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Calcestruzzo Strutturale Principi Basilari in Cantiere

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Published on October 27, 2008

Author: EdilNotizie

Source: slideshare.net

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Calcestruzzo Strutturale Principi Basilari in Cantiere
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Il Calcestruzzo strutturale e l’acciaio da c.a. Tecnologia e proprietà meccaniche

Composizione del cls Il calcestruzzo è un materiale lapideo artificiale composto con aggregati lapidei di diverse dimensioni (inerti) uniti da un legante idraulico (il cemento) la cui attivazione avviene grazia alle reazioni chimiche con l’acqua. Pertanto i componenti essenziali del cls sono: •Il cemento •Gli aggregati (o inerti) •L’acqua

Il Cemento Il cemento (di tipo Portland) si ottiene cuocendo ad alta temperatura (1400 — 1500 C) una miscela di calcare ed argilla (nella proporzione di circa 1:3) e quindi macinando finemente il prodotto di cottura (Klinker). Diversi tipi di cemento si ottengono modificandone la composizione: aggiungendo pozzolana si ottiene il cemento pozzolanico, con l’aggiunta di loppa d’alto forno si ottiene il cemento d’alto forno, ecc. Dal punto di vista chimico il cemento è una miscela di silicati ed alluminati di calcio che, anche in virtù della finissima macinazione, sono in grado di reagire rapidamente con l’acqua formando una massa dura, simile alla pietra.

Gli aggregati Gli inerti formano lo scheletro solido del calcestruzzo e ne costituiscono la percentuale prevalente in peso e volume: la loro qualità è determinante per la buona riuscita del calcestruzzo. Gli inerti devono riempire al massimo i vuoti dell’impasto, onde rendere minimo il volume occupato dal cemento. A questo scopo si usano inerti di diverso diametro: • Inerti a grana grossa (ghiaia o pietrisco) • Inerti a grana fine (sabbia) Per ottenere un buon calcestruzzo occorre che la miscela di inerti abbia una corretta granulometria, ottenuta mescolando in proporzioni opportune inerti di tipo diverso.

Granulometria Il controllo della 100 100 granulometria si fa tracciando 80 la curva granulometrica della 60 miscela, che si ottiene P riportando in un diagramma, 40 in funzione del diametro, la 20 percentuale in peso degli inerti passanti in crivelli con 0 0 0 5 10 15 20 25 30 d fori di diametro crescente. Un 0 30 criterio valido per giudicare Fuso e curva teorica di della qualità della curva Fuller consiste nel verificare che essa sia contenuta all’interno d di una zona (fuso di Fuller). P = 100 d max

Caratteristiche degli inerti L’influenza degli inerti sulla qualità dell’impasto è ovviamente legata anche alle loro qualità intrinseche: gli inerti grossi non devono essere costituiti da rocce tenere di bassa resistenza, mentre le sabbie dovrebbero essere di tipo siliceo piuttosto che calcareo. Inoltre gli inerti devono essere ben “puliti”, cioè privi di argilla e materie organiche che, interponendosi, possono ostacolare l’aderenza tra il cemento e l’inerte.

L’acqua L’acqua, combinandosi con il cemento nel fenomeno dell’idratazione, dà luogo alla “presa” che trasforma l’impasto in una massa solida. Tuttavia l’acqua deve svolgere anche la funzione di lubrificante nell’impasto, rendendolo sufficientemente fluido da essere lavorabile. Per questo motivo l’acqua impiegata nell’impasto deve essere in quantità superiore a quella strettamente necessaria per l’idratazione del cemento. Peraltro si deve tenere presente che all’aumentare dell’eccesso di acqua peggiorano sensibilmente le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo. L’acqua da usare nell’impasto deve essere il più possibile pura, quando è possibile si consiglia quindi l’uso di acqua potabile. In particolare devono essere evitate acque contenenti percentuali elevate di solfati e le acque contenenti rifiuti di origine organica o chimica. La presenza di impurità infatti interferisce con la presa, provocando una riduzione della resistenza del conglomerato.

Composizione media di un m3 di cls

Fattori che influenzano la resistenza •Quantità di cemento •Composizione degli inerti •Rapporto acqua/cemento •Condizioni ambientali durante la maturazione Quantità di cemento La resistenza del calcestruzzo aumenta quasi proporzionalmente al quantitativo di cemento impiegato; tuttavia dosi eccessive (> 500 kg/m3) sono inutili o addirittura dannose.

Fattori che influenzano la resistenza (2) Gli inerti Gli inerti devono essere di buona qualità, puliti e dosati accuratamente. Il rapporto acqua/cemento Per la presa sono necessari circa 30 litri di acqua per ogni quintale di cemento, ma per rendere il cls lavorabile questa quantità deve aumentare (circa il doppio). Tuttavia all’aumentare del rapporto a/c le prestazioni del cls peggiorano drasticamente. L’aggiunta di fluidificanti consente l’impiego di valori più bassi del rapporto a/c

Fattori che influenzano la resistenza (3) Le condizioni ambientali La velocità della presa del cemento aumenta rapidamente con la temperatura. Il caldo secco e l’insolazione diretta sono dannosi, perché producono l’evaporazione dell’acqua superficiale. Il getto in estate deve essere tenuto coperto e bagnato. Il freddo rallenta la presa. Se l’acqua gela, la formazione del ghiaccio interrompe il processo e la dilatazione rompe i legami già formati.

La stagionatura I processi chimici della presa del cemento si protraggono per un lungo periodo di tempo (anni); le prestazioni meccaniche variano di conseguenza. Le condizioni di umidità durante la stagionatura influenzano la resistenza finale del cls

Stagionatura accelerata

Lavorabilità La lavorabilità è una proprietà importante del cls, in quanto essa consente di ottenere getti compatti, privi di cavità e di difetti. La lavorabilità si migliora aumentando il contenuto in acqua, che però riduce la resistenza. La compattazione si migliora con la vibrazione o La lavorabilità si misura con l’aggiunta di con il “cono di Abrams” fluidificanti.

Caratteristiche meccaniche Curve σ−ε di provini di cls con diverse resistenze. 30 29.999 20 σc1 σc2 σc3 10 0 0 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0 εc 6×10 −3 nη εc Ecε c1 σ c = fc η= n= Popovics-Mander n −1+η n ε c1 Ecε c1 − f c

Resistenza a compressione Si misura su provini cubici con spigolo di 15 cm (resistenza cubica Rc) o cilindrici con D = 15 cm e H = 30 cm (resistenza cilindrica fc) f c ≈ 0.83Rc

Modulo elastico Il legame costitutivo del cls manca di una fase lineare ben definita. Il modulo elastico è fissato convenzionalmente come il modulo secante a σ = 0.4 fc Il modulo elastico è correlato 30 30 alla resistenza. Per la norma 25 italiana si assume 4.031×10 4.5 .10 4 4 σc1 20 15 4 σ 4 .10 10 Ec = 5700 Rck 4 Ec 3.5 .10 5 4 3 .10 0 0 (N/mm2) 4 4 2.549×10 2.5 .104 0 5 .10 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0 εc −3 20 30 40 50 4⋅ 10 20 Rck 50

Resistenza a trazione Il calcestruzzo teso ha un comportamento fragile. La resistenza a trazione si misura spesso mediante prove indirette La resistenza a trazione è correlato con quella a compressione. 2.565 3 f ctm = 0.27 R 2/3 2.5 ck fct k 2 Valore medio della resistenza a trazione 1.5 f ctk = 0.7 f ctm 1.393 1 20 25 30 35 40 45 50 20 Rck k 50 (N/mm2) Prova brasiliana

Deformazione trasversale In fase elastica εt = -νσ/E con ν ≈ 0.2 In prossimità del collasso per schiacciamento la deformazione trasversale cresce rapidamente e la deformazione volumetrica diminuisce e cambia segno (dilatanza) Deformazione volumetrica ∆V ϑ= = εx + ε y + εz V

Criterio di Mohr-Coulomb  σ max + σ min  σ max − σ min collasso τ c −  sin α =  2  2 σmin σmax  (c + 0.5 f c )sin α = 0.5 f c compressioni σ  trazioni (c − 0.5 f ct )sin α = 0.5 f ct 0.5( f c + f ct )sin α = 0.5( f c − f ct ) τ f c − f ct τc f sin α = -fc ct f c + f ct α f c f ct σ c= f c − f ct c

Stati di tensione piani Se σ1 e σ2 hanno lo stesso σ2 segno si ha che o σmin o σ1 σmax è zero e σul = fc o fct. Se σ1 e σ2 hanno segni diversi, con σ1 > σ2  σ + σ2  σ − σ2  c− 1  sin α = 1  2  2 Da questa si deriva σ1 σ 2 − =1 f ct f c

Stati di tensioni piani (2) 0.4 σ/fc 0 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 σ/fc -0.4 -0.8 -1.2 Teorico Sperimentale

fcc Confinamento σ2 Per σ1 = σ2 = σp uno dei cerchi di σ1 σ1 Mohr degenera in un punto e la condizione di collasso σ2 fcc diviene: − σ p − f cc In quanto σp < 0 fc − = 1 e fcc > 0. Si ricava f cc = f c + σp f ct fc f ct quindi Quindi la resistenza del cls confinato dovrebbe aumentare proporzionalmente al rapporto fc/fct ≈ 10. In pratica si osserva che fcc ≈ fc + 4σp

Ritiro Il ritiro del cls è un fenomeno che si manifesta con la riduzione del volume del getto. L’entità del ritiro è fortemente influenzata dal rapporto a/c e dall’umidità ambientale. Deformazione di ritiro a t=∞ secondo le norme italiane t0 = età conglomerato a partire dalla quale si considera l'effetto del ritiro; α = dimensione fittizia =2Ac/u Ac = area della sezione del conglomerato; u = perimetro della sezione di conglomerato a contatto con l'atmosfera..

Viscosità Quando un carico viene applicato per un lungo periodo di tempo le deformazioni non si arrestano al momento dell’applicazione, ma continuano a crescere tendendo asintoticamente ad un valore finito. Nel cls la deformazione viscosa non è interamente removibile; una parte della deformazione rimane anche dopo la rimozione del carico a t = ∞

Viscosità lineare La deformazione viscosa è proporzionale a quella istantanea, per cui la deformazione totale al tempo t prodotta da una tensione dσ applicata al tempo τ è: dσ dε = [1 + φ(t , τ)] E (τ) Per una assegnata storia di carico σ(τ) si ha: σ(τ ) & ε(t ) = ∫ [1 + φ(t , τ)] t dτ 0 E (τ ) φ(∞,τ) esprime il rapporto tra le deformazioni viscosa a t=∞ ed istantanea prodotte da un carico applicato al tempo τ

Viscosità nel cls Valori della funzione φ(∞,t0) per il cls, secondo la normativa italiana, in funzione di α e dell’U.R. L’entità delle deformazioni viscose è influenzata dal rapporto a/c.

Un semplice modello reologico Equilibrio c cx1 + k1 x2 + k 2 ( x1 + x2 ) = F & k2 cx1 = k1 x2 & k1  k2  F Da queste c 2 +  x1 + k 2 x1 = F  &  k1  La soluzione per la condizione iniziale x1(0)=0 è F  2k1 − k1k 2 t x (t ) = x1 + x2 = 1 − e c ( 2 k1 + k 2 )  k 2  2k1 + k 2   

Fattore di viscosità F F x(0) = x(∞ ) = 2k1 + k 2 k2 x(∞ ) 2k1 + k 2 k1 = = 1+ 2 x(0 ) k2 k2

Rilassamento Per la condizione x1+x2=x=cost e la cond. iniz. x1(0)=0, dalla seconda equazione cx1 = k1 ( x − x1 ) ⇒ cx1 + k1 x1 = k1 x & & La cui soluzione è  − 1t  k k k1 − c1 t x1 (t ) = x1 − e c    x1 (t ) = x e &   c xk Per t=0 x1 = 0 x1 = 1 x2 = x − x1 = x & c Dalla 1 F0 = (2k1 + k 2 )x Per t=∞ x1 = x x1 = 0 & x2 = x − x1 = 0 F∞ k2 Dalla 1 F∞ = k 2 x = F0 2k1 + k 2

Resistenza caratteristica La resistenza caratteristica di un materiale è quel valore per cui si ha il 5% di probabilità che risulti R<Rk Durante l’esecuzione dei lavori deve essere controllato che il valore caratteristico della resistenza del calcestruzzo non è inferiore a quello fissato in fase di progetto

Prelievi Per la normativa italiana un prelievo è formato da due campioni, prelevati da uno stesso getto al momento della posa in opera; la media delle resistenze dei due campioni è detta resistenza di prelievo. Il controllo di accettazione si può eseguire secondo due diverse modalità: •Si esegue un prelievo (2 provini) ogni 100 m3 di getto con un minimo di 3 prelievi •Nel caso di costruzioni con più di 1500 m3 di calcestruzzo è ammesso un controllo di tipo statistico. Viene eseguito almeno un prelievo ogni giorno di getto e, complessivamente, non meno di 15 prelievi ogni 1500 m3.

Controlli di accettazione •Per un prelievo ogni 100 m3 di getto: Indicando con Rm la media aritmetica delle tre resistenze di prelievo e con Rmin il valore minimo tra i tre, il controllo è superato se: Rm ≥ Rck + 3.5 (N/mm2) Rmin ≥ Rck- 3.5 (N/mm2) •Il controllo di tipo statistico è superato se sono verificate le condizioni seguenti: Rm ≥ Rck + 1.4s Rmin ≥ Rck 3.5 (N/mm2) in cui Rmin è i l valor e minimo delle resistenze di 2

1 Media e scarto quadratico medio Rm = ∑ Ri n i 1 ∑ (Ri − Rm ) 2 s = 2 n −1 i

Acciai da cemento armato Gli acciai da c.a. vengono prodotti in barre trafilate di diametro compreso tra i 6 ed i 30 mm (26 mm per Feb44). Gli acciai sono classificati sulla base della tensione di snervamento. Gli acciai delle prime due classi sono prodotti in barre tonde e lisce, quelli delle altre due in barre sagomate. ftk T IP O f yk f tk A5 N /m m 2 N / m m 2 % fyk Fe B 22 k215 335 24 Fe B 32 k315 490 23 Fe B 38 k375 450 14 Fe B 44 k430 540 12 A5

Leggi costitutive Acciai ad alta resistenza (cap) Acciai da Cemento Armato

Aderenza acciaio- calcestruzzo

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