Il Calcestruzzo strutturale e l acciaio da c.a. Tecnologia e proprietà meccaniche

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1 Il Calestruzzo strutturale e l aiaio da.a. Tenologia e proprietà meanihe

2 Composizione del ls Il alestruzzo è un materiale lapideo artifiiale omposto on aggregati lapidei di diverse dimensioni (inerti) uniti da un legante idraulio (il emento) la ui attivazione avviene grazia alle reazioni himihe on l aqua. Pertanto i omponenti essenziali del ls sono: Il emento Gli aggregati (o inerti) L aqua

3 Il Cemento Il emento (di tipo Portland) si ottiene uoendo ad alta temperatura ( C) una misela di alare ed argilla (nella proporzione di ira :3) e quindi mainando finemente il prodotto di ottura (Klinker). Diversi tipi di emento si ottengono modifiandone la omposizione: aggiungendo pozzolana si ottiene il emento pozzolanio, on l aggiunta di loppa d alto forno si ottiene il emento d alto forno, e. Dal punto di vista himio il emento è una misela di siliati ed alluminati di alio he, anhe in virtù della finissima mainazione, sono in grado di reagire rapidamente on l aqua formando una massa dura, simile alla pietra.

4 Gli aggregati Gli inerti formano lo sheletro solido del alestruzzo e ne ostituisono la perentuale prevalente in peso e volume: la loro qualità è determinante per la buona riusita del alestruzzo. Gli inerti devono riempire al massimo i vuoti dell impasto, onde rendere minimo il volume oupato dal emento. A questo sopo si usano inerti di diverso diametro: Inerti a grana grossa (ghiaia o pietriso) Inerti a grana fine (sabbia) Per ottenere un buon alestruzzo oorre he la misela di inerti abbia una orretta granulometria, ottenuta mesolando in proporzioni opportune inerti di tipo diverso.

5 Granulometria Il ontrollo della granulometria si fa traiando la urva granulometria della misela, he si ottiene riportando in un diagramma, in funzione del diametro, la perentuale in peso degli inerti passanti in rivelli on fori di diametro resente. Un riterio valido per giudiare della qualità della urva onsiste nel verifiare he essa sia ontenuta all interno di una zona (fuso di Fuller) P d 30 Fuso e urva teoria di Fuller P =00 d d max

6 Caratteristihe degli inerti L influenza degli inerti sulla qualità dell impasto è ovviamente legata anhe alle loro qualità intrinsehe: gli inerti grossi non devono essere ostituiti da roe tenere di bassa resistenza, mentre le sabbie dovrebbero essere di tipo silieo piuttosto he alareo. Inoltre gli inerti devono essere ben puliti, ioè privi di argilla e materie organihe he, interponendosi, possono ostaolare l aderenza tra il emento e l inerte.

7 L aqua L aqua, ombinandosi on il emento nel fenomeno dell idratazione, dà luogo alla presa he trasforma l impasto in una massa solida. Tuttavia l aqua deve svolgere anhe la funzione di lubrifiante nell impasto, rendendolo suffiientemente fluido da essere lavorabile. Per questo motivo l aqua impiegata nell impasto deve essere in quantità superiore a quella strettamente neessaria per l idratazione del emento. Peraltro si deve tenere presente he all aumentare dell eesso di aqua peggiorano sensibilmente le aratteristihe meanihe del alestruzzo. L aqua da usare nell impasto deve essere il più possibile pura, quando è possibile si onsiglia quindi l uso di aqua potabile. In partiolare devono essere evitate aque ontenenti perentuali elevate di solfati e le aque ontenenti rifiuti di origine organia o himia. La presenza di impurità infatti interferise on la presa, provoando una riduzione della resistenza del onglomerato.

8 Composizione media di un m 3 di ls

9 Fattori he influenzano la resistenza Quantità di emento Composizione degli inerti Rapporto aqua/emento Condizioni ambientali durante la maturazione Quantità di emento La resistenza del alestruzzo aumenta quasi proporzionalmente al quantitativo di emento impiegato; tuttavia dosi eessive (> 500 kg/m 3 ) sono inutili o addirittura dannose.

10 Fattori he influenzano la resistenza () Gli inerti Gli inerti devono essere di buona qualità, puliti e dosati auratamente. Il rapporto aqua/emento Per la presa sono neessari ira 30 litri di aqua per ogni quintale di emento, ma per rendere il ls lavorabile questa quantità deve aumentare (ira il doppio). Tuttavia all aumentare del rapporto a/ le prestazioni del ls peggiorano drastiamente. L aggiunta di fluidifianti onsente l impiego di valori più bassi del rapporto a/

11 Fattori he influenzano la resistenza (3) Le ondizioni ambientali La veloità della presa del emento aumenta rapidamente on la temperatura. Il aldo seo e l insolazione diretta sono dannosi, perhé produono l evaporazione dell aqua superfiiale. Il getto in estate deve essere tenuto operto e bagnato. Il freddo rallenta la presa. Se l aqua gela, la formazione del ghiaio interrompe il proesso e la dilatazione rompe i legami già formati.

12 La stagionatura I proessi himii della presa del emento si protraggono per un lungo periodo di tempo (anni); le prestazioni meanihe variano di onseguenza. Le ondizioni di umidità durante la stagionatura influenzano la resistenza finale del ls

13 Stagionatura aelerata

14 Lavorabilità La lavorabilità è una proprietà importante del ls, in quanto essa onsente di ottenere getti ompatti, privi di avità e di difetti. La lavorabilità si migliora aumentando il ontenuto in aqua, he però ridue la resistenza. La ompattazione si migliora on la vibrazione o on l aggiunta di fluidifianti. La lavorabilità si misura on il ono di Abrams

15 Caratteristihe meanihe Curve σ ε di provini di ls on diverse resistenze. 30 σ 0 σ σ ε σ = f n nη η = ε n + η ε n = E Eε ε f Popovis-Mander

16 Resistenza a ompressione Si misura su provini ubii on spigolo di 5 m (resistenza ubia R ) o ilindrii on D = 5 m e H = 30 m (resistenza ilindria f ) f R

17 Modulo elastio Il legame ostitutivo del ls mana di una fase lineare ben definita. Il modulo elastio è fissato onvenzionalmente ome il modulo seante a σ = 0.4 f Il modulo elastio è orrelato alla resistenza. Per la norma italiana si assume σ σ E = 5700 R k E (N/mm ) Rk ε 40 3

18 Resistenza a trazione Il alestruzzo teso ha un omportamento fragile. La resistenza a trazione si misura spesso mediante prove indirette La resistenza a trazione è orrelato on quella a ompressione f = tm /3 0.7Rk Valore medio della resistenza a trazione ft k.5.5 ftk = 0. 7 f tm (N/mm ) Rk k Prova brasiliana 50

19 Deformazione trasversale In fase elastia ε t = -νσ/e on ν 0. In prossimità del ollasso per shiaiamento la deformazione trasversale rese rapidamente e la deformazione volumetria diminuise e ambia segno (dilatanza) Deformazione volumetria V ϑ = V = ε x + ε y + ε z

20 Criterio di Mohr-Coulomb σ ( f ) sin α = 0.5 f ( 0.5 ft ) sin α = 0.5 ft ( f + f ) sin α = 0.5( f f ) 0.5 = max f sin α = f f + σ f f t f t + t min f f t t sin α = σ max σ t min ompressioni σ min ollasso τ σ max τ -f f t α τ σ trazioni σ

21 Stati di tensione piani Se σ e σ hanno lo stesso segno si ha he o σ min o σ max èzero e σ ul = f o f t. Se σ e σ hanno segni diversi, on σ > σ σ σ σ + σ sin α = Da questa si deriva σ σ f t f = σ σ

22 Stati di tensioni piani () 0.4 σ/f σ/f Teorio Sperimentale

23 Confinamento f σ Per σ = σ = σ p uno dei erhi di Mohr degenera in un punto e la ondizione di ollasso diviene: σ p f In quanto σ p < 0 = e f ft f > 0. Si riava quindi Quindi la resistenza del ls onfinato dovrebbe aumentare proporzionalmente al rapporto f /f t 0. In pratia si osserva he f f + 4σ p f σ = σ σ f + f f t f σ p

24 Ritiro Il ritiro del ls è un fenomeno he si manifesta on la riduzione del volume del getto. L entità del ritiro è fortemente influenzata dal rapporto a/ e dall umidità ambientale. Deformazione di ritiro a t= seondo le norme italiane t 0 = età onglomerato a partire dalla quale si onsidera l'effetto del ritiro; α = dimensione fittizia =A /u A = area della sezione del onglomerato; u = perimetro della sezione di onglomerato a ontatto on l'atmosfera..

25 Visosità Quando un ario viene appliato per un lungo periodo di tempo le deformazioni non si arrestano al momento dell appliazione, ma ontinuano a resere tendendo asintotiamente ad un valore finito. Nel ls la deformazione visosa non è interamente removibile; una parte della deformazione rimane anhe dopo la rimozione del ario a t =

26 Visosità lineare La deformazione visosa è proporzionale a quella istantanea, per ui la deformazione totale al tempo t prodotta da una tensione dσ appliata al tempo τ è: dσ dε = [ + φ( t, τ) ] E( τ) Per una assegnata storia di ario σ(τ) si ha: ( τ) () τ τ t σ& ε() t = [ + φ( t, τ) ] d 0 E φ(,τ) esprime il rapporto tra le deformazioni visosa a t= ed istantanea prodotte da un ario appliato al tempo τ

27 Visosità nel ls Valori della funzione φ(,t 0 ) per il ls, seondo la normativa italiana, in funzione di α e dell U.R. L entità delle deformazioni visose è influenzata dal rapporto a/.

28 Un semplie modello reologio k ( ) x k x F x x k x k x = = & & Equilibrio Da queste F x k x k k = + + & La soluzione per la ondizione iniziale x (0)=0 è () ( ) + = + = + t k k k k e k k k k F x x t x F

29 Fattore di visosità x(0) = x x k F + k ( ) k + k k = = + ( 0) k k x ( ) = F k

30 Rilassamento Per la ondizione x +x =x=ost e la ond. iniz. x (0)=0, dalla seonda equazione ( x x ) x + k x k x x& = k & = La ui soluzione è k k t k t x () t = x e x& () t = x e xk Per t=0 x = 0 x& = x = x x = x Dalla F0 = ( k + k )x Per t= x = x x& = 0 x = x x = 0 Dalla F k F = kx = F0 k + k

31 Resistenza aratteristia La resistenza aratteristia di un materiale è quel valore per ui si ha il 5% di probabilità he risulti R<R k Durante l eseuzione dei lavori deve essere ontrollato he il valore aratteristio della resistenza del alestruzzo non è inferiore a quello fissato in fase di progetto

32 Prelievi Per la normativa italiana un prelievo è formato da due ampioni, prelevati da uno stesso getto al momento della posa in opera; la media delle resistenze dei due ampioni è detta resistenza di prelievo. Il ontrollo di aettazione si può eseguire seondo due diverse modalità: Si esegue un prelievo ( provini) ogni 00 m 3 di getto on un minimo di 3 prelievi Nel aso di ostruzioni on più di 500 m 3 di alestruzzo è ammesso un ontrollo di tipo statistio. Viene eseguito almeno un prelievo ogni giorno di getto e, omplessivamente, non meno di 5 prelievi ogni 500 m 3.

33 Controlli di aettazione Per un prelievo ogni 00 m 3 di getto: Indiando on R m la media aritmetia delle tre resistenze di prelievo e on R min il valore minimo tra i tre, il ontrollo è superato se: R m R k (N/mm ) R min R k (N/mm ) Il ontrollo di tipo statistio è superato se sono verifiate le ondizioni seguenti: R m R k +.4s R min R k 3.5 (N/mm ) in ui R min è i l valor e minimo delle resistenze di

34 R s m = = Media e sarto quadratio medio n i n R ( R ) i Rm i i

35 Aiai da emento armato Gli aiai da.a. vengono prodotti in barre trafilate di diametro ompreso tra i 6 ed i 30 mm (6 mm per Feb44). Gli aiai sono lassifiati sulla base della tensione di snervamento. Gli aiai delle prime due lassi sono prodotti in barre tonde e lise, quelli delle altre due in barre sagomate. f tk f yk A 5 TIPO f yk f tk A 5 N /m m N / m m % Fe B k Fe B 3 k Fe B 38 k Fe B 44 k

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37 Leggi ostitutive Aiai ad alta resistenza (ap) Aiai da Cemento Armato

38 Aderenza aiaioalestruzzo