Università degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale

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1 Università degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale Corso di Laurea Triennale in INGEGNERIA PER L AMBIENTE E IL TERRITORIO TESI DI LAUREA COMPRESSIBILITA E RESISTENZA DI CALCESTRUZZI AERATI E FIBRORINFORZATI RELATORE Ch.mo Prof. Ing. Gianfranco Urciuoli CANDIDATO Pierluigi Morgillo N49/40 CORRELATORE Dott. Ing. Raffaele Papa

2 Calcestruzzo aerato - definizione e processi realizzativi - campi d impiego - preparazione dei provini Calcestruzzo aerato fibrorinforzato Prove di resistenza a trazione Prove di compressione edometrica Prove di resistenza a taglio diretto Prove di compressione uniassiale Conclusioni 2

3 La fase sperimentale del presente lavoro di tesi è stata eseguita presso il laboratorio di Ingegneria Geotecnica del dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale dell Università degli Studi di Napoli Federico II. L obiettivo di tale sperimentazione è di determinare le proprietà meccaniche di provini in calcestruzzo aerato allo scopo di studiarne i possibili campi di applicazione in ambito geotecnico. 3

4 Calcestruzzo aerato - definizione e processi realizzativi Il calcestruzzo aerato è un conglomerato cementizio composto da acqua, cemento portland e additivo schiumogeno preformato che genera bolle di aria. I meccanismi di produzione delle bolle di aria possono essere: - di tipo chimico - di tipo meccanico elementi prefabbricati produzione in sito 4

5 - campi di impiego Applicazioni strutturali Tra i tanti possibili impieghi a livello strutturale, il calcestruzzo cellulare può essere usato per la realizzazione di pannelli leggeri isolanti. Le celle di aria all interno della matrice di calcestruzzo aerato a bassa densità conferiscono al materiale ottimi requisiti di isolamento termico ed acustico, proprietà che rendono questi materiali adatti per tompagnature, coperture e altre strutture simili. 5

6 Applicazioni geotecniche - riempimento cavità; - riempimento di scavi e costruzioni di rilevati alleggeriti; - riempimento dell intercapedine tra le condotte interrate ed il terreno; 6

7 - riempimento di serbatoi sotterranei non più in uso e di strutture che devono essere abbandonate piuttosto che demolite; - riempimento alle spalle dei muri di sostegno; - sottofondo rilevati; - opere di sostegno; - sistemi di drenaggio (per l elevata permeabilità). 7

8 - preparazione dei provini La boiacca cementizia è stata preparata utilizzando un cemento pozzolanico di tipo Duracem 32,5 R. Il valore ideale di densità della boiacca cementizia è di 1,6 kg/ dm 3 ; per ottenere tale valore è stato miscelato un quantitativo di acqua e polvere di cemento in rapporto pari a 0,5. 8

9 La schiuma si realizza insufflando aria in pressione all interno di una miscela fluida, composta da acqua e agente schiumogeno preformato. Tale procedura è possibile grazie all impiego di un aeratore. L agente schiumogeno viene miscelato con l acqua in una percentuale pari al 2% in volume. Insufflando aria ad una pressione di 2,6 bar si ottiene una schiuma con densità pari a 47,5 g/l. 9

10 Schiuma e boiacca cementizia sono state miscelate con l ausilio di un trapano miscelatore ad elica. Il rapporto in volume schiuma / boiacca ideale è pari a 2,5. Sono state realizzate due miscele identiche con la sola differenza dell aggiunta di fibre di polipropilene (pari allo 0.2% in peso). 10

11 Calcestruzzo aerato fibrorinforzato Le fibre possono contribuire a migliorare le prestazioni meccaniche del calcestruzzo. Esse aumentano la tenacità, ossia la capacità di resistere alla propagazione delle fessure, e migliorano la duttilità del conglomerato. 11

12 Per la sperimentazione sono state utilizzate fibre di polipropilene. Esse sono largamente impiegate perché possiedono le seguenti proprietà: -ottime ausiliarie antifessurative, -di facile lavorazione, -leggere, -chimicamente inerti. Hanno costi relativamente limitati e in presenza di medie temperature si dissolvono, compiendo una doppia azione benefica: assorbono calore nel processo di evaporazione e impediscono al calore di penetrare con rapidità in tutto lo spessore del manufatto. 12

13 Prove di resistenza a trazione Per eseguire le prove di rottura a trazione è stata utilizzata una pressa in grado di applicare carichi fino a 100 kn. Il carico applicato è stato misurato utilizzando una cella di 5 kn. Si è imposto un moto del pistone dall alto verso il basso alla velocità di 0,002 mm/min. 13

14 Strumentazione - resina Araldite 2000 plus: consente l incollaggio del provino alle basi - centralina di lettura automatica: consente di leggere in automatico le deformazioni del provino e il carico applicato 14

15 carico applicato (kpa) Risultati ottenuti 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 senza fibre con fibre 0,00 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 deformazione assiale (%) Dal confronto dei due diagrammi tensionedeformazione dei provini in calcestruzzo aerato si evince che il provino con le fibre è più rigido e più fragile rispetto a quello senza fibre. 15

16 Prove di compressione edometrica Per tali prove è stato utilizzato l edometro. Si è imposto un carico verticale incrementato con progressione geometrica. 16

17 cedimenti (mm) Risultati ottenuti log t (min) 0, ,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 senza fibre con fibre 10 kpa 20 kpa 40 kpa 80 kpa 150 kpa 300 kpa 600 kpa 1200 kpa 2500 kpa 5000 kpa 10 kpa 20 kpa 40 kpa 80 kpa 150 kpa 300 kpa 600 kpa 1200 kpa 2500 kpa 5100 kpa 17

18 indice dei vuoti, e 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 senza fibre con fibre 2,000 1,000 0, tensione verticale, s' v (kpa) Dall interpretazione di questi diagrammi si evince che in termini di compressibilità non c è un influenza sensibile del rinforzo. 18

19 Prove di resistenza a taglio diretto Per tali prove è stato utilizzato l apparecchio di taglio diretto. Si è imposta una tensione di confinamento pari a 50 kpa e si è applicato il carico parallelamente alla superficie di scorrimento ad una velocità di 0,012 mm/min. 19

20 tensione tangenziale (kpa) 180, , , , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0,000 Risultati ottenuti cedimenti orizzontali (mm) senza fibre con fibre Dall analisi dei risultati ottenuti si può notare come i due provini mostrino, sostanzialmente, un comportamento simile. 20

21 Prove di compressione uniassiale Per tali prove è stata utilizzata una pressa in grado di applicare sforzi assiali di compressione fino a 100 kn. Il carico applicato è stato misurato utilizzando una cella da 100 kn; la velocità di avanzamento del pistone della pressa è stata impostata ad un valore di 0,002 mm/min. 21

22 carico applicato (Kpa) Risultati ottenuti 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 senza fibre con fibre 100,00 0,00 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 deformazione assiale (%) Dai due diagrammi si evince che la resistenza del provino fibrorinforzato è minore rispetto a quella del provino senza fibre: risultato inatteso e dovuto, probabilmente a problemi durante la fase di preparazione dei provini. 22

23 Conclusioni Alla luce dei risultati ottenuti, è possibile constatare che: i due materiali (fibrorinforzato e non) raggiungono valori di resistenza a trazione, a taglio e a compressione piuttosto simili. Questi, però, non sono i risultati attesi in quanto il calcestruzzo fibrorinforzato avrebbe dovuto mostrare una maggiore duttilità rispetto a quello senza fibre. Ciò può essere legato al fatto che la lunghezza delle fibre utilizzate nella miscela è troppo piccola e la loro percentuale in peso troppo bassa. La sperimentazione dovrà essere ripetuta in un prossimo futuro tenendo conto di questa esperienza. 23

24 Pierluigi Morgillo Università degli Studi di Napoli Federico II 24