CA 1. Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato

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1 Università degli Studi della Campania Luigi Vanvitelli Dipartimento di Architettura e Disegno Industriale Corso di Laurea in Architettura Tecnologia dell Architettura B 4 7 caterina.frettoloso@unicampania.it Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato

2 PANTHEON. Fondato nel 27 a.c. da Marco Vipsanio Agrippa, fu ricostruito dandogli un diverso orientamento nel 8 d.c. sotto l imperatore Adriano I conglomerati

3 Per approfondimenti cfr. Mario Collepardi, DAL LCESTRUZZO ANTICO A QUELLO MODERNO Parte II - Il Calcestruzzo Romano I conglomerati

4 I conglomerati I conglomerati sono composti ottenuti dalla miscelazione di: Acqua Leganti Aggregati Additivi La classificazione più immediata è bastata sulla granulometria degli aggregati: Granulometria fine Granulometria medio-grossa Malte Calcestruzzi

5 I conglomerati Acqua + legante Matrice cementizia Componente collante Sabbia + ghiaia/pietrisco Aggregato inerte Componente lapideo Conglomerato MALTA Acqua + legante + sabbia Intonaci o connessioni tra elementi murari Sp. Max 2-3 cm. LCESTRUZZO Acqua + legante (cemento) + sabbia + ghiaia/pietrisco Riempimenti e strutture

6 I conglomerati_ I leganti I leganti sono materiali che miscelati con acqua hanno la proprietà di legarsi agli aggregati (sabbia, ghiaia e pietrisco) facendo presa ed indurendo progressivamente a seguito di reazioni chimiche. Leganti In funzione della loro capacità di far presa solo all aria o anche in ambiente umido si dividono in: AEREI possono indurire soltanto in aria IDRAULICI induriscono anche in acqua e induriti resistono al contatto con l acqua Calci aeree Gesso Calci idraulica Cemento

7 I conglomerati_ I leganti aerei Calci aeree Si ottengono cuocendo il calcare (CaCO3 carbonato di calcio), praticamente puro, ad una temperatura di circa 900 C. Dalla cottura di ottiene la calce viva (CaO - ossido di calcio) che esce dal forno in zolle porose capaci di assorbire una grande quantità di acqua. La calce viva può essere venduta tal quale (calce viva in zolle) o trasformata in calce spenta (Ca(OH)2 - idrossido di calcio). Questa si ottiene per spegnimento della calce viva, cioè per trattamento con acqua. Reagendo con l'acqua, all aumentare della quantità di questa, dà calce idrata in polvere, o grassello o latte di calce. La presa e l indurimento della calce sono lenti ma progressivi e avvengono per essiccamento del grassello e successiva carbonatazione: l idrossido di calcio, assorbendo l anidride carbonica dell atmosfera, indurisce trasformandosi in carbonato di calcio.

8 I conglomerati_ I leganti aerei

9 I conglomerati_ I leganti aerei Il gesso Il materiale di partenza per la produzione del gesso (solfato di calcio CaSO 4 ) è costituito dalla pietra da gesso la quale viene dapprima frantumata, quindi inviata ai forni di cottura dove subisce la disidratazione (perdita di acqua) che conferisce al prodotto finito le proprietà leganti, infine, setacciata ed omogeneizzata. Il gesso cotto polverizzato e arricchito di additivi viene utilizzato come materiale da costruzione in ambienti interni, per intonaci e pannelli prefabbricati. Caratteristiche o Buon comportamento al fuoco o Ottime caratteristiche di isolamento acustico e termico o È solubile e vulnerabile se posto in atmosfere chimiche aggressive o La resistenza meccanica del gesso diminuisce all aumentare dell acqua con cui si miscela

10 I conglomerati_ I leganti aerei A seconda della temperatura di cottura e della finezza di macinazione si ottengono prodotti con qualità e caratteristiche differenti:

11 I conglomerati_ I leganti idraulici Il cemento La normativa italiana classifica Il cemento come un legante ad alta idraulicità che si presenta in forma di polvere finissima, la norma europea ENV 97 definisce il cemento: un materiale inorganico finemente macinato che, mescolato con acqua, forma una pasta che rapprende e indurisce a seguito di reazioni e processi di idratazione e che una volta indurita mantiene la sua durezza e stabilità anche sott acqua. Il cemento è un prodotto della macinazione e della cottura di materiali naturali (calcari, argille) per ottenere un primo prodotto il clinker che viene ulteriormente macinato e mescolato ad altri materiali (gesso) per ottenere il prodotto finito. In funzione della composizione la Normativa italiana riconosce: o Cemento Portalnd (è il prodotto che si ottiene dalla macinazione del clinker, con l'aggiunta di gesso nella quantità necessaria per regolarizzare il processo di idratazione) o Cemento pozzolanico (Miscela di Portland, pozzolana, gesso) o Cemento d altoforno (Miscela di clinker, gesso e loppa granulata d altoforno ) o Cemento alluminoso (Prodotto ottenuto dalla macinazione di clinker costituito essenzialmente da alluminati idraulici di calcio)

12 I conglomerati_ I leganti idraulici In funzione della resistenza a compressione i cementi vengono classificati come segue:

13 I conglomerati_ I leganti idraulici Ciclo di produzione del cemento Il cemento viene prodotto a partire da una miscela costituita fondamentalmente da calcari, marne ed argille dosati in opportuni rapporti, e sottoposta ad una cottura ad elevatissime temperature, che porta alla formazione del semilavorato chiamato "clinker da cemento", minerale artificiale, principale costituente del cemento.

14 I conglomerati_ Aggregati Gli aggregati che formano l ossatura dei conglomerati, sono generalmente costituiti da ghiaie e sabbie alluvionali estratti da letti di fiumi o cave; oppure da pietrischi e sabbie provenienti dalla frantumazione di rocce. Nelle normali miscele la percentuale di aggregato varia dal 65% all 80% del peso, a seconda che si tratti di malte o di calcestruzzi. Gli aggregati devono, in particolare: essere puliti, perché la presenza di impurità argillose od organiche possono influire sulla resistenza del conglomerato. essere di natura non geliva, la presenza di porosità profonde e la possibile formazione di ghiaccio provocano lo sgretolamento dell aggregato e, quindi, del conglomerato.

15 I conglomerati Acqua + legante Matrice cementizia Componente collante Sabbia + ghiaia/pietrisco Aggregato inerte Componente lapideo Conglomerato MALTA Acqua + legante + sabbia Intonaci o connessioni tra elementi murari Sp. Max 2-3 cm. LCESTRUZZO Acqua + legante (cemento) + sabbia + ghiaia/pietrisco Riempimenti e strutture

16 I conglomerati_ il calcestruzzo Il calcestruzzo è un conglomerato ottenuto dall'indurimento di una miscela di cemento, acqua, aggregati di varie dimensioni con additivi, in alcuni casi per l'ottenimento di specifiche proprietà. Il cemento, reagendo con l'acqua, indurisce e forma la massa che lega gli aggregati. I componenti devono avere caratteristiche tali da conferire al calcestruzzo i principali requisiti di resistenza meccanica (classe di resistenza), di comportamento nei riguardi delle condizioni ambientali (classe di esposizione) e di lavorabilità (classe di consistenza) A tali fini la formulazione dei costituenti è oggetto di un'attenta progettazione che prende il nome di "mix design".

17 I conglomerati_ il calcestruzzo Il calcestruzzo si presenta nelle due condizioni: stato fresco: condizione in cui il conglomerato è ancora plastico e lavorabile stato indurito: condizione in cui il calcestruzzo non è più lavorabile In base alla massa volumica (Kg/m3) il calcestruzzo è definito: calcestruzzo leggero: con massa volumica compresa tra Kg/m3 calcestruzzo normale: con massa volumica compresa tra Kg/m3 calcestruzzo pesante: con massa volumica superiore a 2600 Kg/m3

18 I conglomerati_ il calcestruzzo Rapporto tra confezionamento e proprietà del calcestruzzo.

19 I conglomerati_ il calcestruzzo Adeguatezza dei granulati al calcestruzzo

20 I conglomerati_ il calcestruzzo Ciclo di produzione del calcestruzzo Il calcestruzzo viene prodotto prevalentemente nelle centrali di betonaggio. I relativi componenti, cioè aggregati opportunamente selezionati in più granulometrie, cemento, additivi ed acqua, vengono dapprima stoccati in depositi. Attraverso un sistema completamente automatizzato, una volta progettato il mix, i componenti vengono estratti dai depositi ed inviati, nelle opportune proporzioni, alla miscelazione e successivamente alla spedizione. Il trasporto avviene tramite autobetoniere. La betoniera è soggetta a movimento rotatorio al fine di tenere il prodotto in miscelazione continua.

21 I conglomerati_ il calcestruzzo Fasi del getto in opera Centrale di betonaggio Trasposto in cantiere Getto tramite pompe Compattazione - vibrazione

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23 I conglomerati_ il calcestruzzo Dosaggio di un calcestruzzo per la realizzazione di strutture portanti Aumentando la quantità del cemento nell impasto, ferme restando le qualità e quantità degli altri componenti, si ottiene un calcestruzzo di maggiore resistenza. La dosatura del cemento viene determinata quindi in funzione dell uso a cui è destinato il calcestruzzo prodotto. Il dosaggio del cemento è poi anche in funzione al diametro massimo dell inerte impiegato per il calcestruzzo. Una dosatura minima di 300 Kg/mc, che può arrivare fino a 700 kg/mc per inerti di 2 mm di diametro (solo sabbia), in tal caso non si ottiene più il calcestruzzo ma una malta cementizia.

24 I conglomerati_ il calcestruzzo Dosaggio medio per mc di impasto - sabbia 0,4 mc - pietrisco 0,8 mc - cemento 300 Kg - acqua 20 litri Rapporto Acqua/cemento di 20/300 = 0,4 Si opera con rapporti acqua/cemento tipicamente tra lo 0,45 e 0,65. In tale intervallo di valori, al diminuire del rapporto a/c si ha un aumento della durabilità dei manufatti, a discapito però della lavorabilità in fase di posa in opera (talvolta, nelle miscele in cantiere, operando con valori di a/c inferiori a 0,55-0,60 si ricorre all'uso di additivi finalizzati ad indurre una maggiore fluidità della miscela a parità di contenuto di acqua).

25 I conglomerati_ il calcestruzzo Il calcestruzzo adoperato per le strutture portanti deve essere sottoposto a prove meccaniche al fine di stabilire la RESISTENZA RATTERISTI (Rck) a compressione su provini prelevati in cantiere.