Calcestruzzo autocompattante e prefabbricazione. Resoconto di uno studio di fattibiilità. Francesco Biasioli Politecnico di Torino

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1 Calcestruzzo autocompattante e prefabbricazione Resoconto di uno studio di fattibiilità Francesco Biasioli Politecnico di Torino Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica Incontro ASSIAD Bologna, 9 Giugno 2005

2 OBIETTIVI DELLO STUDIO 1.. OTTIMIZZAZIONE DELLA RICETTA IN USO (cls reoplastico) - Applicazione del metodo MF-CF - Determinazione della miscela R2 Mix3 2. PROGETTO DI CALCESTRUZZO AUTOCOMPATTANTE (SCC) - Progetto preliminare della miscela - Determinazione della miscela SCC Mix industriale - Confronto tra fornitori 3. VALUTAZIONE ECONOMICA E TECNICO-QUALITATIVA - Il metodo del MATERIALE EQUIVALENTE - Le Tabelle di valutazione

3 OTTIMIZZAZIONE DELLA RICETTA IN USO

4 Curve granulometriche 100% 90% 80% % Passante 70% 60% 50% 40% 30% Sabbia fine Sabbia naturale Pisello 5/15 Ghiaia 8/20 20% 10% 0% Numero d'ordine del vaglio i

5 MATERIALE RICETTA R2 ORIGINALE QUANTITA UNITA DI MISURA Miscela originale NOTE Sabbia fine 270 Kg 15% Sabbia naturale 720 Kg 40% Pisello 5/ Kg 31% Ghiaia 8/ Kg 14% CEM I 52,5 R 400 Kg AGGIUNTE - - ACQUA 190 lt ADDITIVO 2,45 lt A/C = 0,475 Rck = 55 [N/mm 2 ] 31% Pisello 5/15 40% Sabbia naturale 14% ghiaia 8/20 0,61 lt per 100kg di cemento 15% Sabbia fine Acqua 19,0 1% Additivo 0,23% Cemento 12,90% Percentuale passante [%] Aria inglobata 1,6 0 % Pisello 5/15 19,91% Inert i 66,26% Ghiaia 8 /20 9,40% Sabbia fine 10,08% Sabbia naturale 26,87% % in massa degli aggregati % in volume degli elementi 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Numero d'ordine del vaglio i riferimento (Bolomey) curva reale fuso

6 Ottimizzazione: metodo MF-CF 1. Calcolo del MF e CF per ogni classe di aggregato e del MF RIF e CF RIF per la curva di riferimento (Bolomey); MF n T i,% i= 1 i= 0 = = n 100 n i= 0 i t t i,% i,% CF n n 2 2 i ti,% i i= 0 i= 0 = = n 100MF i= 0 t i t i,% i,% 2. Calcolo delle caratteristiche granulometriche, (x; y): x = i MFi MF RIF y i = MFi MF RIF CFi CF RIF 3. Risoluzione del sistema: p p p3,4 = p1 x p2 x p 100 p1 y p2 y p P1 j p1 + P2 j p Pnj pn = P 100 p1 = 23% Ghiaia 8/20 3,4 3,4 x y RIF, j 3,4 3,4 = = p p p = 30% = 28% = 19% Pisello 5/15 Sabbia naturale Sabbia fine

7 Composizione dell R2 Mix3 100,0% MATERIALE RICETTA R2 MIX 3 QUANTITA UNITA DI MISURA NOTE 90,0% 80,0% Sabbia fine Kg 21% Sabbia naturale Kg 32% Pisello 5/ Kg 19% Ghiaia 8/ Kg 28% CEM I 52,5 R Kg AGGIUNTE - - ACQUA lt Percentuale passante [%] 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% curva ideale curva reale fuso ( 10%) Mix 3 MF-CF ADDITIVO 2,45 2,17 lt 0,57 lt per 100kg di cemento 20,0% 10,0% A/C = 0,475 A/C = 0,450 Rck = 55 [N/mm 2 ] Pisello 19% Ghiaia 28% Sabbia naturale 32% % in massa degli aggregati Sabbia fine 21% 0,0% Numero d'ordine del vaglio i L impasto della ricetta R2 Mix3 presenta: - ottima lavorabilità, - buona consistenza, - assenza di segregazione, - buon scorrimento.

8 RESISTENZA A COMPRESSIONE R2 Mix 3 N. Cub. Data confez. provini Ora confez. Provini Tempo maturaz T [ C] Tempo di maturazione Peso medio cubetto [gr] Data rottura provini Ora rottura provini Resistenza a rottura [N/mm 2 ] 2 6-lug < h lug , lug < h lug , lug gg lug , lug gg ago ,10 Sviluppo della Resistenza "R2" Mix 3 - senza maturazione a vapore- 60 Resistenza [N/mmq] Cubetto realizzato Tempo [gg di maturazione] con la miscela R2 Mix3

9 PROGETTO DI CALCESTRUZZO AUTOCOMPATTANTE

10 ORIGINE Nasce in Giappone negli anni 80 (1986, Okamura, Univ.. di Tokyo) Si diffonde in Europa negli anni 90 per le sue specifiche - FLUIDITA - ASSENZA DI SEGREGAZIONE - CAPACITA DI RIEMPIMENTO CARATTERISTICHE - STABILITA (caratteristiche inalterate) - AUTOCOMPATTABILITA - RESISTENZA - DURABILITA

11 - Eliminazione vibrazione; - Risparmio di personale; - Risparmio di energia; - Miglior utilizzo dei casseri; - Resistenze più elevate; - Miglior faccia a vista; PREFABBRICATORE - Qualità e durabilità dell opera; - Miglior faccia a vista; COMMITTENTE VANTAGGI DELL SCC OPERATORI - Eliminazione rumore - Prevenzione problemi di salute (uditivi, cardiaci, circolatori, white fingers, ); - Maggior libertà nella progettazione (sezioni ridotte, densamente armate,..); PROGETTISTA DIREZIONE LAVORI - Eliminazione di aggiunte di acqua in cantiere - Tempi ridotti di messa in opera

12 QUALIFICAZIONE DELL SCC Per essere definito autocompattante, un calcestruzzo deve superare una serie di prove allo stato fresco che caratterizzano le caratteristiche reologiche dell impasto Slump-Flow V-Funnel L-Box, U-BoxU J-Ring

13 SLUMP-FLOW (prova di spandimento UNI 11041) Definisce: - Lavorabilità del cls - Tendenza del cls alla segregazione Valori di accettazione: - Dm > 600[mm] SLUMP-FLOW Test

14 V-FUNNEL (tempo di efflusso dall imbuto UNI 11042) Definisce: - Capacità del cls di passare attraverso forme ristrette - Tendenza del cls alla segregazione e al bloccaggio Valori di accettazione: Te = 4-12[sec] V-FUNNEL Test

15 L-Box TEST (scorrimento confinato mediante scatola ad L UNI 11043) Identifica: - Capacità del cls di fluire attraverso un apertura tra armature senza bloccarsi - Tendenza del cls alla segregazione Valori di accettazione: (h2/h1) > 0,8 [-] L -Box Test

16 U-BOX (scorrimento confinato mediante scatola ad U UNI 11044) Identifica: - Capacità del cls di autocompattarsi - Tendenza del cls alla segregazione Valori di accettazione: (h1-h2) < 30[mm] U Box Test

17 Identifica: J-RING (scorrimento confinato mediante anello a J UNI 11045) - Capacità del cls di passare attraverso armature Valori di accettazione: Df > 50 [mm] rispetto allo scorrimento senza anello J-RING Test

18 PROGETTO DI MISCELA SCC

19 1. REQUISITI DI PROGETTO - Calcestruzzo con Rck = 55[N/mm 2 ]; - Tipo di cemento: CEM I 52,5R; - Classe di esposizione ambientale: XF1 -Rapporto(a/c)max = 0,55 (UNI EN 206-1:2001); - Contenuto minimo di cemento : 300 [kg/mc] - Diametro massimo degli aggregati D max = 20[mm]; 2. CONTENUTO DI CEMENTO E ACQUA 3. CONTENUTO DI FINISSIMI (tra kg/mc) 4. RAPPORTO ACQUA/FINISSIMI (tra 0,31-0,36) 5. VOLUME ADDITIVO MATERIALE MISCELA PRELIMINARE SCC MODIFICA PRELIMINARE QUANTITA UNITA DI MISURA Sabbia fine - Kg Sabbia naturale NOTE 892 Kg 52% Pisello 5/ Kg 29% Ghiaia 8/ Kg 19% CEM I 52,5 R 390 Kg AGGIUNTE 90 Kg ACQUA 175,5 lt 6. VOLUME PASTA (circa 400 [lt/mc]) 7. VOLUME AGGREGATI (rapporto ponderale tra aggregato grosso e sabbia indicativamente pari a1) ADDITIVO 2,40 lt A/C = 0,45 Rck = 55 [N/mm 2 ] 0,50 lt per 100kg di cemento + filler

20 MATERIALE SCC MIX industriale QUANTITA SCC Miscela di produzione UNITA DI MISURA Sabbia fine - Kg Sabbia naturale NOTE 950 Kg 56% Pisello 5/ Kg 36% Ghiaia 8/ Kg 8% Sabbia naturale 56% Ghiaia 8/20 8% Pisello 5/15 36% % in massa degli inerti CEM I 52,5 R 380 Kg AGGIUNTE 90 Kg ACQUA 185 lt ADDITIVO 2,82 lt A/C = 0,487 Rck = 55 [N/mm 2 ] 0,60 lt per 100kg di cemento+ filler Cemento 12,26% Acqua 18,50% Filler 3,91% Pisello 5/15 23,06% Inerti 64,05% Sabbia naturale 35,87% Calcestruzzo fluido, omogeneo, non segregato, privo di bleeding, con buona reologia e resistenze elevate. Additivo 0,28% Aria inglobata 1,00% Ghiaia 8/20 5,12% % in volume degli elementi

21 Test Metodo di prova Slump-flow UNI Risultati ottenuti Diametro medio (Dm) = V-funnel UNI Tempo di efflusso t= 710 [mm] 11,45 [sec] Limiti caratteristici Dm > 600[mm] VERIFICATO 4-12 [sec] VERIFICATO L-box UNI (h 1 /h 2 ) = 1 (h 1 /h 2 ) > 0,8 VERIFICATO U-box UNI h=(h1*-h2*) = 20 [mm] h < 30[mm] VERIFICATO J-ring UNI Diametro medio (Dm) = 5 [mm] f 50[mm] rispetto allo scorrimento senza anello VERIFICATO Sviluppo Resistenza SCC Mix produzione Resistenza [N/mmq] Età di maturazione [gg]

22 GETTO DI TEGOLO TT

23 VALUTAZIONE TECNICO-ECONOMICA ECONOMICA

24 COSTI DIRETTI (MATERIALI) R2 MIX 3 SCC MIX INDUSTRIALE Nell analisi i costi non sono espressi in valore assoluto, bensì in quantità di MATERIALE EQUIVALENTE Si rapportano le varie voci di costo a una di esse (ad esempio il cemento), così da ottenere il costo di ogni singola voce espresso in quantità (kg) di tale materiale anzichè in valore assoluto. Materie prime Incidenza % del costo del materiale sul costo totale di 1[m3] di cls cemento eq. [kg] Incidenza % del costo del materiale sul costo totale di 1 [m3] di cls cemento eq. [kg] Variazione percentuale dei [kg] di cemento equivalente (rispetto all'r2 Mix3) FILLER 0% 0 4,0% % PISELLO 5/15 SABBIA NATURALE 3,0% 17 4,9% 31 76,3% 10,0% 58 15,3% 95 62,9% ADDITIVO 11,0% 64 13,4% 84 30,2% ACQUA 0,4% 3 0,4% 3 8,2% CEMENTO 64,7% ,9% 380 0% GHIAIA 4,4% 26 1,1% 7-73,4% SABBIA FINE +6,3% 6,5% 38 0% 0-100% +6,3% TOTALE 100% % ,3%

25 Sabbia fine; -100% Ghiaia; -73,4% Acqua; 8,2% Cemento; 0% Additivo; 30,2% Sabbia naturale; 62,9% Pisello; 76,3% Filler; 100% 100% 80% 60% 40% 20% 0% -20% -40% -60% -80% -100% Variaz. % dei [kg] di cemento equivalente

26 COSTI (DIRETTI + INDIRETTI): VARIAZIONE % PER PRODUZIONE DI TEGOLO TT Personale; 22,9% Materie prime; 20,0% Oneri finanziari e tributari; 16,8% Elenco voci R2 MIX 3 Incidenza % del costo del materiale sul costo totale di 1 tegolo TT Cemento equivale nte [kg] SCC MIX INDUSTRIALE Incidenz a % del costo del materiale sul costo totale di 1 tegolo TT Cemento equivalen te [kg] Variazione % dei [kg] di cemento equivalente (rispetto all'r2 Mix3) 25% Inserti e armature; 13,0% 20% Costi generali; 10,3% Personale in stabilimento; 7,7% 15% Attrezzature; 3,0% 10% Manutenzione; 2,2% Fabbricati; 1,4% Energia; 1,3% Assicurazioni; 1,2% Certificazioni; 0,05% 5% MATERIE PRIME 20,0% ,4% ,3% INSERTI E ARMATURE SPESE GENERALI 13,0% ,0% 762 0% Personale; 22,8% Materie prime; 21,4% Oneri finanziari e tributari; 16,9% 54,9% ,9% ,4% ENERGIA 1,3% 78 1,3% 76-3,2% Inserti e armature; 13,0% PERSONALE IN STABILIMENTO 7,7% 450 7,0% 408-9,5% Costi generali; 10,3% Personale in stabilimento; 7,0% ATTREZZATURE 3,0% 179 2,4% ,9% TOTALE 100% % ,4% 25% 20% 15% 10% Attrezzature; 2,4% Manutenzione; 2,2% Fabbricati; 1,4% Energia; 1,3% Assicurazioni; 1,2% Certificazioni; 0,05% 5% 0% R2 Mix 3-0,4% 0% SCC Mix industriale

27 Attrezzature; -21,9% Personale in stabilimento; -9,5% Energia; -3,2% Inserti e armature; 0% Spese generali; -0,4% Materie prime; 6,3% 10% 5% 0% -5% -10% -15% -20% -25% Variaz. % dei [kg] di Cemento equivalente

28 VALUTAZIONE TECNICO-QUALITATIVA R2 Mix 3 PROPRIETA NORMATIVA PESO VALORE VOTO PESO X VOTO Rcj - A 18 h s.v. 7 32,50[N/mm 2 ] 2 14 Sqm - A 18 h s.v. 4,5 3,70[N/mm 2 ] 2 9 Coeff. di variaz. - A 18 h s.v. 4,5 11,38% 1 4,5 Risp. mat. prime - (-6,3%) 4 Si 2 8 Penetrazione acqua UNI EN : [mm] 2 12 Diam. me fin.(dm,f) UNI Slump-test 4 23[mm] /300 Distr. aggr. grossi - Analisi visiva 4 Uniforme 3 12 Bleeding - Analisi visiva 5 Assente 3 15 Tempo di efflusso - Analisi visiva 5 Scarsa 1 5 h1 /h2 - Analisi visiva 2 Lieve 1 2 Altezza (h1-h2) - Analisi visiva 2 Assente 3 6 (dm,f - dm,r) - Analisi visiva 4 Scarso 1 4 Colore uniforme - Analisi visiva 1 Si 3 3 Struttura uniforme - Analisi visiva 4 Abbastanza 2 8 Sup. chiusa - Analisi visiva 4 Abbastanza 2 8 Screpolature - Analisi visiva 4 Assenti 3 12 Fessurazione - Analisi visiva 4 Assenti 3 12 Efflorescenze - Analisi visiva 1 Assenti 3 3 Rcm - A 28 gg s.v. 7 59,10[N/mm 2 ] 2 14 Sqm - A 28 gg s.v. 4,5 3,20[N/mm 2 ] 2 9 Coeff. Di variaz. - A 28 gg s.v. 4,5 4,10% 2 9 Risp. Proc. prod. - (+0,4%) 4 No 0 0 Rumore Elevato 0 0 VOTAZIONE CONSEGUITA 182/300

29 VALUTAZIONE TECNICO-QUALITATIVA SCC Mix PROPRIETA NORMATIVA PESO VALORE VOTO PESO X VOTO Rcj - A 18 h s.v. 7 37,10[N/mm 2 ] 3 21 Sqm - A 18 h s.v. 4,5 2,40[N/mm 2 ] 3 13,5 Coeff. di variaz. - A 18 h s.v. 4,5 6,47% 2 9 Risp. mat. prime - (+6,3%) 4 No 0 0 Penetrazione acqua UNI EN : [mm] 3 18 Ab. cono Abrams UNI Slump-flow 4 710[mm] 3 12 Distr. aggr. grossi UNI Slump-flow 4 Uniforme /300 Bleeding UNI Slump-flow 5 Assente 3 15 Deformabilità UNI V-funnel 5 11,45[sec] 2 10 Tend. bloccaggio UNI L-box Segregazione UNI U-box 2 20[mm] 3 6 Passaggio attr.ost. UNI J-ring 4 5[mm] 3 12 Colore uniforme - Analisi visiva 1 Si 3 3 Struttura uniforme - Analisi visiva 4 Si 3 12 Sup. chiusa - Analisi visiva 4 Si 3 12 Screpolature - Analisi visiva 4 Assenti 3 12 Fessurazione - Analisi visiva 4 Assenti 3 12 Efflorescenze - Analisi visiva 1 Assenti 3 3 Rcm - A 28 gg s.v. 7 61,00[N/mm 2 ] 3 21 Sqm - A 28 gg s.v. 4,5 1,70[N/mm 2 ] 3 13,5 Coeff. Di variaz. - A 28 gg s.v. 4,5 2,79% 3 13,5 Risp. Proc. prod. - (-0,4%) 4 Si 1 4 Rumore Assente 3 30 VOTAZIONE CONSEGUITA 271/300

30 VALUTAZIONI ECONOMICA TECNICO-QUALITATIVA Il costo complessivo della produzione dei tegoli TT è pressoché INVARIATO Si hanno una serie di vantaggi non valutabili economicamente che rendono vantaggioso l impiego dell SCC miglior faccia a vista degli elementi diminuzione del numero degli elementi scartati maggior libertà nella progettazione maggior resistenze del calcestruzzo miglior qualità e durabilità del cls miglior organizzazione produttiva ed ottimizzazione dei tempi di produzione calcestruzzo più impermeabile ambiente di lavoro più vivibile

31 LE LINEE GUIDA EUROPEE PER IL CALCESTRUZZO AUTOCOMPATTANTE

32 Promosse da 5 associazioni Europee (Cembureau: cemento; ERMCO: calcestruzzo preconfezionato; BIBM: prefabbricati i EFCA- EFNARC: additivi) Orientate ai prescrittori e ai progettisti più che ai produttori (no progetto delle miscele) Indicazioni su modalità di prescrizione, controllo, messa in opera Proprietà meccaniche (ritiro, viscosità, modulo.) Disponibili su o

33 Calcestruzzo autocompattante e prefabbricazione Resoconto di uno studio di fattibiilità Grazie per l attenzione! Francesco Biasioli Politecnico di Torino Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica Incontro ASSIAD Bologna, 9 Giugno 2005