.

Controlli dei documenti

Il Direttore dei Lavori deve:

  • acquisire tramite l'imprenditore l'FPC per verificarne la sua validità;
  • controllare, prima delle operazioni di scarico del calcestruzzo in cantiere, se il documento di trasporto (DDT) riporta gli estremi del certificato FPC;
  • controllare che il DDT riporti tutti i parametri identificativi del calcestruzzo (classe di resistenza, classe di esposizione, classe di consistenza e diametro massimo degli aggregati) e la loro corrispondenza con quelli di progetto.

Se i controlli dei documenti non dovessero avere esito positivo il Direttore dei Lavori potrà, a seconda dei casi, rifiutare lo stabilimento (FPC non regolare) o la singola fornitura (DDT non regolare).

Note

  1. ^ Azichem srl - Prodotti per l'Edilizia e la Bioedilizia - Azichem srl
  2. ^ calcestruzzo che non ha ancora fatto presa
  3. ^ P.Colombo, D. Festa, Materiali per l'Ingegneria Civile, ed. Progetto, Padova, p. 307: "ogni anno nel mondo vengono prodotti 2.000 m 3 di questo materiale [calcestruzzo ndr] dei quali 120 solo in Italia"
  4. ^ secondo il p.to 3.1.11 della UNI EN 206- Per calcestruzzo a prestazione garantita si intende quel calcestruzzo le cui proprietà richieste e caratteristiche addizionali sono specificate al produttore il quale è responsabile della fornitura del calcestruzzo conforme alle proprietà richieste e alle caratteristiche addizionali .
  5. ^ non si ha una sensibile propagazione delle microfessure nella matrice cementizia; il comportamento macroscopico è prossimo a quello elastico
  6. ^ le microfessure si propagano al crescere del carico, ma la propagazione si arresta giungendo a un nuovo assetto stabile. Il comportamento macroscopico è sempre più marcatamente non lineare
  7. ^ dall'85% del carico di rottura in su, la propagazione delle microfessure diventa instabile; esse possono estendersi nel tempo, sotto carico costante, portando alla rottura. Per questo motivo la tensione di rottura misurata con prove a breve durata è maggiore si quella che si rileva per carichi di lunga durata
  8. ^ f cd = f ckc = 0,83R ckc . γ c vale 1,5 per le strutture in cap e 1,6 per le strutture in cao.
  9. ^ par. 11.2.1 delle NTC
  10. ^ par. 11.2.1 NTC : al fine delle verifiche sperimentali i provini prismatici di base 150x150 mm e altezza di 300 mm sono equiparati a quelli cilindrici
  11. ^ Quando i provini cilindrici presentano un rapporto h/D = 1 avendo il provino cilindrico la stessa snellezza di quello cubico la resistenza cilindrica coincide con quella cubica
  12. ^ UNI 9858 punto 5.4 e UNI EN 206-1 punto 5.2.3
  13. ^ la temperatura superficiale può differire da quella ambientale in funzione del tipo di protezione applicata
  14. ^ il primo valore corrisponde ad uno sviluppo rapido il secondo ad uno lento
  15. ^ Il controllo del processo di fabbrica non deve essere confuso con il Sistema di gestione per la Qualità di cui alla UNI EN ISO 9001 che concerne il regime volontario. Con FPC si intende il controllo interno permanente del processo di produzione esercitato dallo stesso produttore. Tutti gli elementi, i requisiti e le disposizioni adottati dal produttore devono essere documentati in maniera sistematica e in forma di obiettivi e procedure scritte. Peraltro, possono esistere leggi che obbligano un produttore, per talune applicazioni, a certificarsi ISO 9001.
  16. ^ obbligatorietà introdotta dal DM del 14.01.2008 al p.to 11.2.5.2 mentre al p.to 5.2 allegato2 del DM del 9 gennaio 1996 si poteva ricorrere in questo caso anche a un controllo di tipo A
  17. ^ tali coefficienti tengono conto tra l'altro della possibilità che il rapporto H/D ≠ 2, del disturbo che la carota può avere a seguito della sua estrazione (es. taglio degli inerti), della direzione di perforazione (orizzontale o verticale) dovuta alla direzione di costipamento, dell'età del calcestruzzo, della presenza di umidità al momento della prova, ecc. In letteratura tecnica esistono diverse formule di riconversione. Alcune di queste formule riconvertono il valore di rottura cilindrica direttamente nell'equivalente cubica
  18. ^ si ha un valore adeguato se si mediano almeno 5 risultati riconvertiti delle prove di schiacciamento
  19. ^ Se consideriamo carote che presentano un rapporto H/D = 1 allora R sm = f sm

Bibliografia

  • Anna Faresin, Architettura in calcestruzzo. Soluzioni innovative e sostenibilità - UTET Scienze Tecniche, Torino, 2012. ISBN 978-88-598-0746-9 .
  • Gianni Bebi, Calcestruzzo in Pratica , IMREADY (archiviato dall' url originale il 9 febbraio 2008) .
  • Vito Alunno Rossetti, Il calcestruzzo, materiali e tecnologia - McGraw-Hill, 2007
  • Mauro Mezzina, Costruire con il cemento armato - Libreria UTET
  • Mario Collepardi, Il nuovo calcestruzzo , 5ª Edizione - Ed. Tintoretto. ISBN 978-88-903777-3-0
  • Luigi Coppola, Concretum , The McGraw Hill Companies, ISBN 978-88-386-6465-6

Normativa

  • DM Infrastrutture del 14 gennaio 2008
  • Circolare 2 febbraio 2009 n. 617/CSLL.PP.
  • Consiglio Superiore dei LL.PP. - STC: Linee Guida sul calcestruzzo strutturale
  • Consiglio Superiore dei LL.PP. - STC: Linee Guida sul calcestruzzo preconfezionato
  • Consiglio Superiore dei LL.PP. - STC: Linee Guida su calcestruzzi strutturali ad alta resistenza
  • Consiglio Superiore dei LL.PP. - STC: Linee Guida per la messa in opera del calcestruzzo strutturale e per la valutazione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo indurito mediante prove non distruttive
  • UNI EN 206-1: Calcestruzzo parte 1 - specificazione, prestazione, produzione e conformità
  • UNI 11104: Calcestruzzo - specificazione, prestazione, produzione e conformità: istruzioni complementari per l'applicazione della EN 206-1
  • UNI 11040:2003 Calcestruzzo autocompattante. Specifiche, caratteristiche, controlli

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