PROVE SUL CALCESTRUZZO

Transcript

1 PROVE SUL CALCESTRUZZO Il conglomerato cementizio all atto atto del progetto deve essere identificato mediante la resistenza convenzionale a compressione misurata su cubetti (Rck( Rck), confezionati e stagionati a 28 giorni di maturazione. La resistenza caratteristica è definita come la resistenza al di sotto della quale si ha il 5% di probabilità di trovare valori inferiori. La determinazione della resistenza a compressione avviene sperimentalmente entalmente con prove di schiacciamento sui provini di calcestruzzo opportunamente confezionati e di determinate dimensioni. FORMA E DIMENSIONE DEI PROVINI UNI Provini di calcestruzzo per prove di resistenza meccanica. Forma e dimensioni.

2 Prove a compressione: : per questo tipo di prova i provini hanno forma cubica, con lato proporzionale alla dimensione massima dell inerte. PROVINO CUBICO Prove a flessione: : per questo tipo di prova i provini sono di forma prismatica, di sezione quadrata. PROVINO PRISMATICO A SEZIONE RETTANGOLARE

3 Le CUBIERE in poliuretano espanso stampato vengono realizzate con materiale ad elevata massa volumica,, sono monoblocco, indeformabili, riutilizzabili. Alla base presentano entano un foro da utilizzarsi per la sformatura pneumatica dei cubetti. La chiusura del foro durante il riempimento delle cubiere è garantita dagli appositi tappi. Le superfici interne sono state studiate in modo da evitare la rettifica dei provini prima della prova di rottura. Sono utilizzate per la realizzazione di provini aventi il formato: o: 150 x 150 x 150 mm

4 CONFEZIONAMENTO DEI PROVINI UNI EN :2002 Prova sul calcestruzzo indurito - Confezione e stagionatura dei provini per prove di resistenza I provini in calcestruzzo possono essere eseguiti in laboratorio, o, oppure prelevati in cantiere durante il corso dei lavori. Se eseguiti in laboratorio, i singoli componenti del calcestruzzo o vengono pesati con una precisione dello 0,2%. Il confezionamento può avvenire a mano o con apposita betoniera, in un locale con temperatura di C C e con umidità relativa non inferiore al 65%. Il calcestruzzo appena confezionato viene sistemato in casseforme e metalliche o in polistirolo ed assestato con la vibrazione; la forma è riempita in un unico strato. La sformatura è effettuata dopo 24 ore dal getto, con l avvertenza l di non danneggiare il provino. La stagionatura dei provini sperimentali si svolge in ambiente a temperatura costante di C, con umidità del 90%. In cantiere il prelevamento dei provini può essere effettuato: - all impianto di betonaggio; - all autobetoniera; autobetoniera; - al momento dell impiego impiego,, sulla struttura stessa.

5 Il prelievo dalla betoniera può essere fatto a metà dello scarico. È opportuno prendere nota del tipo di betoniera, capacità,, numero di giri e tempo di impasto. Il prelievo da getti in opera,, va eseguito in tre punti della superficie del getto, rimescolando il calcestruzzo ottenuto, oppure prendendo i campioni dallo scarico dei mezzi impiegati per il trasporto (benne o nastri trasportatori). Un prelievo consiste nel prelevare dagli impasti, al momento della la posa in opera nei casseri ed alla presenza del direttore dei lavori o di persona di sua fiducia, il calcestruzzo necessario per la confezione di un gruppo di due provini (D.M.( 27 Luglio 1985). La media delle resistenze a compressione dei due provini di un prelievo p rappresenta la Resistenza di prelievo che costituisce il valore mediante il quale vengono eseguiti i controlli del conglomerato. Per la preparazione, la forma, le dimensioni e la stagionatura dei d provini di calcestruzzo vale quanto indicato nelle norme UNI EN e UNI EN Del prelievo, comunque effettuato, deve essere redatto apposito verbale contenente: località e cantiere; numero e sigla del prelievo; composizione del calcestruzzo; data ed ora del prelievo; provenienza del prelievo (betoniera, getto, etc.).

6 La preparazione dei provini con calcestruzzo prelevato in cantiere segue le seguenti norme: - il calcestruzzo fluido viene assestato nelle forme in due o più strati, con colpi di tondino di ferro del diametro di 10 mm; - il calcestruzzo di media consistenza viene costipato fino a rifluimento della malta in due o più strati consecutivi mediante pestelli; - il calcestruzzo a consistenza umida, e che in opera viene vibrato, viene posto nelle forme in un unico strato ed assestato con la vibrazione. Confezionatura del provino assestata a mano. Confezionatura del provino di calcestruzzo con pestello a mano.

7 Ottenuto il costipamento si procede a rasare con righello di metallo la superficie superiore. La sformatura si effettua dopo 24 ore dal confezionamento. Il prelievo dei provini deve essere fatto in presenza del rappresentate dell impresa e della direzione dei lavori e verbalizzato. Si dovrà specificare: -forma, dimensione e numero dei provini; -modalità di preparazione dei provini (costipati, battuti, vibrati, numero o dei colpi e peso dell attrezzo impiegato, tipo del vibratore e tempo di vibrazione). STAGIONATURA DEI PROVINI La stagionatura dei provini confezionati in cantiere può essere effettuata in tre modi: -stagionatura in condizioni definite di temperatura e di umidità; la temperatura può oscillare fra i 18 ed i 22 C C e l umiditl umidità deve essere superiore al 90%. Queste condizioni possono essere ottenute in locali appositamente costruiti ed attrezzati, oppure sistemando i provini sotto sabbia umida in baracca; - stagionatura nelle stesse condizoni ambientali delle strutture; - stagionatura accellerata, per provini provenienti da calcestruzzo per manufatti prefabbricati sottoposti a maturazione accellerata.

8 Tutti i provini devono essere prelevati dall ambiente ambiente di stagionatura non prima di due ore dall inizio delle prove. Quando il laboratorio prove si trova lontano e necessita il trasporto dei provini, questo deve avvenire con ogni cautela, con imballo in segatura o sabbia umida. Camera di stagionatura I provini possono essere prelevati anche da calcestruzzo già indurito; il metodo adottato è quello del carotaggio. È opportuno che il diametro della CAROTA non sia minore di tre volte il diametro massimo dell inerte impiegato nella confezione.

9

10 Dai campioni prelevati, che possono avere varie dimensioni, si ricavano r con successive lavorazioni i provini delle dimensioni stabilite dalle norme UNI per le prove di resistenza. Il verbale di prelevamento di campioni da calcestruzzo già indurito deve dare, oltre le usuali notizie, le seguenti indicazioni: - ubicazione del prelievo nella struttura, ed orientamento rispetto to al piano del getto; - metodo dell estrazione; estrazione; - metodo di lavorazione successiva per ricavare i provini dai campioni. PROVA DI ROTTURA UNI EN :2003 Prova sul calcestruzzo indurito - Resistenza alla compressione dei provini Prima di essere sottoposti a prove di rottura, i provini, comunque ue prelevati e confezionati, devono essere sottoposti a prova di regolarità geometrica: facce piane e parallele, angoli, retti, ecc. Se queste condizioni non sono verificate, si deve effettuare la spianatura con apposita macchina molatrice.

11 La spianatura può essere fatta anche con applicazione di pasta di cemento o gesso o altro idoneo materiale. I provini vengono inoltre pesati con una precisione dell 1%. La prova di schiacciamento è eseguita con pressa idraulica di adeguata potenza (Fig.31); il provino deve essere posto esattamente al centro di pressione, senza alcuna interposizione di materiale deformabile, come cartone, feltro o piombo, fra le facce del provino stesso ed i piatti della macchina. La pressione deve essere esercitata gradualmente fino alla completa rottura del provino. Si deve prendere nota del tipo di rottura. La resistenza si esprime in N/mmq o Kg/cmq.

12 La prova è accertata da un certificato in cui, oltre alle normali indicazioni, sono dichiarati: - la data della prova; - il peso del provino; - la resistenza a compressione in N/mmq o Kg/cmq; - il tipo di rottura; - eventuali difetti del provino o della prova. Il tipo di rottura del provino è indice della resistenza del calcestruzzo. Se il cubetto si rompe determinando una serie di piramidi più o meno regolari, con le facce che formano un angolo di circa 45 con la base, allora il calcestruzzo ha raggiunto senz altro una elevata resistenza a compressione. I calcestruzzo scadenti tendono invece a sbriciolarsi, senza precisi piani di rottura. Forma ed aspetto dei residui di provino dopo la prova di schiacciamento. iamento.

13 La formazione delle piramidi di rottura,, con le facce a 45, è conseguenza degli sforzi tangenziali, che hanno origine dalla compressione. Tali sforzi raggiungono r il massimo del valore in corrispondenza dei piani inclinati a 45,, ed è a causa di tali sforzi di scorrimento che si verifica la rottura del cubetto. Provini dopo la prova. PROVA DI COMPRESSIONE CLS INDURITO Scopo Scopo della prova è la determinazione del valore di rottura a compressione su provini di conglomerato cementizio indurito cubici e/o provini cilindrici. Norma di riferimento La norma di riferimento seguita è la UNI EN

14 Modalità Esecutive Lo sperimentatore verifica la planarità delle facce che deve risultare essere < di 0.05 mm: in caso che le stesse non lo siano, sottopone i provini a rettifica meccanica. Trascrive i dati del provino (sigla /posizione in opera). Misura con il calibro le dimensioni del provino e trascrive i valori espressi in mm. Pesa il provino Posiziona il provino tra i piatti della pressa facendo attenzione a centrarlo nel cerchio disegnato nel piatto inferiore. Accende la macchina, chiude il circuito e porta il provino a contrasto con il piatto superiore. Inserisce quindi la velocità di prova che deve essere pari a 50 N/cm2sec Al momento della rottura, annota il valore di rottura (N/mm2) e il tipo di rottura (1=Bipiramidale; 2sb=Sfaldamento piramidale; 2s0 =Sfaldamento obliquo; 3 =Sgretolamento); Scarica la macchina e ripone il residuo sul carrello che successivamente sarà depositato nell area di stoccaggio del materiale provato per almeno 20 gg. A fianco di ciascun provino si segna la data di effettuazione della prova

15 Le cubiere in acciaio plastica e polistirolo Pesatura La misurazione con il calibro

16 Rottura del provino e determinazione del tipo di rottura

17 Apparecchiatura per la sformatura del provino Rettificatrice Apparecchiatura per la verifica della planarità delle facce

18 PROVE NON DISTRUTTIVE SUI CALCESTRUZZI. LO SCLEROMETRO UNI EN :2001 2: Prove sul calcestruzzo nelle strutture Prove non distruttive - Determinazione dell'indice sclerometrico. Può essere molto utile conoscere la resistenza di un calcestruzzo o senza dover procedere alla rottura del campione; a questo scopo è stato ideato uno speciale strumento, lo sclerometro,, particolarmente utile nella verifica di strutture ultimate. Di semplice utilizzo, determina la resistenza alla compressione di manufatti in cemento.

19 Il suo funzionamento si basa su rimbalzo di una massa battente su di un pistone che appoggia sulla superficie del manufatto in calcestruzzo: : una potente molla scaglia una massa pesante con punta arrotondata (percussore) contro la superficie di calcestruzzo da esaminare; a seconda della maggiore o minore resistenza del calcestruzzo, il percussore rimbalza indietro, muovendo un indice su una scala graduata. Quanto più elevata è la resistenza del calcestruzzo, tanto maggiore è il rimbalzo. Lo strumento misura la durezza d urtod urto,, che dipende dalla resistenza del calcestruzzo; un opportuna taratura dello strumento permette quindi di risalire dalla d durezza d urto d alla resistenza a compressione. Misurando su una scala tale rimbalzo e riportandolo sulle curve del diagramma applicato allo strumento, si ricava la resistenza alla compressione, espressa ssa in Kg/cm2 oppure in Mpa.

20 Nella zona da controllare si effettuano in genere 10 saggi, cercando di evitare gli elementi grossi degli inerti. Il valore della resistenza si ottiene dalla media aritmetica delle letture, scartando quelle che si discostano troppo dalla media generale. In genere lo strumento dà valori inferiori ai reali per i calcestruzzi recenti o mantenuti molto umidi oppure gettati con casseforme metalliche. Si hanno valori superiori ai reali per calcestruzzi molto vecchi e induriti in ambiente secco. Precauzioni da osservare nelle prove sclerometriche.

21 Il grande vantaggio dello sclerometro è la possibilità di saggiare le strutture in conglomerato nei vari punti, con estrema rapidità e semplicità; è quindi indicato per le opere di collaudo. Occorre precisare che i dati rilevati con prove sclerometriche non n hanno valore giuridico; in casi di contestazione, è indispensabile procedere al prelievo mediante carotaggio dei provini regolamentati, per le prove di schiacciamento presso un Laboratorio rio Ufficiale. In ogni caso lo sclerometro è utile come prova indicativa.

22 CARATTERISTICHE MECCANICHE DEL CALCESTRUZZO PESO DI VOLUME Il peso di un metro cubo di calcestruzzo dipende dalla natura dei i componenti e varia lievemente a seconda del grado di compattezza e della quantità di cemento impiegato per la confezione. Le norme UNI 10012/67 stabiliscono, nel prospetto 2-1, 2 i seguenti valori: Kg per un metro cubo di calcestruzzo ordinario (non armato); Kg per un metro cubo di calcestruzzo magro (quantità di cemento inferiore a 200 Kg/mc); Kg > per un metro cubo di calcestruzzo armato (la presenza del ferro di armatura incide per circa 100 kg/mc mc).

23 RESISTENZA A COMPRESSIONE Prescrivere e successivamente ordinare un calcestruzzo "a resistenza" enza" significa aver già deciso almeno uno dei parametri fondamentali, in quanto agli effetti etti delle norme attuali, un calcestruzzo viene individuato tramite la resistenza caratteristica a compressione (N/ N/mmq), che nell allegato 2 del D.M. 9 gennaio 1996 è definita come "... la resistenza a compressione al di sotto della quale si può attendere di trovare il 5% della popolazione di tutte le misure di resistenza". Se per un certo calcestruzzo viene assunto un certo valore medio come resistenza caratteristica, vuol dire che il 95% delle le altre future prove dovranno dare un valore di resistenza uguale o superiore alla resistenza caratteristica. Nelle presenti norme, a meno di indicazione contraria, la "resistenza caratteristica" designa quella dedotta dalle prove a compressione a 28 giorni su cubi preparati e confezionati come al punto 3 "... cioè prelevando dagli impasti, al momento della posa in opera nei casseri, il calcestruzzo necessario per la confezione di un gruppo di due provini ovini". La media delle resistenze a compressione dei due provini di un prelievo p rappresenta la "Resistenza di prelievo", che costituisce il valore mediante il quale vengono eseguiti i controlli sul calcestruzzo.

24 La obbliga il progettista a inserire nel progetto la resistenza caratteristica del calcestruzzo con cui deve essere costruita l opera. l Occorre fare però attenzione a non confondere la resistenza media a a 28 giorni con quella caratteristica. Ogni provino è un campione di calcestruzzo estremamente ridotto rispetto al getto che deve rappresentare, e non è in grado di rappresentare la resistenza del calcestruzzo dal quale è stato ottenuto ed è quindi necessario aumentare il numero di campioni da sottoporre a prova, facendo molta attenzione a seguire sempre la stesa metodologia. Sia il confezionamento che la stagionatura dovranno essere uguali i per tutti i campioni perché sono molti i parametri esterni che possono influenzare i risultati ti delle resistenze finali: modalità di confezionamento del cubetto, lo stampo utilizzato, l ambiente l e il tempo della stagionatura. I valori di resistenza a compressione variano da un minimo di N/mmq ( Kg/cmq cmq) per quelli più scadenti, fino a N/mmq ( Kg/cmq cmq) ) per quelli ottenuto con ottimi materiali e perfette tecnologie. IL PROGETTISTA Le norme di regolamento obbligano il progettista (Legge 1086/71) ad indicare il valore della resistenza caratteristica richiesta per il conglomerato da impiegare nelle opere di cemento armato. IL DIRETTORE DEI LAVORI Il direttore dei lavori, durante l esecuzione l dei medesimi, provvederà ad eseguire i controlli di qualità del conglomerato realizzato, la cui resistenza caratteristica non deve essere inferiore a quella richiesta.

25 UNI EN 206-1:2001 Classe di Resistenza a compressione Resistenza caratteristica cilindrica minima Resistenza caratteristica cubica minima Classi di resistenza del calcestruzzo Rck,, riferite a provini cilindrici di diametro 150 mm ed altezza 300 mm. ed a provini cubici di 150 mm di spigolo. Ogni calcestruzzo è caratterizzato dalla sigla C seguita da due numeri, il primo dei quali indica la resistenza caratteristica cilindrica, il secondo quella cubica, entrambe espresse in N/mm2. N/mm 2 N/mm 2 Fck N/mm 2 Rck C8/ C12/ C16/ C20/ C25/ C30/ C35/ C40/ C45/ C50/ C55/ C60/ C70/ C80/ C90/ C100/

26 Misura della resistenza a compressione del calcestruzzo UNI EN :2002: Prova sul calcestruzzo indurito - Resistenza alla compressione Specifiche per macchine di prova La prova viene eseguita con diversi scopi tra cui: - quello del controllo di qualità della produzione, - la rispondenza alle specifiche contrattuali del calcestruzzo acquistato - la rispondenza alle specifiche di progetto di quello messo in opera, - il controllo del materiale in opera, Per la prova di compressione si impiegano provini cubici (in Italia e numerosi altri paesi europei) o cilindrici (Inghilterra, Stati Uniti, Canada, Australia).

27 Le diverse norme per la misura della resistenza a compressione, indicando in genere: - materiali, dimensioni e tolleranze delle forme per i provini, che c non si devono deformare a seguito del riempimento o della compattazione del conglomerato; - dimensioni delle forme in relazione al valore di Dmax (la dimensione minima della cassaforma dovrebbe essere almeno 5 volte quella del diametro massimo); - modalità del prelievo del calcestruzzo, modalità di riempimento e compattazione delle forme (si usa in genere la vibrazione, onde ottenere il minor volume di vuoti), procedimento di lisciatura della superficie libera dei provini; - tempo intercorrente tra l'impasto e la sformatura dei provini (secondo( UNI: 24 ore); - condizioni di stagionatura (secondo UNI: 20 C C e umidità relativa = 90%); - tempo massimo tra la fine della stagionatura e l'inizio della prova p (secondo UNI: 2 ore); - tolleranza di planarità delle superfici del provino su cui è applicata la compressione (secondo UNI: ± 0,05 mm); - angoli tra le facce di 90 ± 30'; - velocità di applicazione del carico (secondo UNI: 0,5 ± 0,2 N/mm2sec).

28 RESISTENZA A TRAZIONE UNI EN :2002 Prova su calcestruzzo indurito - Resistenza a trazione indiretta dei provini La resistenza a trazione di un calcestruzzo è piuttosto bassa e rappresenta una frazione della resistenza a compressione: in genere si assume pari ad 1/10 0 di quest'ultima, nell ordine di 1,5 2 N/mmq (15 20 Kg/cmq cmq). Questa resistenza non viene assolutamente considerata nei calcoli in quanto lo sforzo di trazione che può verificarsi in una struttura, viene interamente assorbita dall armatura armatura metallica. Sotto compressione gli aggregati determinano in modo attivo il comportamento c del materiale in quanto, essendo a contatto tra loro e con la pasta, riescono ad assorbire, deformandosi, buona parte degli sforzi. Sotto trazione l'interfaccia legante-aggregato, aggregato, pur essendo più o meno resistente in funzione del grado di scabrezza e porosità della superficie di quest'ultimo e della sua possibilità di formare legami chimici con la pasta di cemento, tuttavia costituisce sempre il punto debole della struttura del conglomerato.

29 RESISTENZA A FLESSIONE UNI EN :2002 Prova sul calcestruzzo indurito - Resistenza a flessione dei provini La resistenza a flessione del calcestruzzo non armato si calcola al lembo teso della sezione di mezzeria del provino al momento della rottura. Generalmente, varia fra i 1/5 ed i 1/10 della resistenza a compressione, quindi da un minimo di 1,5 N/mmq (15 Kg/cmq) ad un massimo di 10 N/mmq (100 Kg/cmq). RESISTENZA AL TAGLIO In un calcestruzzo ordinario la resistenza a sforzi di scorrimento o taglio può raggiungere i valori di 3,5 5 5 N/mmq ( Kg/cmq cmq). In genere si assume una resistenza pari a due volte e mezza quella di trazione.

30 MODULO DI ELASTICITA Il modulo di elasticità è una delle proprietà meccaniche fondamentali di qualsiasi materiale elastico-lineare, lineare, omogeneo e isotropo, e la sua conoscenza fornisce un dato essenziale per le applicazioni strutturali. Mentre nel caso dei materiali a microstruttura molto fine (ad esempio empio i materiali metallici) esiste in generale un esteso tratto iniziale della curva sforzo-deformazione ad andamento quasi perfettamente lineare, e quindi il modulo elastico (che ne è la pendenza) può essere tabellato ed utilizzato senza alcun problema, nel caso dei materiali compositi ositi che, come il calcestruzzo, hanno microstruttura fortemente disomogenea, il modulo elastico dipende da numerosi parametri. Essendo inoltre la curva sforzo-deformazione dei materiali compositi in generale non lineare, il modulo elastico va specificato o come pendenza iniziale della suddetta curva (Eci( = modulo dinamico) o come pendenza media (Ec( = modulo secante).

31 MODULO DI ELASTICITA Nel caso del calcestruzzo il modulo elastico è funzione della resistenza a compressione, che a sua volta dipende dal tipo e dalla dimensione massima dell'aggregato, dai rapporti di composizione dell'impasto e dalle condizioni di stagionatura. Anche se il calcestruzzo non segue propriamente la legge di Hooke,, il suo comportamento lo si approssima ancora a tale legge per semplicità di calcolo. Il modulo di elasticità inoltre varia nel tempo raggiungendo il valore massimo in circa 6 anni. Per i calcestruzzi di scarsa resistenza il valore di E può ritenersi circa N/mmq ( Kg/cmq cmq), mentre per un ottimo calcestruzzo E può raggiungere il valore di N/mmq ( Kg/cmq cmq).

32 FLUAGE DEL CALCESTRUZZO Con il termine francese FLUAGE si indica il fenomeno della deformazione lenta (o scorrimento viscoso) di un materiale mantenuto sotto carico costante nel tempo. Il comportamento meccanico del calcestruzzo è influenzato dal rapporto acqua - cemento (a/c): al decrecere di a/c dimunuisce anche lo scorrimento viscoso. Per il calcestruzzo il fluage si esaurisce in un periodo di tempo di circa tre anni. Duirante tale periodo di tempo si può determinare una deformazione tre volte superiore a quella che si ha subito dopo il carico della struttura ed è più elevato nei calcestruzzi di scarsa resistenza. Effetti del fluage del calcestruzzo in una trave in cemento armato sotto carico fisso nel tempo. La freccia di inflessione può essere stimata fra i per mille di lunghezza.

33 Decreti ministeriali: D.M. 20 novembre "Norme tecniche per la progettazione, esecuzione e collaudo degli edifici in muratura e per il loro consolidamento". D.M. 9 gennaio "Norme tecniche per il calcolo, l esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e precompresso e per le strutture metalliche" - Parte I e Parte II D.M. 16 gennaio "Norme tecniche relative ai Criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi". D.M. 14 settembre "Norme tecniche per le costruzioni". (coesistente con i decreti precedenti fino al 31/12/2007, data in cui non potranno più essere applicati il D.M. 09/01/1996 e il D.M. 16/01/1996) D.M. 14 gennaio "Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni".