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Il calcestruzzo 2

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 siano superiori a 1500 m³ (p.to 11.2.5.1 NRC 2008);
  • il controllo di tipo “B” o controllo statistico, da applicarsi obbligatoriamente [4] nel caso i getti di miscela omogenea siano superiori a 1500 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 ad 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 (*) ed inviati ad 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.

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.

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 effettuate su cubetti prelevati durante il getto abbiamo dato esito negativo.

Con le NTC 2008 tali controlli sul calcestruzzo indurito sono richieste per verificare che, anche se le prove sui cubetti hanno dato esito positivo, 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 e a seconda del tipo di controllo di accettazione che bisogna effettuare si può risale alla resistenza media cubica di progetto R cm :

  • controllo di tipo A : R cm = R ck +3, 5 (N/mm 2 );
  • controllo di tipo B :R cm = R ck + 1, 4 sqm [5] (N/mm 2 ).

Le modalità di estrazione di carote sono riportate dalle UNI EN 12504-1.

E' importante che la carota sia estratta da una zona a bassa o nulla presenza di armature e anche lontano da giunti, nodi o altri punti singolari. Le carote estratte devono rispettare le seguenti relazioni dimensionali:

  • D ≥ 3 d max (diametro massimo dell'inerte)
  • H ≈ 2 D.

Una volta estratte, mediante una carotatrice elettrica, seule 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 ad 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 [6] . Ottenuto il valore medio in sito f sm [7] da questo si ricava l'equivalente valore cubico R sm dalla relazione:

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

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 estrattto direttamente dalla struttura sia non inferiore al 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 che 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.

Confezionamento, trasporto e getto in opera
Getto in opera e vibratura del calcestruzzo in cantiere
Centrale di betonaggio

Il confezionamento del calcestruzzo è oggi effettuato nelle centrali di betonaggio o in appositi impianti di cantiere dotati, in genere, di un sistema automatico di gestione della produzione e della registrazione delle pesate; è quasi scomparso il confezionamento artigianale/manuale, se non per piccolissime quantità. Di conseguenza, le richieste di calcestruzzo "a composizione" o "a dosaggio", in cui si specifica la quantità dei singoli componenti, sono diventate molto meno frequenti (30 % del mercato). Oggi si tende infatti a richiedere un calcestruzzo con prestazioni ben definite e la sua composizione, in base ai requisiti che esso dovrà possedere, è oggetto di un apposito studio, chiamato mix design , effettuato dal produttore, tenendo conto di numerose variabili quali:

  • resistenza meccanica, durabilità , modulo di elasticitàecc . della struttura da realizzare richiesta dal progettista
  • esigenze esecutive quali lavorabilità, modalità di getto, maturazione, ecc.
  • materiali disponibili quali tipo di cemento, aggregati, additivi , aggiunte , ecc.

Il trasporto 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.

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 e a creare, quindi, pilastri , travi , solai , solette , fondazioni ; per formare mattoni o blocchi di calcestruzzo può essere usata una macchina apposita chiamata blocchiera .

Il getto viene in genere realizzato tramite pompa per calcestruzzo.

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

Maturazione del calcestruzzo
Casseforme per calcestruzzo
Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi la voce stagionatura .


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 (U.R.% > 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 compormettere la resistenza finale e il grado di durabilità del calcestruzzo armato.
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 ed impermeabile, che garantisce una 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°) sono negative perché sipossono 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, onde 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.

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 2000 kg/m 3 ;
  • Calcestruzzo pesante : è un calcestruzzo avente una massa volumica dopo l'essiccamento in stufa maggiore di 2600 kg/m 3
  • Calcestruzzo normale : è un calcestruzzo avente una massa volumica dopo l'essiccamento in stufa maggiore di 2000 kg/m 3 ma non maggiore di 2600 kg/m 3 .
Struttura [ modifica ]

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 calcestruzzo ottenuto con una curva granulometrica completa e pertanto dotato di piccole cavità tra i grani dell'aggregato
Tipologie

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

Calcestruzzo ciclopico Il calcestruzzo ciclopico è una tipologia di aggregato cementizio utilizzato per le sottofondazioni. Questa tipologia è formata dal 60% dal calcestruzzo colato in cui vengono immersi grossi blocchi, non lavorati, di pietra viva, con pezzature fino a 180 mm. Il calcestruzzo ciclopico è utilizzato nella costruzione delle dighe e grandi opere civili perché è vantaggioso agli effetti della resistenza totale, date le dimensioni di questo tipo di opere. Calcestruzzo ad alta resistenza Calcestruzzo ad alte prestazioni Calcestruzzo proiettato Calcestruzzo fibrorinforzato Calcestruzzo autocompattante Calcestruzzo rinforzato con FRP Diagramma tensioni - deformazioni

Esaminiamo la risposta istantanea del calcestruzzo.
Se sottoponiamo un provino di calcestruzzo cilindrico ad una prova rapida di compressione si avrà il seguente andamento:
fino a valori della tensione di compressione pari a circa il 40% di quella di rottura f c si registra un andamento del diagramma approssimativamente rettilineo [8] .
Per sforzi di intensità maggiori il diagramma risulta sensibilmente parabolico fino ad un valore della deformazione denominato ε c1 [9] .
A tale valore corrisponde anche la massima tensione di compressione f c che è praticamente il valore della tensione di rottura.
Il cedimento del provino non è però istantaneo, essendo collegato ad un processo di microfessurazione in rapida evoluzione.
Segue pertanto un secondo tratto discendente (fase di incrudimento o comportamento softening ) dall'andamento curvilineo, limitato dalla deformazione ultima di rottura denominata ε cu , cui corrisponde un valore finale della tensione sul provino σ cu alquanto inferiore al valore massimo registrato in precedenza [10] .
All'atto dello scarico la deformazione è solo parzialmente reversibile e la parte irreversibile aumenta con l'aumentare dello sforzo.
Se dopo l'applicazione di carichi di breve durata si vuole tener conto di deformazioni irreversibili il valore di E va ridotto del fattore 0, 85.
Come si evince la risposta istantanea è difficilmente confinabile nell'ambito della teoria di elasticità lineare, in quanto il materiale presenta spiccate caratteristiche di non linearità e di plasticità sin dai livelli più bassi di sollecitazione.
Si verifica inoltre che già per bassi valori di sforzo, le deformazioni sono tanto più elevate quanto più lenta è la velocità di carico e quanto più lunga è la durata della sua applicazione.
Pertanto le considerazioni riguardanti la risposta istantanea di un calcestruzzo diventano più marcate per effetto di carichi che permangono per lunghi periodi a seguito della comparsa di deformazioni differite nel tempo (fenomeno del fluage ), le quali, si sommano a quelle immediate.

Diagramma di calcolo tensione deformazione
Diagramma di calcolo parabola - rettangolo

Per le verifiche a flessione e pressoflessione allo stato limite ultimo, il DM 14 gennaio 2008 (p.to 4.1.2.1.2.2) permette di adottare degli opportuni modelli rappresentativi del reale comportamento del materiale:

  • diagramma parabola - rettangolo
  • diagramma triangolo - rettangolo
  • diagramma rettangolo ( stress block ).

Detti modelli sono definiti in base alla resistenza di calcolo f cd [11] e della deformazione ultima ε cu .

Il più comune è il diagramma parabola - rettangolo definito da un arco di parabola di secondo grado passante per l'origine, avente asse parallelo a quello delle tensioni, e da un segmento di retta parallelo all'asse delle deformazioni tangente alla parabola nel punto di sommità.

Il vertice della parabola ha ascissa ε c mentre l'estermità del segmento ha ascissa ε cu .

L'ordinata massima del diagramma è paria a f cd .

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

  • ε c = 0, 20%
  • ε cu = 0, 35%.
Note
  • ^ calcestruzzo che non ha ancora fatto presa
  • ^ P.Colombo, D. Festa, Materiali per l'Ingegneria Civile, ed. Progetto, Padova, p. 307: "ogni anno nel mondo vengono prodotti 2000 m 3 di questo materiale [calcestruzzo ndr] dei quali 120 solo in Italia"
  • ^ 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 .
  • ^ obbligatorietà introdotta dal D.M. del 14.01.2008 al p.to 11.2.5.2 mentre al p.to 5.2 allegato2 del D.M. del del 9 gennaio 1996 si poteva ricorrere in questo caso anche ad un controllo di tipo A
  • ^ In questo caso in progetto oltre a R ck deve indicare anche il valore dello scarto quadratico medio sqm
  • ^ 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'eta 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
  • ^ si ha un valore adeguato se si mediano almeno 5 risultati riconvertiti delle prove di schiaccimento
  • ^ non si ha una sensibile propagazione delle microfessure nella matrice cementizia; il comportamento macroscopico è prossimo a quello elastico
  • ^ le microfessure si propagano al crescere del carico, ma la propagazione si arresta giungendo ad un nuovo assetto stabile. Il comportamento macroscopico è sempre più marcatamente non lineare
  • ^ 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
  • ^ f cd = f ck /γ c = 0, 83R ck /γ c . γ c vale 1, 5 per le strutture in c.a.p e 1, 6 per le strutture in c.a.o..
  • Bibliografia
    • Gianni Bebi, Calcestruzzo in Pratica , IMREADY editore, Scaricabile in pdf [1] .
    • Vito Alunno Rossetti, "il Calcestruzzo, materiali e tecnologia" - McGraw-Hill, 2007
    • Mauro Mezzina, "Costruire con il cemento armato" - Libreria UTET
    • Mario Collepardi, "La produzione del calcestruzzo antico e moderno" - Atti del Convegno di Studi: Calcestruzzi Antichi e Moderni: Storia, Cultura e Tecnologia - Bressanone 6-9 luglio 1993
    Voci correlate