ESERCITAZIONI: Strutture massive

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BERGAMO FACOLTA DI INGEGNERIA ESERCITAZIONI: Strutture massive Prof. Ing. Luigi Coppola

2 STRUTTURE MASSIVE Nelle STRUTTURE DI GRANDE SPESSORE a causa della modesta conducibilità termica del conglomerato (5.5 8 KJ/(mh C)) gli strati più esterni del getto si comportano come materiale isolante impedendo la dissipazione verso l esterno del calore sviluppato

3 STRUTTURE MASSIVE Reazione di idratazione del cemento Sviluppo di calore ISOLAMENTO DEGLI STRATI PIÙ ESTERNI CHE IMPEDISCONO LA DISSIPAZIONE TEMPERATURA DEL CALCESTRUZZO

4 ACCORGIMENTI Ai fini della riduzione dell incremento di temperatura, unitamente ad una oculata scelta del tipo/classe di cemento, si possono adottare tutti quegli accorgimenti finalizzati a ridurre l acqua di impasto e, conseguentemente, a pari classe di resistenza del calcestruzzo, a diminuire il dosaggio di cemento. L. Coppola Concretum Strutture massive

5 PROVVEDIMENTI ΔT Classe CEM Clinker L Add D max L. Coppola Concretum Strutture massive

6 Calcolo del gradiente di temperatura tra cuore e superficie del getto Se il massimo incremento di temperatura si registra dopo 3 e 7 giorni rispettivamente per strutture di spessore pari o superiore a 2 metri, si può porre: strutture con spessore < 2 m : δt 3,max = (ΔT 3 ) ad : 35 C strutture con spessore > 2 m: δ T7,max = (ΔT 7 ) ad : 35 C L. Coppola Concretum Strutture massive

7 ESERCIZIO VARIAZIONI TERMICHE Si debba realizzare un plinto di fondazione in calcestruzzo armato di dimensione: 15 x 15 x 5 m = 1125 m 3 Viste le rilevanti dimensioni dell opera il progettista deve definire le prescrizioni di capitolato del calcestruzzo tenendo conto che l elemento in c.a. costituisce una struttura massiva.

8 PRESCRIZIONI NOTE NOTI: 1.Dosaggio di cemento: c = 340 kg/m 3 ; 2.Massa volumica: mv = 2360 kg/m 3.

9 CEMENTI A DISPOSIZIONE A disposizione dell impianto ci sono 3 diversi tipi di cemento: CEM II/A-LL 42.5R; CEM III/A 32.5R; CEM IV/A 42.5R.

10 PRESCRIZIONI DI CAPITOLATO Per la definizione delle specifiche di capitolato di calcestruzzi destinati alla realizzazione di strutture massive si debbono, pertanto, integrare quelle rivolte alle normali opere in calcestruzzo ponendo delle limitazioni in termini di tipo/classe e dosaggio di cemento al fine di ottenere un gradiente termico inferiore a 35 C.

11 SPESSORE STRUTTURA Il plinto di fondazione da realizzare ha sp > 2m c = dosaggio di cemento = 340 kg/m 3 ; ρ = calore specifico calcestruzzo 1.1 kj/(kg C); m = massa volumica del calcestruzzo = 2360 kg/m 3

12 SCELTA DEL CEMENTO

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14 Tipo Cemento Classe Cemento q 3 (KJ/Kg) q 7 (KJ/Kg) I 52.5 R II/A-LL 42.5 R II/B-LL 32.5 N II/B-M 32.5 R II/A-S 42.5 R III/A 32.5 R III/B 32.5 N IV/A (ARS) 32.5 R ( ) ( ) IV/A 42.5 R IV/B 32.5 R

15 q kj/kg Tipo Cemento Classe Cemento q 3 (KJ/Kg) q 7 (KJ/Kg) I 52.5 R II/A-LL 42.5 R II/B-LL 32.5 N II/B-M 32.5 R II/A-S 42.5 R III/A 32.5 R III/B 32.5 N IV/A (ARS) 32.5 R ( ) ( ) IV/A 42.5 R IV/B 32.5 R

16 GRADIENTE TERMICO δt 7,max = 35 C

17 ESERCIZIO In una zona a clima temperato si debbano realizzare dei basamenti di calcestruzzo (per l ancoraggio di apparecchiature meccaniche) di dimensioni 3x4x2.4m, parzialmente interrati. Dal predimensionamento strutturale è richiesta una classe di resistenza C25/30.

18 ESERCIZIO La lavorabilità richiesta al getto è S5. la realizzazione dei getti avverrà nel periodo autunnale quando la temperatura oscilla intorno ai 12 C. Il calcestruzzo sarà fornito da un impianto che dista dal cantiere 20 minuti

19 ESERCIZIO L impianto ha a disposizione gli ingredienti riportati in tabella: Diametro massimo aggregati disponibile Tipo di aggregati 20 mm; 32 mm; 40 mm. Frantumati e rugosi; Tondeggianti e lisci. 1. CEM II/A-LL 42.5R: a. q 3 = (kj/kg) b. q 7 = (kj/kg) 2. CEM II/B-LL 32.5N: Tipo di cemento a. q 3 = (kj/kg) b. q 7 = (kj/kg) 3. CEM IV/A 42.5R a. q 3 = (kj/kg) b. q 7 = (kj/kg) Additivo SA superfluidificante (dosaggio %)

20 RICHIESTE Calcolare la composizione del calcestruzzo per garantire integrità e durabilità delle strutture inserendo eventuali prescrizioni aggiuntive.

21 RISOLUZIONE Gli elementi da realizzare sono strutture massive: = 30 m 3

22 DURABILITA Classe di EXP a/c max C(x/y) min c min (kg/m 3 ) cf NOM (mm) XC C32/ (a/c) D C(x/y) D C min,d

23 GRADIENTE TERMICO È necessario calcolare il gradiente termico nel calcestruzzo a sette giorni, in quanto lo spessore degli elementi è maggiore di 2m, e limitarlo sotto i 35 C: m: massa volumica del calcestruzzo (kg/m 3 ); ρ: calore specifico del calcestruzzo (~1.1kJ/(kg C)); c: dosaggio di cemento nel calcestruzzo (kg/m 3 ); q 7 : calore di idratazione unitario del cemento (kj/kg) a 7 giorni.

24 Diametro massimo aggregati Tipo di aggregati SCELTA INGREDIENTI SCELTE mm; mm; mm. 1. Frantumati e rugosi; 2. Tondeggianti e lisci MOTIVAZIONI Al fine di ridurre l acqua d impasto, che a pari rapporto a/c permette di ridurre il dosaggio di cemento, si sceglie aggregato di dimensioni maggiori. Al fine di ridurre l acqua d impasto, che a pari rapporto a/c permette di ridurre il dosaggio di cemento, si scelgono aggregati di questo tipo che abbassanodi15kg/m 3 l acqua d impasto.

25 SCELTA INGREDIENTI Tipo di cemento Additivo SCELTE 1. CEM II/A-LL 42.5R: a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kJ/kg) 2. CEM II/B-LL 32.5N: a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kJ/kg) 3.CEMIV/A42.5R a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kJ/kg) SA superfluidificante (dosaggio %) MOTIVAZIONI Si sceglie questo tipo di cemento essenzialmente per due motivi: 1.a parità di classe di resistenza ha un calore specifico minore; 2.a parità di calore specifico presenta una classe di resistenza maggiore. Si impone il dosaggio massimo possibile per ridurre acqua d impasto e quindi il cemento.

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30 SCELTA INGREDIENTI Tipo di cemento SCELTE 1. CEM II/A-LL 42.5R: a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kJ/kg) 2. CEM II/B-LL 32.5N: a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kj/kg) 3. CEM IV/A 42.5 R a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kj/kg) 1:a/c=0.58 2:a/c=0.50 3:a/c=0.57 A/C=0.50 MOTIVAZIONI

31 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE ACQUA D IMPASTO PER IL CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE È NECESSARIO TENER CONTO DELLA INEVITABILE PERDITA DI FLUIDITÀ DELL IMPASTO DURANTE IL TRASPORTO

32 ACQUA D IMPASTO CALCESTRUZZO VIENE CONFEZIONATO CON CEMENTO CEM II-B/LL 32.5N E TRASPORTATO PER 20 MINUTI ALLA TEMPERATURA DI 12 C

33 TEMPO DI TRASPORTO (min) PERDITA DI LAVORABILITÁ ΔL (cm di slump) TEMPERATURA ( C ) <

34 PERDITA DI LAVORABILITÁ Tipo di cemento Classe di cemento Aumento della perdita di lavorabilità (in cm di slump) V/B; III/C 32.5N; 32.5R -3 V/A; III/B 32.5N; 32.5R -2 IV/B; III/A 32.5N; 32.5R -1 IV/A; II/B 32.5N; 32.5R 0 II/A 32.5N; 32.5R 1 I 32.5N; 32.5R 1 V/B; III/C 42.5N; 42.5R -1 V/A; III/B 42.5N; 42.5R 0 IV/B; III/A 42.5N; 42.5R 1 IV/A; II/B 42.5N; 42.5R 2 II/A 42.5N; 42.5R 3 I 42.5N; 42.5R 3 I 52.5N; 52.5R 5

35 RIDUZIONE PERDITA DI LAVORABILITA PER IMPIEGO DI ADDITIVI Dosaggio % sul CEM RIDUZIONE di ΔL (%) TIPO DI ADDITIVO R FR SR SA SN

36 PERDITA DI LAVORABILITÁ L = (3 + 0) = 3 cm L = 3 (1-0.5) = 1.5 cm L m = L g + L = = 23.5cm = 24 cm = S5 LAVORABILITÁ ALLA MISCELAZIONE S5

37 D max (mm) V2/V1/V0 C0/C1 V4/V3 ACQUA D IMPASTO ACQUA (kg/m 3 ) LAVORABILITÀ ALLA MISCELAZIONE S1/F1 C1/C2 S2/F2 C2/C3( ) S3/F3 C3 ( ) S4/F4 S5/F5 S5*/F

38 FATTORI CORRETTIVI FATTORI CORREZIONE piatti - Forma degli aggregati tondeggianti - 10 kg/m 3 frantumati +10 kg/m 3 Tessitura degli aggregati Percentuale di sabbia Liscia -5 kg/m 3 rugosa +5 kg/m 3 Secondo la curva di BOLOMEY - sovrasabbiati +5 kg/m 3 sottosabbiati -5 kg/m 3 Additivo aerante -5 % Additivo riduttore / superriduttore di acqua tabella B.39

39 RIDUZIONE ACQUA D IMPASTO PER IMPIEGO DI ADDITIVI Dosaggio % sul CEM RIDUZIONE DELL ACQUA DI IMPASTO (%) TIPO DI ADDITIVO F FR/FA SR/SAC SA SN/SM L. Coppola L. Coppola Concretum Concretum Esercitazioni Esercitazioni capitolato

40 ACQUA D IMPASTO Sapendo che la lavorabilità iniziale deve essere pari a S5 e si impiegano aggregati tondeggianti e lisci con D max 40mm, l acqua d impasto risulta pari a 205kg/m 3. A tale valore occorre apportare le seguenti modifiche: una riduzione di 10kg/m 3 perché gli aggregati sono tondeggianti; una riduzione di 5kg/m 3 perché gli aggregati sono lisci; una riduzione del 20% per la presenza dell additivo riduttore d acqua. a = ( ) x 0.80 = kg/m 3

41 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE CEMENTO c eq = a / (a/c) = 152 / kg/m 3 Il dosaggio di cemento è inferiore a quello minimo imposto dai requisiti di durabilità (340kg/m 3 ), ma in questo caso, essendo più stringente il requisito legato alla minimizzazione del calore, la prescrizione sul dosaggio minimo di cemento imposta dalla durabilità non va rispettata.

42 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE ADDITIVO Add = c eq dosaggio = = =2.44 kg/m kg/m 3

43 AGGREGATI V agg = / / = litri La massa degli aggregati vale: Agg = x kg/m 3

44 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE INGREDIENTE (kg/m 3 ) Acqua 150 Cemento CEM II/A-LL 42.5 R 305 Additivo superfluidificante 2.5 Aggregati 1970 MASSA VOLUMICA DEL CALCESTRUZZO FRESCO 2430

45 CALCOLO DEL GRADIENTE TERMICO

46 ESERCIZIO In una zona a clima temperato si debbano realizzare dei basamenti di calcestruzzo (per l ancoraggio di apparecchiature meccaniche) di dimensioni 3x4x2.4m, parzialmente interrati. Dal predimensionamento strutturale è richiesta una classe di resistenza C32/40.

47 ESERCIZIO L impianto ha a disposizione gli ingredienti riportati in tabella: Diametro massimo aggregati disponibile Tipo di aggregati 20 mm; 32 mm; 40 mm. Frantumati e rugosi; Tondeggianti e lisci. 1. CEM II/A-LL 42.5R: a. q 3 = (kj/kg) b. q 7 = (kj/kg) 2. CEM II/B-LL 32.5N: Tipo di cemento a. q 3 = (kj/kg) b. q 7 = (kj/kg) 3. CEM IV/A 42.5R a. q 3 = (kj/kg) b. q 7 = (kj/kg) Additivo SA superfluidificante (dosaggio %)

48 DURABILITA Classe di EXP a/c max C(x/y) min c min (kg/m 3 ) cf NOM (mm) XC C32/ (a/c) D C(x/y) D C min,d

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53 SCELTA INGREDIENTI Tipo di cemento SCELTE 1. CEM II/A-LL 42.5R: a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kJ/kg) 2. CEM II/B-LL 32.5N: a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kj/kg) 3. CEM IV/A 42.5 R a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kj/kg) 1:a/c=0.48 2:a/c=0.38 3:a/c=0.48 A/C=0.48 MOTIVAZIONI

54 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE ACQUA D IMPASTO PER IL CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE È NECESSARIO TENER CONTO DELLA INEVITABILE PERDITA DI FLUIDITÀ DELL IMPASTO DURANTE IL TRASPORTO

55 ACQUA D IMPASTO CALCESTRUZZO VIENE CONFEZIONATO CON CEMENTO CEM IV/A 42.5R E TRASPORTATO PER 20 MINUTI ALLA TEMPERATURA DI 12 C

56 TEMPO DI TRASPORTO (min) PERDITA DI LAVORABILITÁ ΔL (cm di slump) TEMPERATURA ( C ) <

57 PERDITA DI LAVORABILITÁ Tipo di cemento Classe di cemento Aumento della perdita di lavorabilità (in cm di slump) V/B; III/C 32.5N; 32.5R -3 V/A; III/B 32.5N; 32.5R -2 IV/B; III/A 32.5N; 32.5R -1 IV/A; II/B 32.5N; 32.5R 0 II/A 32.5N; 32.5R 1 I 32.5N; 32.5R 1 V/B; III/C 42.5N; 42.5R -1 V/A; III/B 42.5N; 42.5R 0 IV/B; III/A 42.5N; 42.5R 1 IV/A; II/B 42.5N; 42.5R 2 II/A 42.5N; 42.5R 3 I 42.5N; 42.5R 3 I 52.5N; 52.5R 5

58 RIDUZIONE PERDITA DI LAVORABILITA PER IMPIEGO DI ADDITIVI Dosaggio % sul CEM RIDUZIONE di ΔL (%) TIPO DI ADDITIVO R FR SR SA SN

59 PERDITA DI LAVORABILITÁ L = (3 + 2) = 5 cm L = 5 (1-0.5) = 2.5 cm L m = L g + L = = 24.5cm = 25 cm = S5* LAVORABILITÁ ALLA MISCELAZIONE S5*

60 D max (mm) V2/V1/V0 C0/C1 V4/V3 ACQUA D IMPASTO ACQUA (kg/m 3 ) LAVORABILITÀ ALLA MISCELAZIONE S1/F1 C1/C2 S2/F2 C2/C3( ) S3/F3 C3 ( ) S4/F4 S5/F5 S5*/F

61 FATTORI CORRETTIVI FATTORI CORREZIONE piatti - Forma degli aggregati tondeggianti - 10 kg/m 3 frantumati +10 kg/m 3 Tessitura degli aggregati Percentuale di sabbia Liscia -5 kg/m 3 rugosa +5 kg/m 3 Secondo la curva di BOLOMEY - sovrasabbiati +5 kg/m 3 sottosabbiati -5 kg/m 3 Additivo aerante -5 % Additivo riduttore / superriduttore di acqua tabella B.39

62 RIDUZIONE ACQUA D IMPASTO PER IMPIEGO DI ADDITIVI Dosaggio % sul CEM RIDUZIONE DELL ACQUA DI IMPASTO (%) TIPO DI ADDITIVO F FR/FA SR/SAC SA SN/SM L. Coppola L. Coppola Concretum Concretum Esercitazioni Esercitazioni capitolato

63 ACQUA D IMPASTO Sapendo che la lavorabilità iniziale deve essere pari a S5 e si impiegano aggregati tondeggianti e lisci con D max 40mm, l acqua d impasto risulta pari a 205kg/m 3. A tale valore occorre apportare le seguenti modifiche: una riduzione di 10kg/m 3 perché gli aggregati sono tondeggianti; una riduzione di 5kg/m 3 perché gli aggregati sono lisci; una riduzione del 20% per la presenza dell additivo riduttore d acqua. a = ( ) x 0.80 = kg/m 3

64 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE CEMENTO c eq = a / (a/c) = 155 / kg/m 3 Il dosaggio di cemento è inferiore a quello minimo imposto dai requisiti di durabilità (340kg/m 3 ), ma in questo caso, essendo più stringente il requisito legato alla minimizzazione del calore, la prescrizione sul dosaggio minimo di cemento imposta dalla durabilità non va rispettata.

65 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE ADDITIVO Add = c eq dosaggio = = 2.6 kg/m 3

66 AGGREGATI V agg = / / = 732 litri La massa degli aggregati vale: Agg = 732 x kg/m 3

67 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE INGREDIENTE (kg/m 3 ) Acqua 155 Cemento CEM II/A-LL 42.5 R 325 Additivo superfluidificante 2.6 Aggregati 1940 MASSA VOLUMICA DEL CALCESTRUZZO FRESCO 2425

68 CALCOLO DEL GRADIENTE TERMICO

69 CALCOLO DEL GRADIENTE TERMICO aumentare dosaggio di additivo

70 SCELTA INGREDIENTI ERRATA Tipo di cemento SCELTE 1. CEM II/A-LL 42.5R: a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kJ/kg) 2. CEM II/B-LL 32.5N: a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kj/kg) 3. CEM IV/A 42.5 R a. q 3 = (kJ/kg) b. q 7 = (kj/kg) 1:a/c=0.48 2:a/c=0.38 3:a/c=0.48 A/C=0.48 MOTIVAZIONI

71 ACQUA D IMPASTO Sapendo che la lavorabilità iniziale deve essere pari a S5 e si impiegano aggregati tondeggianti e lisci con D max 40mm, l acqua d impasto risulta pari a 205kg/m 3. A tale valore occorre apportare le seguenti modifiche: una riduzione di 10kg/m 3 perché gli aggregati sono tondeggianti; una riduzione di 5kg/m 3 perché gli aggregati sono lisci; una riduzione del 20% per la presenza dell additivo riduttore d acqua. a = ( ) x 0.80 = kg/m 3

72 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE CEMENTO c eq = a / (a/c) = 152 / kg/m 3 Il dosaggio di cemento è inferiore a quello minimo imposto dai requisiti di durabilità (340kg/m 3 ), ma in questo caso, essendo più stringente il requisito legato alla minimizzazione del calore, la prescrizione sul dosaggio minimo di cemento imposta dalla durabilità non va rispettata.

73 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE ADDITIVO Add = c eq dosaggio = = = 3.2 kg/m 3

74 AGGREGATI V agg = / / = 713 litri La massa degli aggregati vale: Agg = 713 x kg/m 3

75 CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE INGREDIENTE (kg/m 3 ) Acqua 150 Cemento CEM II/A-LL 42.5 R 400 Additivo superfluidificante 3.2 Aggregati 1890 MASSA VOLUMICA DEL CALCESTRUZZO FRESCO 2445

76 CALCOLO DEL GRADIENTE TERMICO