COMPITO DI MATERIALI PER L EDILIZIA FEBBRAIO 2016 Prof. Luigi Coppola

COMPITO DI MATERIALI PER L EDILIZIA FEBBRAIO 2016 Prof. Luigi Coppola ESERCIZIO N 1 Per la realizzazione di una nuova pensilina nei pressi di Piazza Duomo a Milano, il progettista decide di utilizzare quattro putrelle HEA 100 in acciaio inossidabile AISI 304 per sorreggere una copertura dal peso complessivo pari a 173 tonnellate. Sapendo che l altezza dei profilati metallici è pari a 4 m, determinare l abbassamento complessivo della pensilina. Lo studio di progettazione decide di proporre una variante al progetto utilizzando solamente due putrelle HEA140 in acciaio AISI 304. Calcolare l abbassamento della pensilina in questa configurazione. Riportare inoltre su un diagramma sforzo-deformazione lo stato tensionale delle putrelle nelle due varianti. Alla luce dei tradizionali approcci progettuali, cosa si può concludere rispetto ai valori ottenuti? Acciaio AISI 304: f y = 250 MPa; f u = 590 MPa; A% = 55%; E = 196 GPa Profilo HEA 100: Sezione = 21.24 cm 2 Profilo HEA 140: Sezione = 31.42 cm 2 ESERCIZIO N 2 Il mercato del pesce di Genova è uno dei mercati ittici più antichi d Italia e fornisce il pesce ad un gran numero di province nei pressi della Liguria. È ubicato a circa 1 km dal Molo Giano, punto di attracco per i numerosi pescherecci che ogni mattina riforniscono di merce il mercato, e presenta un pessimo stato di conservazione. Il comune, proprietario dell area, decide di finanziare un completo restyling della zona, dalla pavimentazione ai banchi, dagli impianti alle aree comuni. All interno di questo progetto si richiede la realizzazione di una vasca di raccolta delle acque di lavaggio delle casse del pesce e della relativa rete di adduzione alla fognatura comunale. La vasca, parzialmente interrata, sarà realizzata in c.a. e ha dimensioni 3m x 3m x 1m con pareti e fondale di spessore pari a 15 cm, armate con barre Φ14/15 disposte a 2.5 cm dalla superficie. La vasca è caratterizzata da un livello delle acque variabile. In fase di predimensionamento si ipotizza una resistenza pari a C25/30 mentre il progettista strutturale, per esigenze esecutive, richiede una resistenza minima pari a 20 MPa a 3 giorni dal getto. Il getto avverrà nel mese di aprile ad una temperatura che oscilla intorno a 13 C e sarà realizzato mediante canaletta. L impianto di betonaggio mette a disposizione i seguenti ingredienti: Cemento: CEM II/A-LL 42.5R, CEM III/A 42.5R Aggregati tondeggianti e lisci o frantumati e rugosi Diametro massimo degli aggregati 20 mm, 32 mm o 40 mm Additivo superfluidificante acrilico SA con dosaggi compresi tra 0.6 e 1% Additivo aerante La direzione lavori garantisce un controllo accurato del copriferro in opera. Pag. 1 a 16

1. Definire le prescrizioni di capitolato rivolte al produttore del conglomerato e all impresa esecutrice dell opera precisando anche eventuali ulteriori accorgimenti progettuali finalizzati a migliorare la durabilità dell opera. ESERCIZIO N 3 Sulla base dei risultati dei cubetti prelevati in cantiere e riportati in tabella, verificare se il controllo di accettazione del calcestruzzo è superato. Si richiede un calcestruzzo di classe C 32/40 per la realizzazione di una pavimentazione di un magazzino industriale di dimensioni 50 m x 100 m x 0.30 m ubicato nella periferia del comune di Verdello (BG). Inoltre, la direzione lavori richiede di effettuare un prelievo di carote h/d = 1 dagli elementi strutturali realizzati con i calcestruzzi non conformi. I risultati delle prove di schiacciamento delle stesse forniscono una resistenza del conglomerato in opera pari a R ck-opera = 33.0 MPa. Discutere della collaudabilità della struttura e, nell eventualità che il controllo non fosse soddisfatto, calcolare il valore caratteristico della resistenza a compressione da utilizzare per le verifiche strutturali in accordo con la normativa europea (EN 13791) e stabilire le eventuali responsabilità. PRELIEVO R cpi [N/mm 2 ] 1 40 2 45 3 38 4 41 5 50 6 39 7 49 8 44 9 44 10 46 11 38 12 41 13 37 14 52 15 50 ESERCIZIO N 4 (SOLO 9 CREDITI) Durante i lavori di ammodernamento della centrale termoelettrica di Fiume Santo a Porto Torres (SS) si richiede la realizzazione di un basamento in calcestruzzo debolmente armato che andrà a sostenere una turbina a vapore di nuova concezione da 160 MW. Tale apparecchiatura sarà installata all interno di un fabbricato caratterizzato dalla presenza di un atmosfera molto umida, in analogia con un ambiente esterno riparato dalle intemperie. L elemento fondale sarà parzialmente interrato, avrà dimensioni pari a 5,00 m x 4,00 m x 3,00 m e dovrà garantire una resistenza caratteristica pari a 35 MPa a 28 giorni. La realizzazione dei getti avverrà attraverso una pompa autocarrata nel periodo primaverile quando la temperatura oscilla attorno ai 18 C e il calcestruzzo sarà fornito da un impianto che dista circa 50 minuti dal cantiere. La centrale di betonaggio mette a disposizione i seguenti ingredienti: Pag. 2 a 16

Aggregati di dimensioni massime pari a 20 mm; 32 mm; 40 mm Aggregati frantumati e rugosi o tondeggianti e lisci Cemento CEM II/B-LL 32.5N, CEM II/A-LL 42.5R, CEMIV/A 42.5R Additivo superfluidificante SA con dosaggio compreso tra 0.6% e 0.8% Tenendo conto delle specifiche richieste dal progettista (in particolare la resistenza meccanica), calcolare la composizione del calcestruzzo atta a garantire integrità e durabilità delle strutture, inserendo eventuali prescrizioni aggiuntive. ESERCIZIO N 5 Durante la realizzazione di una palazzina nel comune di Dalmine (BG) si è riscontrata la presenza di numerose fessure su alcuni elementi strutturali del piano primo gettati in data 21/12/2015. Tali elementi ricadono nella classe di esposizione XC1 e sono stati realizzati con un calcestruzzo che presenta le seguenti caratteristiche: Resistenza caratteristica a compressione C40/50 Tipologia di cemento CEM III/A 42.5 N a/c = 0.40 additivo superfluidificante acrilico SA dosato all 1% sulla massa del cemento aggregati calcarei tondeggianti e lisci con diametro massimo pari a 20 mm consistenza S5 Il controllo di accettazione di tipo A è stato superato; i cubetti infatti presentano una R cm pari a 55 MPa e una R cmin pari a 48 MPa. A seguito della comparsa di evidenti fessure su un buon numero di elementi strutturali gettati in quella giornata e con la medesima fornitura di calcestruzzo, si è deciso di realizzare ulteriori indagini prelevando delle carote da sottoporre a compressione. Si riportano le caratteristiche più significative di due elementi strutturali realizzati con quella fornitura: il primo, senza evidenti dissesti, e il secondo, caratterizzato da un intensa fessurazione. PILASTRO SETTO Data di getto 21/12/2015 21/12/2015 Ora di getto 10:30 18:00 Dimensioni 40 cm x 40 cm x 3 m 10 cm x 100 cm x 3 m Cassero Pannelli di legno Prefabbricati in acciaio Lesioni Nessuna lesione evidente Intensa fessurazione Ubicazione Angolo sud-ovest, piano primo Fronte sud, piano primo Resistenza delle carote Rck = 45 MPa Rck = 30 MPa Maturazione umida 3 giorni, permanenza nel cassero 3 giorni, permanenza nel cassero Si riporta la curva di temperatura determinata da una sonda posta a poche centinaia di metri dal cantiere Pag. 3 a 16

Temperatura [ C] 10 8 6 4 2 0-2 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6-4 -6-8 Ore Stabilire le possibili cause dei dissesti, soffermandosi sulle differenze riscontrate tra i due elementi presi in esame. Quale sarà l unica soluzione alla NON COLLAUDABILITA dell elemento strutturale? In che modo si doveva operare (mix design, messa in opera, etc) per ovviare a questo inconveniente? ESERCIZIO N 6 Rispondere alle domande a risposta multipla riportate nel foglio allegato. Ad ogni domanda corrisponde UNA sola risposta esatta. Si raccomanda di leggere attentamente il testo delle domande. Pag. 4 a 16

RISOLUZIONE Esercizio n 1 L esercizio richiede di calcolare l accorciamento delle putrelle nelle due configurazioni; si procede quindi calcolando le tensioni interne e la corrispettiva deformazione, verificando di essere sempre in campo elastico. Noto il peso della pensilina è immediato determinare il carico totale sulle putrelle: N = m g = 173 t 9.81 m = 1697 kn s2 Il carico verrà equamente suddiviso tra i quattro pilastrini; si ottiene quindi uno sforzo pari a σ = N 1697000 N = A tot 4 2124 mm 2 = 199.74 MPa < 250 MPa = f y Essendo in campo elastico, è possibile determinare la deformazione e l accorciamento: ε = σ E 199.74 MPa = = 1.02 10 3 196000 MPa L = ε L 0 = 1.02 10 3 4000 mm = 4.08 mm Nel caso in cui la struttura venisse realizzata con due pilastrini HEA 140 si avrebbe uno sforzo pari a: σ = N 1697000 N = A tot 2 3142 mm 2 = 270.05 MPa > 250 MPa = f y Le tensioni risultano superiori alla tensione di snervamento; il materiale non si trova in campo elastico ma si trova sul ramo plastico del diagramma sforzo-deformazione. Non è possibile applicare la legge di Hooke. Alla luce di un corretto approccio progettuale si può affermare che: La soluzione con 4 putrelle HEA 100 è accettabile perché sollecita il materiale in modo tale da non superare la tensione di snervamento. Infatti, una corretta progettazione prevede sempre che i materiali che compongono le strutture si trovino in esercizio nel campo elastico; La soluzione con 2 putrelle HEA 140 non è accettabile perché sollecita il materiale ben oltre il limite imposto dallo snervamento. Si avrebbe quindi un materiale in fase plastica con deformazioni plastiche permanenti e difficilmente controllabili. Per poter impiegare solamente due pilastri a sostegno della pensilina è necessario: o Aumentare l area resistente dei pilastri (ad esempio impiegare 2 HEA 160) o Aumentare la resistenza meccanica del materiale, utilizzando un acciaio più prestante o Ridurre il peso della copertura modificando i materiali che la costituiscono Determinata la deformazione a snervamento dell acciaio AISI 304, si può tracciare il grafico sforzodeformazione. ε y = f y E = 250 MPa = 1.28 10 3 196000 MPa Pag. 5 a 16

Tensione [N/mm 2 ] 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 00.128 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 5522 deformazione [%] RISOLUZIONE Esercizio n 2.1 - DURABILITÁ: Individuazione delle classi di esposizione La vasca ha un livello di acqua variabile e quindi è soggetta a cicli di asciutto-bagnato (XC4); inoltre, è a diretto contatto con acqua contenente cloruri di origine marina derivanti dalle operazioni di lavaggio del pescato (XS3). DURABILITÁ XC4 MOTIVAZIONE CARBONATAZIONE Strutture esterne soggette a cicli di asciuttobagnato CLORURI XS3 Strutture esposte a spruzzi, maree e onde marine Classe di esposizione a/c max C(x/y) min c min (kg/m 3 ) cf min,dur (mm) Pag. 6 a 16 Aria inglobata [%] Spacing [μm] Aggregati non gelivi XC4 0.50 C32/40 340 30 -- -- -- XS3 0.45 C35/45 360 45 -- -- -- XC4 XS3 0.45 C35/45 360 45 -- -- --

DURABILITÁ: Ingredienti del calcestruzzo In funzione della struttura da realizzare diamo già le prescrizioni di capitolato sulla scelta degli ingredienti del calcestruzzo al fine di richiederne conformità sia alle normative che alla tipologia di struttura da realizzare. ACQUA D IMPASTO: 1. Acqua di impasto: conforme alla UNI EN 1008 ADDITIVO 2.1. Additivo superfluidificante di tipo acrilico ritardante provvisto di marcatura CE conforme ai prospetti 11.1 e 11.2 della norma UNI EN 934-2 ; AGGREGATI 3. Aggregati provvisti di marcatura CE conformi alle norme UNI EN 12620 e 8520-2. In particolare: 3.1. Aggregati con massa volumica media del granulo non inferiore a 2600 kg/m 3 ; 3.2. Classe di contenuto solfati AS0.2 e AS0.8 rispettivamente per aggregati grossi e per le sabbie; 3.3. Contenuto totale di zolfo inferiore allo 0.1%; 3.4. Assenza di minerali nocivi o potenzialmente reattivi agli alcali; CEMENTO 4. Cemento CEM III/A di classe 42.5R conforme alla norma UNI EN 197-1 e provvisto di marcatura CE; Si sceglie di utilizzare un CEM III/A 42.5R in quanto la struttura è esposta all azione dei cloruri contenuti nell acqua di mare. DURABILITÁ: Classe di contenuto cloruri Gli elementi in c.a. da realizzare sono soggetti alla presenza di cloruri, pertanto è necessario limitare la tolleranza di presenza di cloruri all interno della miscela a Cl 0.2: Classe di contenuto di cloruri: Cl 0.2 PREDIMENSIONAMENTO STRUTTURALE Il progettista richiede una resistenza minima pari a C25/30. La resistenza media vale, ipotizzando uno scarto del produttore pari a 5.0 N/mm 2 : R cm28,st = 30 + 1.48 5 = 37.4 N/mm 2 ; Dalle curve di correlazione tra il rapporto a/c e la resistenza media R cm in funzione del tipo di cemento utilizzato (grafico 12) si ottiene: (a/c) st = 0.57 REQUISITI AGGIUNTIVI: Esigenze esecutive La resistenza caratteristica richiesta alla struttura a 3 gg alla temperatura di 13 C è pari a R ck = 20 N/mm 2. (R ck) 3gg-13 = 20 MPa (R cm) 3gg-13 = 20 + 1.48 5 = 27.4 MPa Per poter utilizzare il Grafico 12, che si riferisce a calcestruzzi non aerati e maturati a 20 C, bisogna trasformare la resistenza media effettivamente da conseguire in una resistenza fittizia equivalente: (R cm) 3gg-20 = (R cm) 3gg-13 / 0.75 = 36.5 MPa (a/c) ese = 0.42 Pag. 7 a 16

REQUISITI AGGIUNTIVI: Tenuta idraulica La vasca di raccolta non contiene acque industriali o altamente inquinate. Si impone quindi una penetrazione di acqua inferiore a 20 mm. (a/c) acqua = 0.55 SCELTA DEL RAPPORTO (a/c) DEF ESIGENZE TENUTA DURABILITÁ STRUTTURALI ESECUTIVE IDRAULICA 0.45 0.57 0.42 0.55 0.42 a/c DEF Il valore più stringente per il rapporto (a/c) è dato dal soddisfacimento del requisito sulla resistenza a 3 giorni; pertanto, sarà necessario ricalcolare la resistenza caratteristica a 28gg. (a/c) DEF = 0.42 Ricalcolo resistenze : (R cm) 28gg-20 = 55 MPa (R ck) 28gg-20 = 55 MPa - 1.48 5 = 47.6 MPa (C40/50) a 28gg Ricalcolo penetrazione di acqua: P H2O = 2 mm CONTROLLO DI ACCETTAZIONE Il volume di calcestruzzo totale è pari a: V totale = {[(1 m x 3 m) x 4]+(3 m x 3 m)]} x 0.15 m = 3.15 m 3 TOTALE = 3.15 m 3 < 1500 m 3 CONTROLLO DI ACCETTAZIONE: TIPO A SCELTA DEL COPRIFERRO Il valore del copriferro nominale è scelto in funzione di: Copriferro minimo per la trasmissione degli sforzi D max 32 mm (ipotizzato) C min,b = Φ armatura = 14 mm Copriferro minimo per la durabilità Si tratta di un opera con vita nominale pari a 50 anni, secondo Eurocodice 2 (UNI EN 1992-1- 1) in classe strutturale S4 si ha: XC4 XS1 COGENTE 30 mm 45 mm 45 mm Pag. 8 a 16

Coefficienti correttivi durabilità Assunti pari a zero c min = max { 14 mm; 45 mm; 10 mm} = 45 mm Δc,dev = 5 mm c nom-calc = c min + Δc,dev = 45 + 5 = 50 mm c nom-stru = 25 mm c NOM,DEF = 50 mm SCELTA DEL DIAMETRO MASSIMO DELL AGGREGATO Dmax < Sezione minima/4 = 150 mm/4 = 37.5 mm Dmax < Interferro 5 mm = 150 mm - 5 mm = 145 mm Dmax < 1.3 Copriferro nominale = 1.3 50 mm = 65 mm Delle condizioni la più cogente, relativamente alla scelta del diametro massimo dell aggregato è quella relativa alla sezione minima. In accordo con quanto riportato nel testo si utilizza l aggregato avente diametro massimo pari a 32 mm. Diametro massimo dell aggregato : D max = 32 mm Risulta quindi verificata l ipotesi formulata in precedenza durante il calcolo del copriferro minimo per l aderenza. ARIA INTRAPPOLATA Utilizzando un aggregato di diametro massimo D max=32 mm l aria intrappolata sarà pari a 1.00±0.5 (%): Aria intrappolata : 1.00 ± 0.50 (%) RESISTENZA ALLA SEGREGAZIONE Volume acqua di bleeding (UNI 7122) < 0.1 % sull acqua d impasto SCELTA DELLA LAVORABILITÁ Valutate le modalità di getto mediante canaletta, si pone la lavorabilità pari a S4 ( L g = 160-210 mm). Lavorabilità al getto : S4 MATURAZIONE UMIDA Le condizioni ambientali richiederebbero una maturazione umida da effettuarsi per almeno 5 giorni con geotessile bagnato; tale prescrizione non è attuabile a causa dei requisiti operativi previsti dal progettista. Durata minima della maturazione umida con geotessuto bagnato: 3 giorni PRESCRIZIONI DI CAPITOLATO Ingredienti A1) Acqua di impasto conforme alla UNI EN 1008 A2) Additivo superfluidificante di tipo acrilico provvisto di marcatura CE conforme ai prospetti 11.1 e 11.2 della norma UNI EN 934-2 A4) Aggregati provvisti di marcatura CE conformi alle norme UNI-EN 12620 e 8520-2. In particolare: A4.1 - Aggregati con massa volumica media del granulo non inferiore a 2600 Kg/m 3 ; A4.2 - Classe di contenuto di solfati AS0.2 e AS0.8 rispettivamente per gli aggregati grossi e per le sabbie; A4.3 - Contenuto totale di zolfo inferiore allo 0.1%; Pag. 9 a 16

A4.4 - Assenza di minerali nocivi o potenzialmente reattivi agli alcali A5) Cemento CEM III/A di classe 42.5R conforme alla norma UNI EN 197-1 e provvisto di marcatura CE. Calcestruzzo B1) In accordo alle Norme Tecniche sulle Costruzioni (D.M. 14/01/2008) il calcestruzzo dovrà essere prodotto in impianto dotato di un sistema di controllo della produzione effettuata in accordo a quanto contenuto nelle Linee Guida sul Calcestruzzo Preconfezionato (2003) certificato da un organismo terzo. Non è sufficiente la certificazione del sistema di qualità aziendale in accordo alle norme ISO 9001/2000 ma è richiesto specificatamente che la certificazione riguardi il processo produttivo in accordo ai requisiti fissati dalle Linee Guida sopramenzionate B2) Calcestruzzo a prestazione garantita (EN 206-1) B3) Classi di esposizione ambientale: XC4, XS3 B4) Rapporto a/c max: 0.42 B5) Dosaggio minimo di cemento CEM IV/A 42.5 R: 360 kg/m 3 B6) Classe di resistenza a compressione minima: C40/50 B7) Classe di resistenza a compressione minima misurata su provini cubici maturati per 3 giorni in adiacenza alla struttura (alla temperatura di 13 C): C 16/20 B8) Controllo di accettazione: tipo A B9) Aria intrappolata: 1.00 ± 0.50 % B10) Diametro massimo dell aggregato: 32 mm B11) Classe di contenuto di cloruri: Cl 0.2 B12) Lavorabilità al getto: S4 B13) Volume di acqua di bleeding (UNI 7122): < 0.1% Struttura C1) Vita nominale della struttura: 50 anni C2) Copriferro nominale: 50 mm (45 mm + 5 mm) C3) Resistenza media (determinata in accordo al DM 14/01/2008) su carote h/d=1 estratte dalla struttura in opera > 0.85 R cm = 0.85 (R ck + 9.6) = 50.66 MPa C4) Durata minima della maturazione umida con geotessili bagnati: 3 giorni C5) Utilizzo di profili water-stop in corrispondenza delle riprese di getto verticali ed orizzontali oppure iniezione di resine espandenti mediante tubi microforati Pag. 10 a 16

RISOLUZIONE Esercizio n 3 Il volume di calcestruzzo gettato richiede un controllo di accettazione di tipo B, per il quale devono valere le seguenti condizioni: Nel caso in esame: { R cmp R ck + 1.4 S n R cp,min R ck 3.5 MPa PRELIEVO CONTROLLO Rcpi 1 40 2 45 3 38 4 41 5 50 6 39 7 49 8 1 44 9 44 10 46 11 38 12 41 13 37 14 52 15 50 Di conseguenza: R cp,min = 37 MPa R cp,m= 43.6 MPa S n = 4.95 MPa { R cmp = 43.6 MPa R ck + 1.4 S n = 46.94 MPa NON VERIFICATO R cp,min = 37 MPa R ck 3.5 MPa = 36.5 MPa VERIFICATO La prima disequazione non è verificata pertanto il calcestruzzo risulta non essere conforme a quanto prescritto dal progettista nel capitolato. Per calcolare l effettiva resistenza R ck, eff del calcestruzzo fornito in cantiere si sfrutta la disequazione non verificata: R ck, eff = R cmp 1.4 S n = 43.6 MPa 1.4 4.95 MPa = 36.66 MPa < R ck,progetto = 40 MPa R ck, eff = 36.66 MPa Pag. 11 a 16

Dalle prove di schiacciamento delle carote risulta una resistenza R ck-opera = 33.0 MPa, pertanto dovrà essere verificata la seguente disequazione: R ck-opera = 33 MPa 34 MPa = 0.85 R ck-progetto NON VERIFICATA La struttura non è collaudabile e sarà necessario procedere con una nuova verifica strutturale degli elementi considerando una resistenza pari a: R ck-ricalcolo = 33 MPa/0.85 = 38.82 MPa Per accertare le responsabilità, preso atto dell oggettiva responsabilità del fornitore di calcestruzzo, si esegue il controllo in opera sul calcestruzzo effettivamente fornito: R ck-opera = 33 MPa > 31.16 MPa = 0.85 R ck-eff VERIFICATA La responsabilità della non conformità è da attribuire solamente al produttore di calcestruzzo, reo di aver fornito un materiale di qualità inferiore rispetto a quanto richiesto nel capitolato. L impresa costruttrice ha invece realizzato le fasi di getto e vibrazione a regola d arte. Per questo motivo, il fornitore di calcestruzzo dovrà accollarsi gli oneri di ricalcolo e le eventuali spese di rinforzo, demolizione e ricostruzione al fine di rendere l opera collaudabile. RISOLUZIONE Esercizio n 4 L elemento da realizzare è sicuramente una struttura massiva in quanto di dimensioni rilevanti. Sarà necessario quindi mettere in atto tutte le misure necessarie a ridurre il calore prodotto dall idratazione del cemento e provvedere al mantenimento del gradiente termico tra cuore e superficie esterna del getto al di sotto dei 35 C. Nel testo si specifica che, a causa dell elevata umidità presente, è possibile assimilare il fabbricato ad un ambiente esterno protetto dalla pioggia. La struttura ricade quindi in classe di esposizione XC3. Classe di esposizione a/c max C(x/y) min c min (kg/m 3 ) cf min,dur (mm) Aria inglobata [%] Spacing [μm] Aggregati non gelivi XC3 0.55 C28/35 320 25 -- -- -- La scelta degli ingredienti sarà finalizzata a ridurre il contenuto di cemento e ad abbassare il calore di idratazione unitario, senza però dimenticare la resistenza a compressione minima richiesta dal progettista. Diametro massimo degli aggregati Tipo di aggregati SCELTE 20 mm 32 mm 40 mm Frantumati e rugosi Tondeggianti e lisci MOTIVAZIONI 40 mm Al fine di ridurre l acqua di impasto si sceglie l aggregato di dimensioni maggiori. Tondeggianti e lisci Pag. 12 a 16

Tipo di cemento Additivo superfluidificante CEM II/B-LL 32.5 N q 7 = 285-290 kj/kg CEM II/A-LL 42.5 R q 7 = 330-340 kj/kg CEM IV/A 42.5 R q 7 = 285-310 kj/kg SA 0.6% SA 0.8% Al fine di ridurre l acqua di impasto, si sceglie l aggregato tondeggiante e liscio che riduce la richiesta di acqua di 15 kg/m 3 CEM IV/A 42.5 R Vedi sotto SA 0.8% Si impone il dosaggio massimo possibile per ridurre l acqua di impasto e quindi il cemento. La scelta del tipo di cemento deve essere basata su due fattori principali: Calore di idratazione minore possibile Classe di resistenza adeguata per raggiungere la resistenza a compressione richiesta senza adottare un basso rapporto a/c (basso a/c => alto contenuto di cemento a parità di acqua => elevato calore di idratazione anche a fronte di calori unitari ridotti) Considerando il fatto che due dei tre cementi disponibili presentano dei calori unitari piuttosto simili, è opportuno valutare quale richiede il maggior rapporto a/c per raggiungere la resistenza richiesta dal progettista. Il progettista richiede una resistenza pari a C28/35. La resistenza media vale, ipotizzando uno scarto del produttore pari a 5.0 N/mm 2 : R cm28,st = 35 + 1.48 5 = 42.4 N/mm 2 ; Dalle curve di correlazione tra il rapporto a/c e la resistenza media R cm in funzione del tipo di cemento utilizzato si ottiene: (a/c) st = 0.44 per il cemento CEM II/B-LL 32.5N (a/c) st = 0.53 per il cemento CEM II/A-LL 42.5R (a/c) st = 0.54 per il cemento CEM IV/A 42.5R Si sceglie quindi il cemento di tipo IV che soddisfa nel contempo anche la richiesta legata alla durabilità (rapporto a/c massimo pari a 0.55). CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE DEL CALCESTRUZZO Acqua di impasto (aggregati s.s.a.) : Lavorabilità al getto : S5. La perdita di lavorabilità durante il trasporto per un tempo di trasporto pari a 50 minuti con temperatura esterna di 18 C, risulta pari a: ΔL = 6 cm. A seguito dell impiego di cemento (CEM IV/A 42.5R) deve essere effettuata un ulteriore aggiunta, quindi la perdita di lavorabilità risulta pari a ΔL = 6+2 = 8 cm. Grazie all impiego di un additivo SA dosato all 0.8% la perdita di lavorabilità si riduce del 50%. ΔL = 8 cm x (1-0.50) = 8 x 0.50 = 4 cm La lavorabilità alla miscelazione in centrale di betonaggio sarà, quindi: L m = 22 cm + 4 = 26 cm. Pag. 13 a 16

Lavorabilità alla miscelazione in centrale di betonaggio: L m = S5* ( 25 cm) Sapendo che la lavorabilità iniziale deve essere pari a S5* e si impiegano aggregati con D max 40mm si ricava l acqua d impasto, pari a 210 kg/m 3. Gli aggregati tondeggianti e lisci che riducono l acqua di impasto di 15 kg/m 3. La presenza del superfluidificante SA dosato allo 0.8% riduce il dosaggio di acqua del 20%. Di conseguenza a = (210-15) x 0.80 = 156 155 kg/m 3 Cemento: c = 156/0.54 = 288 kg/m 3 290 kg/m 3 Il dosaggio di cemento è inferiore al dosaggio minimo richiesto dalla durabilità (320 kg/m 3 ) ma è possibile operare in deroga a tale prescrizione a causa della massività del getto. Additivo: Il dosaggio di additivo è pari a 0.8% rispetto alla massa del cemento: Add = 288 x 0.008 = 2.30 kg/m 3 Aggregati totali: V agg = 1000 290/3.15 155 2.30 /1.08 7.5 = = 1000 92.1 155 2.1 7.5 = 743.3 litri Agg = 743.3 x 2.65 = 1969 1970 kg/m 3 Composizione del calcestruzzo INGREDIENTE DOSAGGIO [Kg/m 3 ] Acqua 155 Cemento CEM IV/A 42.5R 290 Aggregati s.s.a. 1970 Superfluidificante Acrilico 2.30 MASSA VOLUMICA CLS FRESCO 2420 Si verifica che il gradiente termico sia inferiore a 35 C: δt 7,max = c q 7 290 300 = = 32.7 C < 35 C ρ m 1.1 2420 Se avessimo utilizzato il cemento CEM II/B-LL 32.5N avremmo avuto un gradiente termico pari a 38.6 C mentre se avessimo utilizzato il cemento CEM II/A-LL 42.5R avremmo avuto un gradiente termico pari a 36.6 C. Pag. 14 a 16

RISOLUZIONE Esercizio n 5 La località e la data di getto dovrebbero far pensare subito a problematiche derivanti da getti in clima rigido. Osservando il grafico della temperatura nel tempo si può notare come queste siano superiori allo zero durante la giornata ma ampiamente al di sotto dello zero durante la notte. Si ricorda che le basse temperature comportano un allungamento dei tempi di presa e indurimento, con i seguenti inconvenienti: Posticipo delle operazioni di scassero e disarmo Possibile disgregazione del calcestruzzo per effetto dell abbassamento della temperatura al di sotto di 0 C nelle ore immediatamente successive alla posa in opera Dal punto di vista della composizione, sicuramente il cemento prescelto (CEM III/A 42.5 N) non è adeguato a causa della sua cinetica di idratazione piuttosto lenta. Sarebbe stato decisamente più indicato un cemento di tipo I o II/A a rapido indurimento. Se si analizzano le differenze tra il pilastro non lesionato e il muro fessurato, si possono riscontrare subito le cause che hanno determinato le lesioni solamente nel primo elemento: Il pilastro è stato realizzato nella tarda mattinata quando le temperature erano prossime ai 7 C; nelle ore successive al getto la temperatura è rimasta al di sopra dello zero, scongiurando il rischio di congelamento da parte dell acqua di impasto nelle prime ore di vita del conglomerato, quando le resistenze sono estremamente ridotte. La parete invece è stata realizzata nel tardo pomeriggio, con una temperatura prossima a 3 C, ed ha subito in breve tempo un raffreddamento al di sotto degli 0 C che ha portato alla formazione di ghiaccio nella matrice cementizia ancora scarsamente resistente (< 3.5 MPa). Il pilastro ha uno spessore pari a 40 cm e riesce quindi a beneficiare del riscaldamento prodotto dallo sviluppo di calore a seguito della reazione esotermica del cemento con l acqua. Il setto, al contrario, ha uno spessore talmente ridotto da non subire alcun riscaldamento. Il pilastro è stato realizzato con un cassero in legno, caratterizzato da un maggior potere termoisolante rispetto al cassero in acciaio utilizzato per il muro A causa di questi motivi la resistenza delle carote estratte dai due elementi hanno dei valori molto differenti che portano alla collaudabilità del pilastro (resistenza in opera > 85% resistenza di progetto) e alla non collaudabilità del muro. I provini cubici per i controlli di accettazione hanno delle resistenze conformi con quanto richiesto dal progettista perché la normativa prevede, subito dopo il getto, la conservazione in un luogo con temperature prossime ai 20 C (e NON in prossimità dell elemento gettato). La soluzione più economica alla non collaudabilità del pilastro prevede la demolizione e la ricostruzione ex novo dell elemento dissestato. Per ovviare a questi inconvenienti sarebbe stato opportuno adottare questi provvedimenti: Riscaldamento dell acqua di impasto Impiego di casseri e protezioni termoisolanti Realizzazione del getto nelle ore centrali della giornata (10.00 15.00) Impiego di cementi di tipo I o II/A 42.5 R Impiego di acceleranti di indurimento oppure superfluidificanti acceleranti a base naftalinica, melamminica o acrilica Pag. 15 a 16

Scelta di rapporti a/c ridotti per garantire una resistenza a compressione adeguata già a poche ore dal getto Salvo casi particolari, potrebbe essere più conveniente POSTICIPARE IL GETTO ad una giornata con delle temperature superiori. Pag. 16 a 16