Università degli Studi Guglielmo Marconi

Transcript

1 Materiali impiegati nelle costruzioni Materiali da costruzione: Argomenti Conglomerato cementizio o calcestruzzo Acciaio (per carpenterie metalliche, per cemento armato e cemento armato precompresso) Alluminio (costruzioni aeronautiche, leggero) Legno (veterano)

2 CALCESTRUZZO Calcestruzzo Materiale artificiale non omogeneo costituito da miscela di legante idraulico (cemento), acqua ed elementi lapidei (inerti) sabbia e ghiaia o pietrisco Miscela può essere integrata con additivi aventi diverse finalità Malta di cemento: miscela di pasta di cemento e sabbia Conglomerato cementizio: miscela di malta di cemento e ghiaia Calcestruzzo: resistenza a compressione semplice Prova a schiacciamento su provini cubici, o cilindrici o prismatici Preparazione forma, dimensioni, stagionatura provini norme UNI EN , UNI EN Provino inserito all interno di pressa portato a rottura con velocità accrescimento del carico costante Tensione di rottura: P A P carico massimo misurato all atto della rottura, A area della sezione di provino A parità di conglomerato la resistenza a compressione dipende dalla forma del provino r (cilindrico) r (cubico)

3 Calcestruzzo: resistenza a compressione semplice Causa legata a differenza rapporto h/d Provino cilindrico 2 Provino cubico 1 Maggiore resistenza provino cubico legata all effetto cerchiante delle tensioni tangenziali di attrito agenti tra piatti della pressa e superfici a contatto del provino. Rottura provino cubico h / D Rottura provino cilindrico Rottura provino cubico per espulsione di zone laterali del provino. Rottura provino cilindrico o prismatico effetto di cerchiatura limitato nascita di lesioni verticali nella zona centrale rottura colonnare. Calcestruzzo: resistenza a compressione semplice Resistenza a compressione dipende da dimensione del provino (V) Resistenza a compressione dipende da rapporto acqua-cemento (A/C) V A/ C Dipendenza con A/C

4 Calcestruzzo: resistenza a compressione semplice Resistenza e deformabilità dipendono dall età (tempo), temperatura e condizioni ambientali di maturazione. Importanza di evitare l evaporazione dell acqua (E) al getto (idratazione del cemento) nel periodo di presa e indurimento. E=f (temperatura, umidità relativa, aerazione, rapporto superficie e volume getti). Calcestruzzo: resistenza a trazione semplice a) Prova a trazione semplice Difficoltà per afferraggio provino T A Prova a trazione semplice

5 Calcestruzzo: resistenza a trazione semplice b) Prova a trazione indiretta mediante compressione diametrale (brasiliana) Provino cilindrico caricato lungo 2 generatrici opposte 2P DL Prova brasiliana Calcestruzzo: resistenza a trazione semplice c) Prova a flessione Provino prismatico a sezione quadrata 16x16x64 semplicemente appoggiato soggetto a 2 carichi concentrati uguali simmetrici luce=48 cm M P W a 3P a /6 a Prova a flessione

6 Calcestruzzo: resistenza a trazione semplice Correlazione risultati in funzione del tipo di prova: Riferimento: prova a trazione diretta Risultato brasiliana 10% superiore Risultato flessione 60-70% superiore Interpretazione in prove a flessione si risente la plasticizzazione del materiale nella fase precedente alla rottura Normativa in mancanza di prove specifiche Resistenza a trazione media: Calcestruzzo: modulo elastico Legame Legame lineare per valori di sensibilmente inferiori a quello di rottura Definizione modulo elastico convenzionale, dipendente dall uso che si intende fare Modulo di elasticità istantaneo: limite del rapporto tra incremento di tensione e corrispondente incremento di deformazione, ovvero il coefficiente angolare della retta tangente in un punto al diagramma Modulo di elasticità secante: rapporto tra tensione totale applicata e corrispondente deformazione

7 Normativa: Calcestruzzo: modulo elastico A calcestruzzi con elevata resistenza meccanica corrispondono moduli elastici più elevati Fattori influenzanti: natura degli inerti (forma e dimensione), numero di cicli di carico a cui è stato sottoposto il provino Coefficiente di Poisson Normativa assume: =0 per calcestruzzi fessurati =0,2 per calcestruzzi non fessurati Calcestruzzo: il ritiro Contrazione di volume che si manifesta col progredire del tempo senza intervento di carichi esterni. Dipende da: Umidità relativa atmosfera circostante Dimensioni elemento strutturale Tipo di calcestruzzo ed età a partire dalla quale si considera l effetto Cause: porosità della pasta indurita che consente la fuoriuscita dell acqua (evaporazione acqua interstiziale). Ritiro aumenta all esposizione all aria, calcestruzzi in ambienti molto umidi o in acqua ritiro trascurabile. Mitigazione effetti del ritiro: Giunti di costruzione permanenti Getti alternati per realizzare giunti temporanei Normativa fornisce valori di deformazione da ritiro in funzione dell umidità relativa, valore della resistenza a compressione, dell età e delle caratteristiche geometriche dell elemento considerato.

8 Calcestruzzo: il fluage o viscosità Accrescimento spontaneo nel tempo delle deformazioni del materiale conseguenti ad una condizione di carico permanente Modelli reologici atti a rappresentare schematicamente il fenomeno a) Corpo Maxwell (molla e ammortizzatore viscoso in serie): corpo a comportamento perfettamente elastico viscoso b) Corpo d Kelvin (molla e ammortizzatore viscoso in parallelo): corpo caratterizzato da elasticità ritardata c) Corpo Maxwell in serie a corpo Kelvin: modello di corpo dotato di elasticità, elasticità ritardata e viscosità Modelli reologici Calcestruzzo: il fluage o viscosità Comportamento calcestruzzo sottoposto a carichi di lunga durata Andamento deformazione nel tempo in elemento soggetto a carico costante

9 Calcestruzzo: il fluage o viscosità Aumento deformazione 2-3 volte deformazione elastica iniziale Implicazioni su: regime deformazioni in sistemi isostatici e iperstatici, regime tensioni in sistemi iperstatici, cadute di tensione in strutture in precompresso Diagramma -t e corrispondente diagramma -t t ( ) Per =cost la deformazione viscosa all istante t>t 0 (t 0 istante applicazione carico) data dal prodotto della deformazione elastica e = e /E per coefficiente di viscosità (t 0, t) ) (1 ) e t ( e e e Calcestruzzo: il fluage o viscosità Normativa riporta valore coefficiente viscosità in funzione di: Umidità relativa dell ambiente Dimensioni dell elemento strutturale Età al momento della messa in carico v

10 Acciaio da carpenteria Importanza proprietà meccaniche acciaio per progettazione di strutture metalliche e criteri di progettazione ed esecuzione dei collegamenti Acciaio: lega ferro-carbonio con tenore di carbonio<2% Classificazione Acciai extra-dolci C< 0,15%, Acciai dolci C 0,15-0,25%, Acciai semiduri C 0,25 0,50% Acciai duri C 0,50 0,75% Acciai durissimi C> 0,75% C Tensioni e deformazioni al variare della % di carbonio Carbonio eleva caratteristiche resistenza ma riduce duttilità e saldabilità Acciaio da carpenteria Acciai legati: con contenuti di cromo, nichel, silicio, manganese, vanadio Devono essere tutti ad aderenza migliorata con superficie dotata di nervature o dentature trasversali per facilitare l aderenza con il calcestruzzo. L acciaio per cemento armato è prodotto in stabilimento sotto forma di barre o rotoli, reti o tralicci, per utilizzo diretto o come elementi di base per successive trasformazioni. Divisione in 2 gruppi: B450A B450C

11 Metodologie di lavorazione: Acciaio da carpenteria Laminati a caldo (profilati, barre, piatti ) Laminati a freddo Influenza temperatura (T) in condizioni di esercizio: A bassa T passaggio da comportamento duttile a fragile A alta T diminuzione tensione di snervamento Acciaio B450C Acciaio da carpenteria

12 Acciaio da carpenteria Acciaio B450A avente medesimi valori nominali delle tensioni a snervamento deve rispettare i requisiti: Acciaio da carpenteria: prova a trazione semplice Provini di forma e dimensioni normalizzate sottoposti a trazione semplice per determinare principali caratteristiche meccaniche degli acciai 1 fase comportamento elasticolineare 2 fase breve tratto a Comportamento elastico non lineare, snervamento 3 fase aumento della deformazione ottenuto aumentando il carico incrudimento. Contrazione del provino trasversale non più trascurabile, strizione. 4 fase diminuzione progressiva carico a causa di strizione eff aumenta fino a rottura Andamento qualitativo prova a trazione per acciaio duttile

13 Acciaio da carpenteria: prova a trazione semplice Tensione di snervamento: per cui allungamento provino aumenta senza aumenti di tensione Strizione: progressiva diminuzione della sezione traversale del provino in zona centrale fino a completa rottura Dalla prova a trazione si ricava: Tensione d snervamento, tensione di rottura, modulo di elasticità longitudinale, allungamento percentuale a rottura, contrazione percentuale in corrispondenza della sezione di rottura Frattura duttile: rottura preceduta da grandi deformazioni plastiche Frattura fragile: lungo piani perpendicolari alle tensioni massime di trazione per separazione (decoesione) senza preavviso di deformazioni plastiche Proprietà acciai di resistere a rottura fragile è la tenacità Resilienza: parametro che caratterizza tenacità. Misurato attraverso prova d urto su provino intagliato, rapporto tra energia di rottura provino e area sezione di rottura Acciaio da carpenteria: prova a trazione semplice Normativa stabilisce valore minimo resilienza per tre temperature -20 C- 0 C, 20 C. Fenomeni che possono favorire rotture fragili: Discontinuità geometriche (fori, intagli, brusche variazioni di sezione) che determinano concentrazioni di tensione e stati di tensione triassiali Cricche, microfessure, discontinuità all interno del materiale Abbassamento di temperatura (meno accentuato divario tra tensione snervamento e rottura, minore visibilità di deformazioni plastiche) Invecchiamento (alterazione caratteristiche fisiche e meccaniche acciaio nel tempo) Rottura a fatica: provino soggetto a gran numero di cicli di carico e scarico consecutivi con tensione ben inferiore alla tensione di rottura, manifesta rottura improvvisa. Rottura di tipo fragile, non presenta strizione.

14 Acciaio per cemento armato Duttilità acciai saggiata mediante prova di piegamento e raddrizzamento. Piegatura a freddo. Piegature devono presentare raccordo circolare tale da evitare eccessivo incrudimento dell acciaio. È fissato raggio minimo del raccordo in funzione del diametro della barra piegata. L uso di acciai forniti in rotoli è ammesso, senza limitazioni, per diametri fino a 16 mm per B450C e fino a 10 mm per B450A. Acciaio per cemento precompresso Acciaio fornito sotto forma di: Filo: prodotto trafilato di sezione piena che possa fornirsi in rotoli; Barra: prodotto laminato di sezione piena che possa fornirsi soltanto in forma di elementi rettilinei; Treccia: 2 o 3 fili avvolti ad elica al loro comune asse longitudinale; passo e senso di avvolgimento dell elica sono uguali per tutti i fili della treccia; Trefolo: fili avvolti ad elica intorno ad un filo rettilineo completamente ricoperto dai fili elicoidali. Il passo ed il senso di avvolgimento dell elica sono uguali per tutti i fili di uno stesso strato. Fili e barre possono essere lisci, ondulati, con risalti, tondi o di altre forme. Sono individuati mediane il diametro nominale.

15 Acciaio per cemento precompresso Acciai devono avere caratteristiche dichiarate e garantite dal produttore ed in ogni caso non inferiori a: Resistenze da 2-3 volte maggiori di acciai da cemento armato Acciaio per cemento precompresso Provvedimenti specifici per aumentare la resistenza: Aumento percentuale carbonio Aggiunta di elementi alliganti (cromo, nichel, silicio, manganese, vanadio) Incrudimento mediante lavorazione a freddo Aspetto importante determinazione legame tra tensioni e deformazioni per carichi di lunga durata Fenomeni di elasticità ritardata e viscosità per i 2 materiali generano rilassamento nei cavi Rapporto percentuale tra cadute di tensione e tensione iniziale

16 Copyright AVVISO - Ai sensi dell'art. 1, comma 1 del decreto-legge 22 marzo 2004, n. 72, come modificato dalla legge di conversione 21 maggio 2004 n. 128, le opere presenti su questo sito hanno assolto gli obblighi derivanti dalla normativa sul diritto d'autore e sui diritti connessi. Tutti i contenuti sono proprietà letteraria riservata e protetti dal diritto di autore della. Si ricorda che il materiale didattico fornito è per uso personale degli studenti, al solo scopo didattico. Per ogni diverso utilizzo saranno applicate le sanzioni previste dalla legge 22 aprile 1941, n. 633.