Calcestruzzi speciali: prescrizioni per calcestruzzi ad alta resistenza meccanica (HSC)

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1 Calcestruzzispeciali:prescrizioniper calcestruzziadaltaresistenzameccanica(hsc) GianlucaPagazzi,AmministratoreDelegatoeDirettoreTecnicodell'ALASKAconcreteS.r.l. Porcia(PN) I calcestruzzi ad alta resistenza meccanica(hsc High Strength Concrete) fanno parte della famiglia dei calcestruzzi speciali; la resistenza meccanica caratteristica cubica a compressionea28giorniègeneralmentecompresatra60 105MPa. Tali resistenze possono essere raggiunte grazie all impiego combinato di fumo di silice e additivi super riduttori di acqua al fine di conseguire rapporti acqua/legante così bassi da poterambirealraggiungimentodiprestazionimeccanicheelevate.ibassirapportia/cconcui questi conglomerati vengono confezionati li rende, grazie alla ridotta permeabilità, alla presenza del fumo di silice e, quindi, alla riduzione della dimensione media dei pori, praticamente insensibili a qualsiasi attacco proveniente dall ambiente, incluso quello legato all azione dei cicli di gelo disgelo. Pertanto i calcestruzzi di altissima resistenza meccanica sonoresistentiedurevoliintutteleclassidiesposizioneambientaleprevistedallauni Non va dimenticato, inoltre che il conseguimento della prestazione meccanica desiderata è strettamente dipendente anche dalla qualità dell aggregato. Per questo motivo nel confezionamento dei calcestruzzi ad alta resistenza è necessario utilizzare aggregati con massa volumica elevata (2,80 kg/l), meglio se di frantumazione e di elevata qualità (come basalto,granito),capacidigarantireun elevataresistenzameccanicaintrinsecadellarocciaed un ottimaadesioneall interfacciatraelementolapideoematricecementizia.èassolutamente daevitare,l utilizzodiaggregatiporosichecollassinoprimadellamatricecementizia.inoltre, perilconseguimentodialtivaloridellaprestazionemeccanicaèaltresìopportunoridurrela dimensione massima dell aggregato in modo da diminuire lo sviluppo delle difettosità in corrispondenzadell interfacciapasta aggregato. Questi calcestruzzi hanno inizialmente trovato impiego nella realizzazione di opere di ingegneriachedurantelavitadiserviziosonoparticolarmentesollecitatedacarichistaticie dinamici(traviedimpalcatidipontidigrandeluce,pilastridiedificimultipiano atorre )oda azioniparticolarmenteaggressivedapartedell ambienteincuisitrovanodurantelalorovita diservizio(piattaformemarine,tunnelsottomarini). Unanuovatendenzadiutilizzoèquellachelivedeprotagonistinelleoperediarchitetturaed ingegneriacivile,anchemenosollecitatedelleprecedenti,persfruttarnelecaratteristichedi elevata resistenza, attraverso una diversa ed accurata progettazione sia delle strutture, che delle fasi di getto e disarmo in cantiere. Con questi calcestruzzi è infatti possibile avere una luglio 12 1

2 maggiore durabilità, in conseguenza del basso rapporto acqua/cemento, e una maggiore produttività sia in fase di getto, per le elevate lavorabilità degli impasti, che in fase di armo/disarmo, per il veloce sviluppo delle resistenze meccaniche. I calcestruzzi ad alta resistenza,inoltre,possonoessereutilizzatiancheperlarealizzazionedicontenitoridestinati al ospitare scorie di materiale radioattivo o comunque nocivo per la salute dell uomo. Ultimamente trovano impiego nella realizzazione di elementi per opere fognarie, in quanto garantiscono una durabilità elevatissima e resistenza sia ai carichi di servizio che alla movimentazione, notevolmente superiori ai normali calcestruzzi con resistenze caratteristichecubicheacompressione35 45MPa,precedentementeutilizzati. Nel nostro paese, l uso dei calcestruzzi ad alta resistenza, ha trovato notevoli resistenze sia nella normativa tecnica sia per una questione di mentalità e cioè di resistenze mentali da parte degli attori in gioco (Progettisti, Direttori Lavori, Organi di controllo, Imprese di costruzione), i quali vedevano con molto scetticismo l utilizzo di calcestruzzi già con resistenzecaratteristichecubicheacompressioneugualiosuperioriai40mpa. Per quanto riguarda le resistenze previste dalla normativa, il d.m e i decreti precedenti impedivano l utilizzo, nei calcoli statici, di resistenze caratteristiche cubiche a compressione superiori a 55 MPa. Tale freno normativo impediva di fatto la possibilità di sfruttarelecaratteristicheditalicalcestruzzinelprogettostrutturale. Per completezza di informazione si riporta la dicitura precisa di quanto previsto dal d.m dacuisiintuiscebenissimocometaleimpedimentoabbiacondizionatolostudio, losviluppo,l utilizzodimaterialiperformantiperilnostropaese. Figura 1. Testo tratto dal d.m Fortunatamente, con il d.m Norme Tecniche per le Costruzioni, paragrafo 4.1, viene data per la prima volta la possibilità di impiegare calcestruzzi con resistenza caratteristica cubica superiore a 55 MPa fino a 85 MPa senza l obbligo di chiedere il parere preventivoalserviziotecnicocentraledelconsigliosuperioredeilavoripubblicima,viene luglio 12 2

3 richiesto, solo, prima dell impiego, l esecuzione dello studio di pre qualifica per la determinazionedituttelegrandezzefisicheemeccanichechehannoinfluenzasudurabilitàe resistenza del materiale. Sempre al paragrafo 4.1 del d.m viene riportato che è possibileimpiegarecalcestruzziconresistenzacaratteristicacubicasuperiorea85mpafinoa 105MPa,specificandoinparticolare,che potrannoessereutilizzatiperlarealizzazionedi elementistrutturaliodopere,previaautorizzazionedelserviziotecnicocentralesupareredel Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, autorizzazione che riguarderà l utilizzo del materiale nelle specifiche tipologie strutturali proposte sulla base di procedure definite dal Servizio TecnicoCentrale. Lapossibilitàdiutilizzaredeicalcestruzziconresistenzacaratteristicacubicafinoa85MPa, senzadoverchiederel autorizzazionealserviziotecnicocentrale,hastimolatoalcunistudidi ingegneria a prescrivere tali prodotti per edifici a torre, di elevata complessità e di difficile realizzazione. Per quanto riguarda il loro comportamento sotto sforzo, i calcestruzzi ad alta resistenza, rispetto a quelli tradizionali, presentano un comportamento lineare del ramo ascendente sforzo deformazione che si protrae per valori dello sforzo prossimi alla resistenza a compressione del materiale ed un ramo discendente ripido che denota una tendenza del materialeallarotturaditipofragile.inoltre,èdatenerpresentechemoltecaratteristichedel calcestruzzo, quali la resistenza a trazione ed il modulo di elasticità, crescono poco all aumentaredellaresistenzaacompressionedelmateriale.comeconseguenzadiquestole correlazioni tra queste grandezze e la resistenza a compressione, valide per i calcestruzzi tradizionali,nonpossonoessereesteseaicalcestruzziadaltaresistenza.vistoquantosopra menzionato, la progettazione e il dimensionamento delle strutture con calcestruzzi ad alta resistenzadeveavvenirericorrendoacodicidicalcolospecificiperquestimaterialiinquanto quellidisponibilipericalcestruzzianormaleresistenzanonsonoutilizzabili.atalescoposi suggeriscediconsultarel EstensionealCodiceModelloCEB FIP90specificopericalcestruzzi ad alta resistenza. Alcune correlazioni tra diverse caratteristiche elasto meccaniche del calcestruzzo e resistenza meccanica a compressione sono anche riportate nelle Linee Guida suicalcestruzzistrutturaliemessenel1996acuradelserviziotecnicocentraledelministero deilavoripubblici. Perquesticalcestruzzi,causailbassorapportoacqua/cemento(<0,40),vapostaparticolare attenzione alle problematiche dovute al ritiro autogeno, occorre quindi, prescrivere ed adottareledovuteprecauzioniperlimitareglieffettiditaleritiroecioè,perevitarelanascita di fessurazioni. Quindi, rispetto ai tradizionali conglomerati di normale resistenza i calcestruzziadaltaresistenzarichiedonounamodalitàdistagionaturaparticolarenelleprime oresuccessivealgetto.perquesticalcestruzzi,infatti,nonèsufficienteevitarel evaporazione diacquaversol ambienteesternoperprevenireilfenomenofessurativoneiprimissimigiorni successivi al getto ma, è necessario bagnare entro le prime 24 ore le superfici del getto e protrarrequestastagionaturaumidaperalmeno7giorni. luglio 12 3

4 Nelseguentearticolo,atitolodiesempio,vengonoriportateleprescrizionidicapitolatoper un conglomerato ad alta resistenza C60/75 destinato a qualsiasi tipologia strutturale dove il requisito di resistenza è primario o indirettamente si richiede al calcestruzzo una elevata resistenza all urto o alle perforazioni come avviene anche per le pareti dei caveaux dellebanche. CALCESTRUZZO AD ALTA RESISTENZA MECCANICA PER LA REALIZZAZIONE DI OPERE RICADENTI IN TUTTE LE CLASSI DI ESPOSIZIONE AMBIENTALE SECONDO UNI E PER APPLICAZIONI SPECIALI 1 Voce sintetica di capitolato per elenco prezzi Calcestruzzo ad alta resistenza a prestazione garantita, in accordo alla Norma UNI EN 206-1, per la realizzazione di opere ricadenti in tutte le classi di esposizione* ambientale secondo la Norma UNI 11104, e per applicazioni speciali, classe di resistenza C(60/75), autocompattante (SCC), con autocompattabilità con uno Slump Flow (spandimento) > 650 mm, D max 16 mm, Cl 0.2. Campo di validità Queste prescrizioni di capitolato, sono rivolte ai calcestruzzi ad alta resistenza meccanica a compressione destinati alla realizzazione di qualsiasi opera ricadente in una delle classi di esposizione previste dalla norma UNI Tali calcestruzzi inoltre, possono essere utilizzati nella realizzazione di elementi inflessi per la realizzazione di impalcati da ponte o di coperture di grande luce e possono anche essere utilizzati per la realizzazione di opere speciali quali i caveaux delle banche o anche i contenitori per lo smaltimento di materiali nocivi o radioattivi. Queste prescrizioni di capitolato, sono in linea di massima sovradimensionate per quegli elementi che appartengono a strutture con Vita Nominale 50 anni in accordo alle Norme Tecniche per le Costruzioni (d.m ). Pertanto, esse con opportune integrazioni per le barre d armatura (per esempio in acciaio inossidabile), potrebbero essere estese alla realizzazione di opere con Vita Nominale 100 anni, soprattutto in contesti particolarmente aggressivi quali quelli individuati dalle classi di esposizione ambientale XD3, XS3. *A favore di sicurezza, per le classi di esposizione XF2, XF3, XF4, dove è previsto l utilizzo calcestruzzi con aria inglobata, verificare la resistenza ai ciclo gelo/disgelo con la UNI Determinazione della resistenza alla degradazione per cicli di gelo e disgelo. Così, con tale prova, si è perfettamente in linea con quanto richiesto al prospetto 4 della UNI Quali travi da ponte e di copertura di grande luce, pilastri di edifici multipiano e di grattacieli, contenitori per materiali radioattivi o nocivi. luglio 12 4

5 PRESCRIZIONI DI CAPITOLATO Prescrizioni per gli ingredienti utilizzati per il confezionamento del conglomerato A1) Acqua di impasto: acqua potabile conforme alla UNI EN 1008 (sono escluse le acque di riciclo). A2) Additivo superfluidificante conforme ai prospetti 3.1 e 3.2 o superfluidificante ritardante conforme ai prospetti 11.1 e 11.2 della norma UNI EN A3) Additivo ritardante (eventuale solo per getti in climi molto caldi) conforme al prospetto 2 della UNI EN A4) Aggregati provvisti di marcatura CE conformi alle norme UNI EN e UNI In particolare: Aggregati con massa volumica media del granulo non inferiore a 2.80 kg/l; Assenza di minerali nocivi o potenzialmente reattivi agli alcali (UNI EN e UNI ) o in alternativa aggregati con espansioni su prismi di malta, valutate con la prova accelerata e/o con la prova a lungo termine in accordo alla metodologia prevista dalla UNI , inferiori ai valori massimi riportati nel prospetto 6 della UNI A5) Cemento conforme alla norma UNI EN A6) Fumo di silice conforme alla UNI EN Prescrizioni per il calcestruzzo B0) In accordo alle Norme Tecniche sulle Costruzioni (d.m ) il calcestruzzo dovrà essere prodotto in impianto dotato di un Sistema di Controllo della Produzione (FPC) effettuato in accordo a quanto contenuto nelle Linee Guida sul Calcestruzzo Preconfezionato (2003) certificato da un organismo terzo indipendente autorizzato. B1) Calcestruzzo ad alta resistenza a prestazione garantita secondo la UNI EN B2) Classi di esposizione ambientale: resistente a tutte le classi di esposizione ambientale previste dalla UNI (A favore di sicurezza, per le classi di esposizione XF2, XF3, XF4, dove è previsto l utilizzo calcestruzzi con aria inglobata, verificare la resistenza ai ciclo gelo/disgelo con la UNI Determinazione della resistenza alla degradazione per cicli di gelo e disgelo. Così, con tale prova, si è perfettamente in linea con quanto richiesto al prospetto 4 della UNI ) B3) Classe di resistenza a compressione minima: C(60/75). B4) Controllo di accettazione: tipo A o tipo B per volumi complessivi di calcestruzzo superiori a 1500 m 3. B5) Contenuto minimo di cemento: 450 kg/m 3. B6) Contenuto minimo/massimo di fumo di silice: kg/m 3. B7) Aria intrappolata: max 3,0%. B8) Diametro massimo dell aggregato: 16 mm. B9) Classe di contenuto di cloruri del calcestruzzo: Cl 0.2. B10) Spandimento (slump flow) 650 mm. B10.a) Tempo di svuotamento al V-funnel: 4 12 secondi. B10.b) Capacità di scorrimento confinato alla scatola ad L: h 2 /h 1 > 0,80. B11) Volume di acqua di bleeding (UNI 7122): < 0.1%. luglio 12 5

6 Prescrizioni per la struttura C1) Copriferro minimo: 50 mm. C2) Scasserare gli elementi gettati entro le 24 ore dalla realizzazione del getto e garantire immediatamente la protezione umida delle superfici, da effettuarsi mediante geotessile tenuto costantemente bagnato per almeno 7 giorni. C3) Acciaio B450C conforme al d.m : Limite di snervamento f y Limite di rottura f t Proprietà Allungamento totale al carico massimo A gt Requisito 450 MPa 540 MPa 7,5% Rapporto f t /f y 1,15 R m /R e 1,35 Rapporto f y misurato / f y nom 1,25 Resistenza a fatica assiale* 2 milioni di cicli Resistenza a carico ciclico* 3 cicli/sec (deformazione 1,5 4 %) Idoneità al raddrizzamento dopo piega* Controllo radiometrico** * = prove periodiche annuali ** = controllo per colata Mantenimento delle proprietà meccaniche superato, ai sensi del D.Lgs. 230/1995 D.Lgs. 241/2000 C4) Preparazione e posa delle armature secondo la norma EN 13670, Cap. 6 ed Allegato D. Bibliografia D.M Norme Tecniche per le Costruzioni. Prof. Luigi Coppola, Concretum, McGraw-Hill, Milano, Italia (2007), ISBN Linee guida per la prescrizione delle opere in c.a., Progetto Concrete (Febbraio 2008). Prof. Mario Collepardi, DEC - Dizionario Enciclopedico del Calcestruzzo - Grafiche Tintoretto. UNI EN e UNI UNI luglio 12 6