Grace Construction Products. Calcestruzzo Drenante

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1 Grace Construction Products Calcestruzzo Drenante

2 Introduzione La pavimentazione in calcestruzzo drenante è un sistema molto efficace per soddisfare le crescenti esigenze ambientali. Le acque piovane vengono intercettate dalla pavimentazione e viene permesso loro di penetrare nel terreno. Il calcestruzzo drenante è fondamentale per la ri-alimentazione delle acque sotterranee, riducendo il deflusso delle acque piovane e la canalizzazione verso l esterno. Molte Agenzie internazionali e Studi Geotecnici indicano nel Calcestruzzo Drenante la miglior soluzione per la gestione del deflusso delle acque provenienti da precipitazioni atmosferiche. Anche in Italia, a livello locale, regionale, vi è un sempre più crescente interessamento a questa esigenza. Questa tecnica di pavimentazione permette un più efficace utilizzo del territorio eliminando la necessità di bacini di ritenzione, depressioni per raccolta acque, ed altri dispositivi per la gestione delle acque piovane. in tal modo, il calcestruzzo drenante, può contribuire alla realizzazione di progetti altrimenti più costosi. La miscela di un calcestruzzo drenante è caratterizzata da una quantità controllata di acqua e di materiali cementizi per creare una pasta che forma uno spesso rivestimento degli aggregati. gregati. Una miscela di calcestruzzo permeabile contiene poca o nessuna sabbia dando luogo a un significativo contenuto di vuoti. Una sufficiente quantità di pasta cementizia per coprire e legare insieme gli aggregati, crea un sistema altamente permeabile, con vuoti interconnessi, che drena molto velocemente.

3 Il tipico contenuto di vuoti in un calcestruzzo drenante è fra 15% e 25% sul calcestruzzo indurito, e la tipica permeabilità è dell ordine dei 200 Litri/m 2 /min, sebbene possono essere raggiunti valori molto più alti (900 litri/m 2 /min). Il basso contenuto di malta cementizia e l elevata porosità riducono le resistenze finali in comparazione a un calcestruzzo convenzionale ma tali resistenze meccaniche sono comunque più che sufficienti per la maggior parte delle applicazioni. Il calcestruzzo permeabile può essere utilizzato per un sorprendente numero di applicazioni ma il suo uso primario è in pavimentazione. Questo Bollettino Tecnico si concentrerà sull utilizzo di questo materiale in pavimentazioni. Applicazioni Anche se non è una nuova tecnologia (le prime sperimentazioni risalgono al 1852), il calcestruzzo drenante sta riscuotendo un rinnovato interesse. L'alto tasso di flusso d'acqua attraverso una pavimentazione permeabile permette alla pioggia di percolare nel terreno, riducendo il deflusso delle acque meteoriche, operando l alimentazione delle acque sotterranee, supportando l'edilizia sostenibile, fornendo una soluzione per la costruzione che è sensibile alle problematiche ambientali.

4 Questa capacità unica del calcestruzzo drenante offre vantaggi per l'ambiente, permettendo a enti pubblici e proprietari di edifici un controllo dell'acqua piovana in loco. Questo può essere di particolare interesse in aree urbane o dove i terreni sono molto costosi. Altre applicazioni che sfruttano l'elevato tasso di flusso attraverso il calcestruzzo drenante includono supporti di drenaggio per opere idrauliche, parcheggi, campi da tennis, serre e strati di base permeabili sotto marciapiedi. La sua alta porosità dà anche altre caratteristiche utili: è termicamente isolante (per esempio, in pareti di edifici) e ha buone proprietà acustiche per l attenuazione di rumore solido. Sebbene marciapiedi e pavimentazioni in genere sono l'applicazione principale per il calcestruzzo drenante, esso è anche stato usato come materiale strutturale per molti anni in Europa (Malhotra 1976). Le applicazioni comprendono muri di case a due piani, pareti portanti per edifici (fino a 10 piani), pannelli di tamponamento per edifici alti, barriere marine, strade e parcheggi. Tutte queste applicazioni sfruttano i vantaggi delle caratteristiche del calcestruzzo drenante. Tuttavia, per ottenere questi risultati, devono essere previsti corretti mix design e dettagli progettuali/costruttivi ivi da eseguire con cura.

5 Prestazioni Dopo averlo messo in opera, il calcestruzzo drenante ha una superficie strutturata che molti trovano esteticamente gradevole e che è stato paragonato a un Rice Krispies (riso soffiato). Il suo basso contenuto di malta e poca (o nessun) contenuto di aggregato fine producono una miscela con una consistenza S1 (bassissimo slump). Nonostante l'elevato contenuto di vuoti, pavimentazioni permeabili adeguatamente messe in opera possono raggiungere resistenze a compressione superiori a 25 MPa e flessione superiore a 3,5 MPa. Queste resistenze sono più che sufficienti per la maggior parte delle applicazioni a pavimento, tra cui pavimenti che devono reggere elevati carichi (automezzi pesanti). Applicazioni più impegnative richiedono studi speciali della miscela, progetti strutturali e indicazioni tecniche di messa in opera. Il calcestruzzo drenante non è difficile da mettere in opera, ma è diverso dal calcestruzzo convenzionale e sono necessarie appropriate tecniche di costruzione per garantire le prestazioni finali. La sua consistenza tendenzialmente rigida impone specifici requisiti di movimentazione e posa. L'uso di una staggia vibrante è importante per ottenere densità ottimale e resistenza. Dopo questa vibrazione il materiale è di solito compattato con un rullo - tubo di acciaio. Non si usano attrezzi per frattazzatura superficiale per la finitura del calcestruzzo drenante, poiché questi attrezzi tendono a sigillare la superficie. Giunti, se utilizzati, possono essere eseguiti subito dopo il consolidamento, o installati utilizzando le tradizionali apparecchiature per il taglio. (Tuttavia, il taglio può indurre sgranamenti in corrispondenza dei giunti.) Alcuni pavimentazioni in calcestruzzo permeabile sono messi in opera senza giunti. La maturazione (curing) con teli di plastica deve iniziare subito dopo la posa e dovrebbe continuare per almeno sette giorni. 5

6 Proprietà meccaniche Proprietà allo stato fresco Il calcestruzzo drenante allo stato fresco è decisamente meno mobile di un calcestruzzo tradizionale. La misura della consistenza col tradizionale cono di Abrams è generalmente inferiore a 20 mm. Quando questo calcestruzzo viene messo in opera e compattato gli aggregati aderiscono strettamente fra loro presentando una caratteristica matrice aperta. Per il controllo della qualità, la densità della massa è la misura preferita perché alcune proprietà del calcestruzzo fresco, come la consistenza, non sono significative per il calcestruzzo permeabile. Prove convenzionali di resistenza sono anche di poco valore, perché il consolidamento del calcestruzzo permeabile è difficile da riprodurre in campioni cilindrici o cubici, e le resistenze meccaniche sono fortemente dipendenti dal contenuto di vuoti. La massa volumetrica delle miscele di calcestruzzo drenante è circa il 70% di quella delle miscele di calcestruzzi tradizionali. Il tempo di lavorabilità del calcestruzzo in genere si riduce per queste miscele permeabili. Di solito un'ora tra miscelazione e posa in opera è il tempo massimo raccomandato. Tuttavia, questo può essere controllato con prodotti specifici che rallentano e stabilizzano l idratazione e che conseguentemente estendono il tempo di lavoro di ulteriore 1,5 ore, a seconda del dosaggio. Proprietà allo stato indurito Densità e porosità. La densità del calcestruzzo permeabile dipende dalle proprietà e il proporzionamento dei materiali impiegati, nonché le procedure di compattazione utilizzate nella messa in opera. Una volta posato la densità è dell'ordine di 1600 kg/m kg/m 3, che è nell'intervallo superiore di calcestruzzi leggeri. Una pavimentazione di 125 mm di spessore con 20% di vuoti sarà in grado di ospitare nei suoi vuoti 25 mm di pioggia di un temporale sostenuto, che copre la maggior parte degli eventi di precipitazione atmosferica. Se la pavimentazione e messa in opera su uno strato di 150 mm di ghiaia o roccia frantumata la capacità di permeazione aumenta come se si avessero 75 mm di pioggia (vedi Figura 1). 6

7 cordolo Calcestruzzo drenante Substrato Fig.1 Suolo Permeabilità.. La portata attraverso il calcestruzzo drenante dipende dai materiali e le operazioni di posa. Portate tipiche per l'acqua attraverso calcestruzzo drenante sono da 120 L/m 2 /min (0,2 centimetri/s) a 320 L/m 2 /min (0,54 cm/s), con velocità fino a 700 L/m 2 /min (1,2 cm/s) e più. Resistenza alla compressione.. Miscele di calcestruzzo permeabile possono sviluppare resistenze a compressione nell'intervallo dei 3,5 MPa - 28 MPa, che è adatto per un'ampia gamma di applicazioni. I valori tipici sono circa 18 MPa. Come con qualsiasi calcestruzzo, le proprietà dei materiali ed il loro proporzionamento, nonché le tecniche di posa e le condizioni ambientali, influenzeranno le rsistenze meccaniche della pavimentazione posata. Dal momento che differenze nella compattazione rendono i campioni cilindrici o cubici poco rappresentativi, la misura delle resistenze su carote prelevate sul posto sono la misura migliore. Resistenza alla flessione.. La Resistenza alla flessione in calcestruzzi permeabili varia generalmente tra circa 1 MPa e 3,8 MPa. Anche in questo caso molti fattori influenzano la resistenza a flessione, in particolare il grado di compattazione, di porosità, e il rapporto aggregato/cemento. Tuttavia, la tipica applicazione realizzata con calcestruzzo permeabile non richiede la misurazione della resistenza a flessione per la progettazione.

8 Ritiro. Il Ritiro igrometrico del calcestruzzo permeabile si sviluppa prima, ma è molto inferiore di calcestruzzo convenzionale. Valori specifici dipenderanno dalle miscele e materiali utilizzati, ma sono stati riportati valori dell'ordine di 200 X 10-6 (Malhotra 1976), circa la metà di quella delle miscele di calcestruzzo convenzionali. Il basso contenuto di pasta cementizia e malta è una possibile spiegazione. Circa il 50% al 80% di restringimento avviene nei primi 10 giorni, rispetto al 20% al 30% nello stesso periodo per calcestruzzo convenzionale. A causa di questo ritiro inferiore e della struttura della superficie, molti calcestruzzi permeabili sono realizzati senza giunti di controllo della contrazione ed è permesso loro di fessurarsi in modo casuale. Durabilità Resistenza ciclo Gelo - Disgelo. La Resistenza al gelo-disgelo del calcestruzzo permeabile in esercizio sembra dipendere dal livello di saturazione dei vuoti nel calcestruzzo al momento del congelamento. Sembra che la caratteristica di rapido drenaggio del calcestruzzo drenante evita che la saturazione si verifichi. Ulteriori prove sul campo indicano che la neve depositata su calcestruzzi drenanti si scioglie più velocemente, forse perché i suoi vuoti consentono uno scongelamento più rapido di quanto sarebbe su pavimentazioni convenzionali. Si noti che i vuoti presenti in un calcestruzzo drenante sono nettamente diversi dai vuoti d'aria microscopici che forniscono protezione alla pasta in calcestruzzo convenzionale in un ambiente di congelamento-scongelamento. Quando i grandi vuoti aperti sono saturi, un completo congelamento può causare gravi danni in pochi cicli. La protezione della pasta di cemento da deterioramenti dovuti a cicli di gelodisgelo è notevolmente migliorata dall aggiunta di specifici Additivi Aeranti. Resistenza ai solfati. Sostanze chimiche aggressive nel suolo o acqua, come acidi e solfati, sono una preoccupazione per calcestruzzo convenzionale e calcestruzzo permeabile allo stesso modo poiché i meccanismi di attacco sono simili. Tuttavia, la struttura aperta del calcestruzzo drenante può rendelo più sensibile all'aggressione su una superficie più ampia. Calcestruzzi permeabili possono essere utilizzati in aree con suoli ad alto contenuto di solfato se adeguatamente isolati. 8

9 Mettendo in opera un calcestruzzo drenante su uno strato di 150 mm di aggregato con dimensione massima 25 mm, si riesce a garantire sia la permeazione delle acque piovane che l'isolamento dall attacco solfatico per il calcestruzzo permeabile. Resistenza all'abrasione. Per via della struttura della superficie ruvida e struttura aperta del calcestruzzo drenante, l abrasione e sgranamento di particelle di aggregato possono essere un problema, particolar-mente nei casi in cui sono utilizzati spazzaneve per liberare la superficie della pavimentazione. Questo è uno dei motivi per cui le applicazioni come autostrade in genere non sono adatti per calcestruzzi permeabili. Tuttavia, dai dati raccolti indicano che pavimentazioni in calcestruzzo permeabile permettono di neve a sciogliersi più velocemente, richiedendo meno utilizzo di spazzaneve. La maggior parte di Pavimentazioni in calcestruzzo permeabile avranno un po di aggregati che si staccano sulla superficie nelle prime settimane dopo l'apertura al traffico. Questi aggregati sono stati debolmente legati alla superficie inizialmente, e spuntato fuori a causa del carico dovuto al traffico. Dopo le prime settimane, il tasso di sgranamento superficiale si riduce notevolmente e la superficie della pavimentazione diventa molto più stabile. Le corrette tecniche di compattazione e di maturazione possono ridurre significativamente l'insorgenza di sgranamento superficiale. 9

10 Proporzionamento della miscela Materiali Il Calcestruzzo drenante utilizza gli stessi materiali utilizzati per il calcestruzzo convenzionale, con l eccezione che il tipico aggregato fine (sabbia) in genere viene eliminato del tutto, e la distribuzione granulometrica dell'aggregato grossolano è tenuta ristretta in determinati valori. Questo fornisce le tipiche caratteristiche/proprietà del calcestruzzo drenante indurito, ma anche si traduce in un mix che richiede varie considerazioni per quanto riguarda la miscelazione, posa, compattazione e stagionatura. Le proporzioni della miscela richiedono meno precisione rispetto gli stretti controlli sul dosaggio di tutti gli ingredienti sulle miscele convenzionali che sono necessari per fornire i risultati desiderati. Spesso, produttori di calcestruzzo saranno in grado di determinare al meglio le proporzioni della miscela con i materiali localmente disponibili in base a prove e esperienza. La Tabella 3 fornisce gli intervalli tipici delle proporzioni dei materiali per il calcestruzzo permeabile. Una buona procedura per il proporzionamento della miscela di un calcestruzzo permeabile à fornito dal report ACI 211,3. Kg / m 3 Materiale cementizio Aggregato Rapporto a/c Rapporto i/c (inerte/cemento) / 1 Rapporto sabbia/aggr.grosso 0 1 / 1 - Queste proporzioni sono date solo a titolo informativo. Il progetto di una miscela di successo dipenderà dalle proprietà dei materiali utilizzati e devono essere testati in lotti di prova per stabilire le proporzioni corrette e determinare il comportamento finale. Produttori di calcestruzzo possono avere messo a punto proporzioni della miscela di calcestruzzo drenante ottimizzato per prestazioni con materiali locali. In questi casi tali proporzioni sono preferibili. - Additivi chimici ritardanti di presa e stabilizzanti dell idratazione così come aggiunte di materiale cementizio (cenere volante, loppa, silica fume, ecc) vengono comunemente utilizzati. - sono stati utilizzati anche rapporti a/c più elevati ma con significative riduzioni delle resistenze finali. - l aggiunta di aggregato fine diminuirà il contenuto di vuoti e aumenterà le resistenze finali. Materiali cementizi. Come nel calcestruzzo tradizionale, cementi Portland e cementi di miscela (EN 197-1) possono essere utilizzati in un calcestruzzo permeabile. Inoltre, possono essere utilizzati materiali supplementari cementizi (MSC), come le ceneri volanti, pozzolane e la loppa d'altoforno. Sono sempre raccomandate prove preliminari coi materiali a disposizione con 10

11 tentativi differenti di dosaggio in modo che le proprietà finali (tempo di presa, sviluppo resistenze, porosità e permeabilità) possono essere determinate. Aggregati. In un calcestruzzo drenante, il contenuto di aggregati fini è molto limitato e l aggregato grosso è mantenuto in uno stretto intervallo di gradazione granulometrica. Gradazioni di uso comune includono classi di aggregati 5 19 e 2,5 9,5, oppure 1.2 9,5. Può essere usata anche una classe sola di aggregato fino a 25 mm. Un intervallo granulometrico ristretto è la caratteristica importante. Aggregati più grandi danno luogo a una superficie più ruvida. Recenti utilizzi calcestruzzo drenante si sono concentrati nella realizzazione di parcheggi, marciapiedi, percorsi pedonali o ciclabili. Per queste applicazioni l aggregato di dimensioni più piccole è utilizzabile per ragioni estetiche. Misti di aggregati 2 10 mm sono stati ampiamente utilizzati negli scorsi 20 anni in USA per parcheggi e percorsi pedonali. La figura 2 mostra due diverse dimensioni di aggregati utilizzati in calcestruzzi permeabili per creare una diversa finitura superficiale. Fig.2 pur utilizzando aggregati di ristretta classe granulometrica, si possono ottenere diverse finiture superficiali a seconda del diametro massimo della classe. Il calcestruzzo nel box bianco ha aggregato con D max 7mm, mentre in quello sottostante è stato utilizzato un aggregato D max 20 mm. Generalmente, il rapporto I / C (inerti/cemento) è nell'intervallo 4,0-4,5 in massa. Questi rapporti I / C conducono a contenuti di aggregati tra 1300 e 1800 kg/m3. Più elevati rapporti I / C sono stati utilizzati in studi di laboratorio (Malhotra 1976), ma con significative riduzioni delle resistenze finali.

12 Sia aggregati tondeggianti che frantumati sono stati utilizzati per la produzione di calcestruzzo drenante. Come nel calcestruzzo tradizionale, anche il calcestruzzo drenante richiede aggregati in a una condizione di SSA (saturi con superficie asciutta) o un attento monitoraggio della condizione di umidità. Va sottolineato che il controllo dell'acqua è importante in miscele di calcestruzzo permeabili. L'acqua assorbita da una miscela di aggregati troppo secchi può portare a miscele troppo asciutte che risultano poi difficili ad essere posate e ben compattate. Al contrario, acqua supplementare presente negli aggregati troppo umidi, contribuisce a innalzare il rapporto acqua cemento del calcestruzzo. Acqua. Rapporti acqua/materiale cementizio tra 0,27-0,30 sono utilizzati di routine assieme ad un corretto utilizzo di additivi chimici specifici, ma anche valori più in alti ( ) sono stati utilizzati con successo. La relazione tra resistenze meccaniche e rapporto a/c non è chiaro per il calcestruzzo drenante perché a differenza del calcestruzzo convenzionale, il contenuto totale di pasta è inferiore alla percentuale di vuoti tra gli aggregati. Pertanto, rendere più resistente la pasta cementizia non sempre può portare a una maggiore resistenza finale complessiva. Il contenuto d'acqua deve essere strettamente controllato. Il contenuto di acqua corretta è stato descritto come quello necessario a dare lucentezza al conglomerato cementizio, senza che l aggregato si distacchi da esso. Una manciata di calcestruzzo drenante trasformata in una palla non si sgranerà o perderà la sua struttura di vuoti dal momento che la pasta cementizia fluirà negli spazi tra gli aggregati. (fig.3) Fig.3 campioni di calcestruzzo drenante con differente contenuto di acqua: a ) troppo poca acqua b ) adeguata quantità di acqua c ) troppa acqua Come per l acqua in un calcestruzzo convenzionale, anche nel calcestruzzo drenante l acqua deve rispondere ai requisiti previsti nella normativa Europea EN 1008.

13 Additivi. Additivi chimici vengono usati nel calcestruzzo drenante per avere proprietà speciali, come in un calcestruzzo convenzionale. A causa del rapporto a/c molto basso il calcestruzzo drenante è caratterizzato da una consistenza molto alta (S1) e dal tempo di presa rapido. Questi aspetti caratterizzano il calcestruzzo drenante come un conglomerato difficile e faticoso da gestire e mettere in opera. Dopo decenni di esperienza nell additivazione del calcestruzzo drenante, GRACE ha messo a punto V-MAR VSC500, un additivo liquido di nuova generazione specificatamente progettato per la produzione di questo tipo di calcestruzzo di alta qualità e facilitarne la messa in opera impartendo una reologia migliore all impasto e controllando l idratazione dei materiali cementizi. Il calcestruzzo drenante a base di V-MAR VSC500 presenta vantaggi unici rispetto ai tradizionali vantaggi del calcestruzzo drenante. Qualità costante: permette la produzione di miscele di qualità superiore riducendo sempre e ogni volta in modo significativo la preoccupazione per la possibile variabilità di carico in carico tipica dei tradizionali calcestruzzi drenante. Scarico più veloce: consente uno scarico più veloce del calcestruzzo fresco dall autobetoniera. Riduce i tempi di permanenza in cantiere e consente al produttore di trasportare più carichi al giorno. Limita i costi di manodopera dell impresa, grazie ai tempi di andata e ritorno ridotti che consentono di completare il progetto più velocemente. Migliore tolleranza all umidità: assicura maggiore facilità nella preparazione della miscela con minore preoccupazione per i carichi troppo bagnati. Offrendo più flessibilità, consente al produttore di dosare nel calcestruzzo il contenuto d'acqua adeguato. Evaporazione ridotta: Migliora l idratazione del cemento e le caratteristiche adesive della pasta cementizia in ambienti esposti ad alta temperatura offrendo all impresa maggiore robustezza contro la tendenza allo sgranamento degli aggregati in situazioni difficili. Compattazione uniforme: migliora la finitura e la compattazione permettendo la produzione di pavimentazioni compatte con meno sforzo 13