MALTE E CALCESTRUZZI

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1 MALTE E CALCESTRUZZI

2 Le malte La norma UNI del 2001, definisce la malta come un conglomerato costituito da una miscela di legante (ad esempio cemento e/o calce), acqua, inerti fini (ad esempio sabbia) ed eventuali additivi, il tutto in proporzioni tali da assicurare lavorabilità all'impasto bagnato e resistenza meccanica allo stato asciutto, dopo la presa e l'indurimento.

3 Le malte

4 Le malte Le malte si ottengono mediante l impasto di calci aeree o calci idrauliche (leganti), sabbia (inerte), acqua ed eventuali additivi. Le malte aeree fanno presa e induriscono solo in presenza d aria e si ottengono attraverso la miscelazione di gesso o calce aerea con sabbia e acqua. Le malte idrauliche una volta fatta presa possono indurire anche in presenza di acqua, sono composte da cemento o calce idraulica, inerti e acqua. Malta cementizia

5 Le malte e i calcestruzzi I leganti Si definiscono leganti i materiali ottenuti dalla cottura di materiali di origine minerale. Essi se mescolati con acqua danno vita a un impasto capace di indurire aderendo in maniera irreversibile alle superfici con le quali entrano in contatto. I leganti aerei induriscono e fanno presa solo in presenza di aria, i leganti idraulici induriscono e fanno presa anche in presenza di acqua.

6 Le malte e i calcestruzzi I leganti

7 Le malte e i calcestruzzi Principali famiglie di leganti Gesso: si ottiene dalla cottura della pietra di gesso con temperature comprese tra 130 e i 170 C. Esistono vari tipi di gesso tra cui quello per manufatti e per intonaco. Calce aerea: si ottiene dal calcare (carbonato di calce) cotto a circa 900 C. Ciò che si ottiene dalla cottura è definita calce viva che una volta aggiunta l acqua prende il nome di calce spenta ed è adatta all utilizzo in edilizia. Viene utilizzata come malta per intonaco, come legante di pietre e mattoni nella realizzazione delle murature e anche per la realizzazione di stucchi decorativi. Calce idraulica: si ottiene dalla cottura di marne o miscele di carbonato di calce e argille. La calce idraulica si può ottenere anche aggiungendo tufo pozzolanico (pozzolana) oppure loppa di altoforno alla calce aerea. Si usa sia per intonaci che per realizzare murature. Cemento: è composto generalmente da una miscela di silicati di calcio e alluminati di calcio, ottenuti dalla cottura ad alta temperatura di calcare e argilla oppure di marna. Il materiale ottenuto denominato clinker di Portland, viene finemente macinato e addizionato con gesso nella misura del 4-6% con la funzione di ritardante di presa. Il cemento Portland è alla base di quasi tutti i tipi di cemento attualmente utilizzati in edilizia.

8 Produzione della calce aerea La calce aerea si ottiene dalla cottura in forno dei carbonati di calcio CaCO 3 (pietra calcarea) alla temperatura di circa C. La cottura della pietra calcarea determina la seguente reazione chimica: CaCO 3 CaO + CO 2 Il carbonato di calcio perde l anidride carbonica CO 2 che si disperde in atmosfera e resta (sotto forma di zolle) l ossido di calcio CaO (calce viva)

9 Spegnimento della della calce aerea Produzione del grassello e della calce idrata La calce viva per essere utilizzata nella formazione della malta deve subire un ulteriore trattamento: lo spegnimento. Lo spegnimento consiste nella trasformazione, attraverso reazione con acqua, dell ossido di calce CaO in idrossido di calce Ca(OH)2 (calce spenta), secondo la seguente reazione chimica: CaO + H 2 O Ca(OH) 2 La calce spenta si può ottenere in due diversi modi dando luogo a due prodotti distinti: Spegnimento per aspersione, si spruzza sulle zolle di calce viva la quantità di acqua strettamente necessaria per lo spegnimento, si ottiene in tal modo calce idrata in polvere Spegnimento a grande acqua, si usano vasche con grandi quantità di acqua in cui avviene lo spegnimento delle zolle con una reazione molto violenta (l acqua va in ebollizione e si produce molto calore) si ottiene in tal modo il grassello di calce

10 Le malte e i calcestruzzi: i leganti Tipi di cemento Per cemento si intende un materiale dotato di proprietà adesive e coesive, capace di legare tra loro frammenti minerali e rocciosi in una massa unica. L attuale cemento da costruzione è composto generalmente da una miscela di silicati di calcio e alluminati di calcio, ottenuti dalla cottura ad alta temperatura di calcare e argilla oppure di marna. Il materiale ottenuto denominato clinker di Portland, viene finemente macinato e addizionato con gesso nella misura del 4-6% con la funzione di ritardante di presa. Il cemento Portland è alla base di quasi tutti i tipi di cemento attualmente utilizzati in edilizia. Nell ambito della Comunità europea la produzione dei cementi è basata sui requisiti composizionali, prestazionali e produttivi stabiliti dalla norma EN recepita a livello nazionale dalla norma UNI EN In accordo con questa normativa, i cementi possono essere prodotti utilizzando i seguenti costituenti principali: - clinker di cemento Portland (K); - gesso; - pozzolane naturali (P) e naturali calcinate (Q); - ceneri volanti di tipo silicico (V) e calcico (W); - loppe granulate d altoforno (S); - microsilici o fumo di silice (D); - calcari (L o LL); - scisti calcinati (T). Le Norme UNI EN (Cemento. Composizione, specificazioni e criteri di conformità) raggruppano i cementi in 5 tipi principali: Tipo I Cemento Portland Tipo II Cemento Portland composito Tipo III Cemento d altoforno Tipo IV Cemento pozzolanico Tipo V Cemento composito. Inoltre i cementi sono classificati in 3 Classi di resistenza meccanica a 28 giorni di stagionatura: N/mm 2

11 Le malte e i calcestruzzi: aggregati o inerti Gli aggregati, detti anche inerti, sono elementi che non partecipano ai processi chimici di presa ed indurimento e sono aggiunti alla miscela allo stato sciolto con pezzatura e dimensioni variabili. Gli inerti ordinari possono essere naturali (ghiaia prelevata da depositi di origine alluvionale o ottenuta dalla frantumazione di rocce), o artificiali (argilla espansa, perlite, vermiculite). E possibile usare come aggregati anche materiali provenienti dal processo di riciclaggio dei rifiuti di demolizione di altre costruzioni. Gli aggregati fini come la sabbia sono prelevati in cava o dai letti dei fiumi con l estrazione che può avvenire nella falda o sotto la falda acquifera a seconda del giacimento del materiale da prelevare. Perlite Ghiaia Pietrisco da frantumazione Pietrisco da materiale riciclato Sabbia di cava Sabbia di fiume

12 Le malte e i calcestruzzi: aggregati o inerti Classificazione degli inerti Sabbia di fiume p.e. Polvere di marmo Ghiaia p.e. Pietrisco

13 Le malte e i calcestruzzi: aggregati o inerti La sabbia è l'inerte principalmente utilizzato nella preparazione della malta. A seconda della granulometria, si divide in: - sabbia fine, che si usa per realizzare intonaci lisci; - sabbia media, per intonaci e allettamento delle murature; - sabbia grossa, per intonaci rustici e murature. Si considera di solito che maggiore è la dimensione dell'inerte, maggiore sarà la resistenza meccanica della malta, mentre più fine sarà l'inerte, migliore sarà la lavorabilità della malta. Le differenti granulometrie dell inerte si ottengono facendo passare la sabbia in una serie di setacci con fori di diametro diverso.

14 Le malte e i calcestruzzi: aggregati o inerti Come inerti nelle malte malta possono essere impiegati anche altri materiali: la cosiddetta polvere di marmo, ricavata dalla frantumazione meccanica di rocce calcaree (per la preparazione dell intonaco a stucco), la pozzolana (per dare idraulicità alla malta), i mattoni frantumati (anche questo inerte ha ottime qualità idrauliche si ricordi p.e. l intonaco di cocciopesto dell antichità romana).

15 Le malte e i calcestruzzi: classificazione delle malte per quantità di legante In relazione al quantitativo di legante impiegato nell'impasto le malte possono essere classificate in: malte magre, quando il quantitativo di legante non è sufficiente a riempire i vuoti tra i granuli della sabbia. malte grasse, quando il quantitativo di legante è sufficiente a riempire i vuoti di cui sopra. malte ricche, quando il quantitativo di legante è superiore a quello sufficiente. malte molto ricche, quando il quantitativo di legante è notevolmente superiore a quello sufficiente Dosaggi di alcuni tipi di malte

16 Il calcestruzzo Il calcestruzzo, o conglomerato cementizio, si ottiene miscelando il legante idraulico (oggi pressoché esclusivamente il cemento) con aggregati di diverse dimensioni, acqua ed eventualmente additivi per migliorarne le prestazioni (p.e. fluidificanti-plastificanti, acceleranti e ritardanti, antigelo) I calcestruzzi vengono utilizzati in edilizia per la realizzazione di strutture portanti, sottofondi e riempimenti. Pasta = miscela di leganti e acqua Malta = miscela di legante, acqua e aggregati fini (sabbia) Calcestruzzo = miscela di legante, acqua e materiali lapidei di diversa granulometria (sabbia, ghiaia, pietrisco)

17 Il calcestruzzo

18 Il calcestruzzo Oltre al calcestruzzo normale vi sono calcestruzzi leggeri, cellulari e alveolari. Nel calcestruzzo alleggerito i normali aggregati (sabbia, ghiaia o pietrisco) sono sostituiti da materiali leggeri in granuli come l argilla espansa o la perlite espansa. Il calcestruzzo alleggerito è meno pesante del comune calcestruzzo, isolante ed idrorepellente. Vermiculite espansa Sottofondo di calcestruzzo alleggerito Argilla espansa Il calcestruzzo cellulare e quello alveolare sono caratterizzati dalla presenza di piccolissime cavità e fessure nella propria struttura, esse si ottengono attraverso l aggiunta di particolari additivi. Contrariamente alla maggior parte dei calcestruzzi, per la sua realizzazione non vengono usati inerti di dimensioni superiori alla sabbia. Alcuni nomi commerciali: Gasbeton, Siporex.

19 Il calcestruzzo armato Il calcestruzzo cementizio armato (o cemento armato) è un materiale artificiale ottenuto unendo il conglomerato cementizio ad elementi metallici (armature) generalmente costituiti da barre di sezione circolare. Tale unione ha lo scopo di ripartire tra i due elementi, la resistenza della costruzione alle azioni che deve sopportare, in modo da sfruttare le diverse qualità elastiche dei due materiali: in particolare la resistenza alle sollecitazioni di compressione è affidata al conglomerato cementizio, quella agli sforzi di trazione alle armature metalliche.

20 Barre e trefoli di armatura

21 Cenni storici sul cemento armato Nella seconda metà dell ottocento il giardiniere francese Joseph Monier ( ) pensò d'aumentare la durata dei vasi di fiori costruendoli con del calcestruzzo in cui annegò una rete metallica brevettando, in seguito, tale procedimento. Monier pur non essendo un tecnico intuì i pregi del cemento armato comprenderne le enormi possibilità d'applicazione. Infatti al primo brevetto ne seguirono altri: , costruzione di tubi e serbatoi , costruzione di ponti (nel 1875 costruì un ponte pedonale lungo 16 m.) , costruzione di scale , molteplici applicazioni che ponevano in rilievo la durata e la resistenza del sistema costruttivo. In questi brevetti sono contenuti alcuni principi sulla disposizione delle armature basati su concetti empirici che ci consentono di ritenere Monier il vero ideatore del cemento armato.

22 Cenni storici sul cemento armato François Hennebique, nel 1879, gettò la sua prima soletta di cemento e nel 1892 brevettò a Bruxelles il suo sistema costruttivo Nel 1887 che l'ing. Wayss ed il prof. Bauschinger di Monaco, sulla base di esperienze sperimentali, fissarono i due principi fondamentali del sistema: l'aderenza acciaio-calcestruzzo che impone ai due materiali di agire staticamente assieme ed il posizionamento delle armature di acciaio in prossimità del lembo teso I primi fondamenti del calcolo furono pubblicati da Mattias Könen nel Le prime norme sul calcolo e sulla esecuzione delle strutture in cemento armato furono tedesche e giunsero nel 1904.

23 Le prime significative costruzioni in cemento armato Ponte Risorgimento progetto e costruito dall ing. G. Antonio Porcheddu con la tecnologia dell ing. François Hennebique, Roma 1911 Casa in Rue Franklin di Auguste Perret, Parigi 1903

24 Le prime significative costruzioni in cemento armato Villa Savoye a Poissy, Parigi. Le Corbusier 1931

25 Le prime significative costruzioni in cemento armato Casa Farnsworth di Ludwig Mies van der Rohe. Progettata e costruita, tra il 1945 e il 1951, è collocata in un contesto rurale a 80 chilometri a ovest di Chicago

26 Il calcestruzzo armato L'unione dei due materiali è possibile per le seguenti ragioni: - il calcestruzzo di cemento ed il ferro hanno coefficienti di dilatazione termica pressoché uguali, per cui dalla loro unione non nascono, per le variazioni di temperatura, sollecitazioni secondarie pericolose; - i due materiali hanno reciprocamente un alto potere adesivo, per cui nella loro unione si ha una efficiente e sicura trasmissione di deformazioni e di sforzi tra un materiale e l'altro; - il ferro annegato nel calcestruzzo viene preservato dalla ossidazione, ha per tale ragione una durata maggiore di quello che potrebbe avere se fosse esposto agli agenti atmosferici. Normalmente nel calcestruzzo, grazie alla calce che si forma per idratazione del cemento, il PH risulta fortemente basico (PH 12-14) e i ferri vengono così passivati e protetti dall ambiente alcalino tramite la formazione di un film passivante di ossido di ferro molto aderente e impermeabile che impedisce l ulteriore ossidazione.

27 Casseforme o casseri Le casseforme o casseri sono le forme entro cui viene gettato l'impasto, perché si rassodi nella forma voluta. Le casseforme sono sorrette dall'armatura di servizio atta a reggere il peso del calcestruzzo, delle casseforme stesse e dei sovraccarichi insistenti durante la costruzione.

28 Calcestruzzo armato precompresso Il cemento armato precompresso nasce per utilizzare in modo più completo le resistenze dei materiali (a compressione del calcestruzzo ed a trazione dell acciaio). L idea alla base della pre-sollecitazione ha il suo fondamento nel sottoporre il calcestruzzo, prima di applicare i carichi esterni, ad una compressione in tutte quelle parti in cui i carichi esterni produrranno trazioni; in tal modo questi avranno l effetto di attenuare le compressioni inizialmente conferite. Si raggiunge in definitiva lo scopo di avere tutta la sezione di calcestruzzo sottoposta a compressione. Il materiale viene sfruttato per intero nella sua capacità di resistenza col risultato di avere travi molto più piccole e leggere.