UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA TRE FACOLTA DI ARCHITETTURA CORSO DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI Prof. Silvia Santini

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA TRE FACOLTA DI ARCHITETTURA CORSO DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI Prof. Silvia Santini I materiali del c.a. Ing. Patrizio Ansovini

2 CEMENTO ARMATO CALCESTRUZZO ACCIAIO da c.a.

3 Il Calcestruzzo

4 Il calcestruzzo

5 Cenni storici Epoca romana: confezionato con pozzolana (betunium), impiego: basamenti templi, fondazioni, muri interni 1824: J. Aspdin brevetta il cemento Portland 1849: Monier brevetta il c.a. 1875: ponte in cls armato di luce 16 m 1888: Hennebique progetta il primo solaio in cls armato Novecento: diventa il materiale da costruzione più usato

6 Caratteristiche del calcestruzzo Rapidità di esecuzione Ottima resistenza alle sollecitazioni (compressione) Ottima resistenza agli agenti atmosferici Coibenza al fuoco Costo modesto, inferiore agli altri materiali Peso elevato ( kg/mc) Elevata dilatazione termica che impone particolari accorgimenti (giunti) nell abbinamento con altri materiali

7 Tecnologia del calcestruzzo Componenti del calcestruzzo: Cemento Acqua Inerti: in. grossi (ghiaia e pietrisco), in. fini (sabbia) Eventuali additivi Dosaggio classico di 1 mc di calcestruzzo (24.00 kn) : Sabbia 0.4 mc (~6.20 kn) Ghiaia o pietrisco 0.8 mc (~13.60 kn) Cemento 3 quintali (3.00 kn) Acqua 120 litri (~1.20 kn) Il confezionamento è fatto : A mano - Con betoniera - Centrali di betonaggio con silos

8 Processo di produzione del cemento CALCARE ARGILLA ( 1 : 3 ) FORNO ( ) CLINKER MACINAZIONE + GESSO CEMENTO (in polvere) - Portland - Pozzolanico - D alto forno - Alluminoso

9 Tipi e composizioni del cemento

10 Classi di resistenza del cemento

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12 Componenti del calcestruzzo : L ACQUA Limpida Presenza di sali in percentuali modeste Non aggressiva L acqua : a) determina la reazione di idratazione del cemento in base alla quale avviene la presa. b) consente la lavorabilità dell impasto. Rapporto di idratazione: A/C = 0.27 (acqua necessaria par l attivazione del fenomeno) Il rapporto A/C viene preso pari a ca. per ragioni di lavorabilità. L eccesso di acqua di acqua provoca: - minore resistenza cls (dispersione acqua, fuoriuscita cemento, evaporazione in tempi successivi) - maggiore ritiro del cls (fessurazioni, problemi di impermeabilità) - separazione degli inerti per riduzione della coesione

13 Componenti del calcestruzzo : L ACQUA

14 Componenti del calcestruzzo: L ACQUA La misura della consistenza e della lavorabilità è affidata al cono di Abrams.

15 Componenti del calcestruzzo: GLI INERTI Omogenei Puliti Resistenti Non gelivi Privi di parti friabili Granulometria opportuna per garantire la formazione di una massa compatta necessaria per avere una resistenza meccanica del cls adeguata La granulometria deve essere tale da ridurre al minimo i vuoti granuli di varie misure rispondenti alla curva di Fuller (fuso granulometrico idea le per un buon calcestruzzo): Inerti per 1 mc di cls (dosatura classica): - Sabbia 0.40 mc - Pietrischetto (da 7 a 15 mm) 0.40 mc - Pietrisco( da 15 a 25 mm) 0.40 mc

16 Aspetti legati al getto del calcestruzzo INFLUENZA DELLA TEMPERATURA Il getto deve avvenire fra 0 e 30 C. Il gelo provoca aumento di volume e nascita di tensioni non opportune in fase di presa. Inoltre temperatura basse rallentano le reazioni chimico-fisiche del cls. Temperatura elevate necessitano la protezione del getto. RITIRO DEL CALCESTRUZZO Il ritiro provoca la fessurazione anche a distanza di tempo (da 0.1 m a 0.4 mm ogni metro lineare). Per ridurlo occorre limitare la quantità d acqua, evitare una evaporazione troppo rapida e disporre un armatura in modo uniforme e fitto nella massa. STAGIONATURA L indurimento del cls è conseguenza dell idratazione del cemento. A temperature dell ordine di si può considerare che avvenga in 28 giorni. Dopo circa una settimana è possibile il disarmo.

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19 Il controllo della granulometria si fa tracciando la curva granulometrica della miscela, che si ottiene riportando in un diagramma,in funzione del diametro, la percentuale in peso degli inerti passanti in crivelli con fori di diametro crescente. Un criterio valido per giudicare della qualità della curva consiste nel verificare che essa sia contenuta all interno di una zona (fuso di Fuller).

20 Il comportamento meccanico del cls La resistenza del cls si misura usualmente con la prova di compressione semplice (monoassiale) fc : fase di comportamento pseudolineare fino all insorgere di microfessure dovute a ritiro e T) 0.3fc fc fc : andamento parabolico con fessurazione sempre più accentuata con perdita di aderenza malta malta--inerti dopo fc : streight streight--softening con diminuzione di resistenza (lesioni macroscopiche) Si nota l assenza di un tratto lineare fino alla coppia fc (resist. a compressione)compressione) c1 oltre cui la tensione diminuisce al crescere di. La rottura si raggiunge per il valore cu.

21 Classi di resistenza del cls C20/25 Resistenza cubica Resistenza cilindrica

22 Il comportamento meccanico del cls: la normativa Per il diagramma tensione-deformazione del cls è possibile adottare opportuni modelli rappresentativi del comportamento reale. Questi vengono definiti in base alla resistenza a compressione di calcolo fcd ed alla deformazione ultima cu. a) Modello parabola-rettangolorettangolo b) Modello triangolo-rettangolorettangolo c) Modello rettangolo (stress block) f cd = cc x f ck / c con cc = 0.85 e c = ramo ascendente con andamento dato dalla parabola di Hognestad: c2 =0.20% è la deformazione corrispondente al raggiungimento di f cd cu =0.35% è la deformazione di rottura del materiale (convenzionale) c3 =0.175% c4 =0.07% σ c f c ε 2 ε c c1 ε ε c c1 2

23 Il comportamento meccanico del cls: la normativa c (MPa) CLASSI DI RESISTENZA DEL CALCESTRUZZO PER STRUTTURE ARMATE E RISPETTIVI VALORI DI fcd ( N.T.C ) c2 C 45/55 C 35/45 C 20/25 cu Classe di Resistenza fcd ( Mpa ) C 16/20 9,07 C 20/25 11,33 C 25/30 14,17 C 28/35 15,87 C 35/45 19,83 C 40/50 22,67 C 45/55 25,50 C 50/60 28,33 C 55/67 31,17 C 60/75 34,00 C 70/85 39,67 C 80/95 45,33 C 90/105 51,00

24 L Acciaio da c.a.

25 Cenni storici L acciaio è una lega costituita fondamentalmente da Fe e C (< 2% ca.). 1855: Bessemer affina la ghisa togliendole le impurità e parte del contenuto di C acciaio Fine 800: forni Martins-Siemens, Thomas ed elettrici permettono di ottenere acciai a bassa percentuale di C e contenenti impurezze in quantità modesta. Oggi: vasta gamma di acciai ad alta resistenza e con caratteristiche variabili a seconda dell impiego (acciai da c.a., da profilati )

26 Comportamento meccanico dell acciaio: influenza di C

27 Comportamento meccanico dell acciaio: diagramma P- AB: fase elastica con proporzionali a P (L.Hooke); BC: perdita di linearità, in C finiscono le reversibili (snervamento); CD: rottura delle fibre del materiale, si hanno a P pressoché costante; DE: notevoli ( da 0.2% a 10-20%) con contrazione laterale; EF: concentraz. della contrazione lat. in brevi tratti (strizione) fino al collasso, cui corrisponde un P<P max

28 Acciaio per cemento armato Classi : B450A B450C (unico ammesso in zona sismica)

29 Acciaio per cemento armato L acciaio B450A viene prodotto in barre di diametro compreso fra 5 e 10 mm L acciaio B450C viene prodotto in barre di diametro compreso fra 6 e 40 mm (uguali per B450A)

30 Comportamento meccanico dell acciaio: la normativa Diagrammi di calcolo tensione-deformazione dell acciaio Per il diagramma tensione-deformazione dell acciaio è possibile adottare opportuni modelli rappresentativi del reale comportamento del materiale, modelli definiti in base a: valore di calcolo della deformazione uniforme ultima ud 0,9 uk ( uk (Agt )k ) valore di calcolo della tensione di snervamento fyd rapporto di sovraresistenza k (ft / fy )k In Fig sono rappresentati i modelli per l acciaio: (a) bilineare finito con incrudimento; (b) elastico-perfettamente plastico indefinito. f yd = f yk / s con s = 1.15

31 Comportamento meccanico dell acciaio: la normativa L A D E F O R M A Z I O N E C A R A T T E R I S T I C A A R O T T U R A D E V E E S S E R E P A R I A L M E N O A L 7, 5 %. T A L E D E F O R M A Z I O N E A S S O C I A T A A L L A D E L L A C C I A I O E M O L T O P I U E L E V A T A C A L C E S T R U Z Z O C O M P R E S S O. R I C H I E S T A T E N S I O N E D I R O T T U R A D I Q U E L L A L I M I T E D E L N E I C A S I R E A L I L A C R I S I D E L L A S E Z I O N E N O N AV V I E N E P E R C R I S I D E L L A C C I A I O. IN SEGUITO A TALE CONSIDERAZIONE, LE NTC 2008 CONSIDERANO UN LEGAME ELASTO- PLASTICO DELL ACCIAIO SENZA LIMITAZIONE DELLA DEFORMAZIONE ULTIMA. (prima pari a 1%) GRANDE NOVITA N.T.C DEFORMAZIONE ULTIMA dell ACCIAIO ILLIMITATA LA CRISI DI UNA SEZIONE INFLESSA O PRESSOINFLESSA AVVIENE SEMPRE PER SCHIACCIAMENTO DEL CALCESTRUZZO.