MIX DESIGN PROCEDIMENTO PER IL CALCOLO DELLA COMPOSIZIONE DEL CLS IN TERMINI DI QUANTITA DI CEMENTO, DI ACQUA, E DI INERTI (SABBIA, GHIAIA, GHIAINO, ETC) PER m 3 CI CLS, A PARTIRE DA: a) Proprietà ingegneristiche del materiale indurito (resistenza meccanica Rck, modulo elastico E, ritiro, scorrimento viscoso, durabilità, ecc) quali risultano dall esigenza del progetto dell opera; b) Esigenze esecutive (lavorabilità, organizzazione del cantiere, modalità di getto, ecc; c) I materiali disponibili (tipo di cemento, di inerti e di additivi).
ELEMENTI BASE DEL MIX DESIGN CONVERTIRE IN TERMINI DI COMPOSIZIONE DEL CLS I SEGUENTI QUATTRO INDISPENSABILI REQUISITI CHE RAPPRESENTANO GLI ELEMENTI BASE PER OGNI MIX-DESIGN: 1) Resistenza caratteristica (R ck ); 2) Lavorabilità (L); 3) Il tipo di cemento (tc); 4) Diametro massimo dell inerte disponibile (Dmax).
PROCEDURA Lavorabilità Rck Durabilità additivi Inerte (Dmax,tipo) Tipo/classe cemento Classe di esposizione a a/c a Vi=Vcls-Va-Vc-Va c= a a/c DIAGRAMMA DI FULLER Vi Vs Vg Vg
LAVORABILITA - CLASSE DI CONSISTENZA La lavorabilità del cls si misura con lo SLUMP TEST. Questo consiste nel misurare l abbassamento (slump) del cls sformato da un tronco di cono metallico (cono di Abrams) rispetto all altezza dello stesso cls costipato in modo standardizzato all interno di un cono alto 300mm. CLASSI DI CONSISTENZA (sigla) SLUMP (mm) DENOMINAZIONE CORRENTE APPLICAZIONI S1 10-40 TERRA UMIDA Pavimenti messi in opera con vibrofinitrici S2 50-90 PLASTICA Strutture circolari messe in opera con casseri rampanti S3 100-150 SEMI-FLUIDA Strutture non armate o poco armate o con pendenze S4 160-210 FLUIDA Strutture mediamente armate S5 >210 SUPER-FLUIDA Strutture fortemente armate, di ridotta sezione e/o complessa geometria
Lavorabilità REGOLA DI LYSE RICHIESTA DI ACQUA IN FUNZIONE DEL DIAMETRO MASSIMO DELL INERTE E DELLA CLASSE DI CONSISTENZA DIAMETRO (mm) RICHIESTA DI ACQUA (Kg/m3) PER CLASSE DI CONSISTENZA S1 S2 S3 S4 S5 8 195 210 230 250 255 16 185 200 220 240 245 20 180 195 215 225 230 25 175 190 210 215 225 32 165 180 200 210 220 63 140 155 175 185 190 125 125 140 155 165 170 a (kg/m 3 ) quantitativo di acqua B. i quantitativi di acqua così calcolati devono però tener conto dl tipo di inerte utilizzato. generale si opera nel seguente modo: n inerte tondeggiante si riduce il quantitativo di acqua, dedotto dalla tabella, di 10 kg/m 3 n inerte frantumato invece si aumenta il quantitativo di acqua dedotto dalla tabella di 10 kg/m 3
Lavorabilità Richiesta di acqua Correlazione qualitativa tra lavorabilità (slump) e richiesta di acqua in calcestruzzi con aggregati tondeggianti in funzione deldiametro massimo
TIPI DI CEMENTO (norma UNI-EN 197/1) TIPO DI EMENTO DENOMINAZIONE SIGLA COSTITUENTE PRINCIPALE I CEMENTO PORTLAND I CLINKER (K) 95-100% CEMENTO PORTLAND ALLA LOPPA II/A-S II/B-S LOPPA D ALTOFORNO (S) 6-20% LOPPA D ALTOFORNO (S) 21-35% CEMENTO PORTLAND ALLA MICROSILICE II/A-D MICROSILICE (D) 6-10% CEMENTO PORTLAND ALLA POZZOLANA II/A-P II/B-P II/A-Q II/B-Q POZZOLANA NATURALE (P) 6-20% POZZOLANA NATURALE (P) 21-35% POZZOLANA INDUSTRIALE (Q) 6-20% POZZOLANA INDUSTRIALE (Q) 21-35% II CEMENTO PORTLAND ALLA CENERE VOLANTE II/A-V II/B-V II/A-W II/B-W CENERE VOLANTE SILICICA (V) 6-20% CENERE VOLANTE SILICICA (V) 21-35% CENERE VOLANTE CALCICA (W) 6-20% CENERE VOLANTE CALCICA (W) 21-35% CEMENTO PORTLAND ALLO SCISTO CALCINATO II/A-T II/B-T SCISTO CALCINATO (T) 6-20% SCISTO CALCINATO (T) 21-35% CEMENTO PORTLAND AL CALCARE II/A-L II/B-L CALCARE (L) 6-20 % CALCARE (L) 21-35 % CEMENTO PORTLAND COMPOSITO II/A-M II/B-M CLINKER (K) 80-94 % + (S-D-P-Q-V-W-T-L) 6-20 % CLINKER (K) 65-79 % + (S-D-P-Q-V-W-T-L) 21-35 % III CEMENTO D ALTOFORNO III-A III-B III-C CLINKER (K) 35-64 % +LOPPA D ALTOF (S) 36-65 % CLINKER (K) 20-34 % +LOPPA D ALTOF (S) 66-80 % CLINKER (K) 5-19 % +LOPPA D ALTOF (S) 81-95 % IV CEMENTO POZZOLANICO IV-A IV-B CLINKER (K) 65-89 % +(D+P+Q+V) 11-35 % CLINKER (K) 45-64 % +(D+P+Q+V) 36-55 % V CEMENTO COMPOSITO V-A CLINKER (K) 40-64 % +LOPPA (S) 18-30 % +(P+Q+V) 18-30%
CLASSI DI RESISTENZA DEL CEMENTO CLASSI DI RESISTENZA (sigla) Rck (N/mm2) 2 giorni Rck (N/mm2) 7 giorni Rck (N/mm2) 28 giorni 32,5N ----- 16 32,5 32,5R 10 ----- 32,5 42,5N 10 ----- 42,5 42,5R 20 ----- 42,5 52,5N 20 ----- 52,5 52,5R 30 ----- 52,5 o R stanno ad indicare il comportamento meccanico alle brevi stagionature. Per esempio il cemento di classe,5n e 32,5R devono superare entrambi a 28 gg Rck di 32,5 N/mm2, ma quello 32,5R deve anche superare la k 10 N/mm2 a 2 gg. determinazione della resistenza meccanica di un cemento segue una procedura standardizzata in cui alcuni rametri devono rimanere costanti. In particolare si lavora sempre con una miscela (malta) con rapporto qua/cemento pari a 0,5 e rapporto sabbia/cemento pari a 3. E standardizzata anche la forma dello stampo n cui realizzare i provini (4x4x16) le condizioni termiche (T=20 C U.R.>=95%). empio: i risultati ottenuti fossero di 8 N/mm2 a 2gg, 30 N/mm2 a 7gg e 48 N/mm2 a 28gg la classe di resistenza egnata a questo cemento sarebbe 32,5N
ESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE Rck correlazione Rck - a/c 115 correlazione Rck - a/c 105 95 IV/B 32,5 II/A-L 42,5R I 52,5R 85 Rck (MPa) 75 65 55 45 35 25 15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 a/c
ESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE Rck correlazione Rc - a/c
CLASSE DI ESPOSIZIONE secondo le norme ENV 206 e UNI 9858
Requisisti per un calcestruzzo durevole per le classi di esposizione
SCELTA DEL RAPPORTO a/c DAI DATI INIZIALI DI NATURA INGEGNERISTICA ED AMBIENTALE (Rck e CLASSE DI ESPOSIZIONE) RICAVIAMO DUE VALORI DEL RAPPORTO a/c; TRA I DUE SI SCEGLIE QUELLO PIU BASSO PER GARANTIRE UNA MAGGIORE SICUREZZA; INFATTI RAPPORTO a/c BASSO SIGNIFICA ALTO QUANTITATIVO DI CEMENTO CON MAGGIORI GARANZIE DI BUONA RIUSCITA DEL MIX-DESIGN SCELTO IL VALORE DEL RAPPORTO a/c E NOTO a DALLA REGOLA DI LYSE SI RISALE AL PRIMO PARAMETRO IMPORTANTE DEL MIX-DESIGN VALE A DIRE IL QUANTITATIVO c DI CEMENTO NECESSARIO A GARANTIRE QUELLE PROPRIETA MECCANICHE (Rck) E DI LAVORABILITA RICHIESTE
ARIA INTRAPPOLATA NEL CLS 5 aria intrappolata nel cls a' (%) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 4 8 12 16 20 24 28 32 Dmax (mm) Il valore di a per classi di esposizione XF (gelo-disgelo) viene desunto dalla tabella; per tutte le altre classi di esposizione a si ricava dal grafico sopra riportato. Il volume Va di aria in litri intrappolata per volume unitario di cls è posto pari a 10 volte la % di aria nel cls ricavata dal grafico sopra riportato.
INERTE NOTI I VALORI DI a ED a/c SI PASSA AL CALCOLO DEL VOLUME TOTALE DI INERTE Vi PER BILANCIO DI VOLUME TRA QUELLO DEL CALCESTRUZZO Vcls DA UNA PARTE E QUELLI DEI SINGOLI INGREDIENTI DALL ALTRA: Va = VOLUME DI ACQUA Vc= VOLUME DI CEMENTO Vi = Vcls Va Vc Va QUESTI VOLUMI SI RICAVANO FACILMENTE DALL CORRISPONDENTI MASSE VOLUMICHE (1kg/L PER ACQUA E 3,1 kg/l PER CEMENTO). POSTO Vcls PARI A 1m 3 E RIPORTANDO TUTTO IN LITRI SI AVRA : Vi = 1000 a (c/3,1) 10a N.B. IL VALORE DI Vi COSI OTTENUTO E IN L/m 3, PER RIPORTARLO IN kg/m 3 BASTA CONSIDERARE CHE LA DENSITA µ DELL INERTE E DEL TIPO :
CURVA DI FULLER distribuzione granulometrica dell inerte L inerte o più correttamente aggregato, gioca sia quantitativamente (mediamente due terzi del volume totale di cls è costituito dall inerte) che qualitativamente (è uno dei principali responsabili delle proprietà meccaniche del cls confezionato) un ruolo di primaria importanza nel confezionamento del calcestruzzo. La caratteristica più evidente del cls è la granularità, cioè il fatto che si presenta in forma di granuli sciolti. In particolare si può distinguere in : -Sabbia granuli più grossi non superano 4-5 mm; -Ghiaia granuli più grossi > 4-5 mm (di origine alluvionale e forma tondeggiante); -Pietrisco granuli più grossi > 4-5 mm (proveniente dalla frantumazione della roccia e forma irregolare). La granularità dell inerte è connessa al suo assortimento granulometrico, cioè alla presenza delle varie frazioni, da quelle più fini a quelle più grosse passando per quelle intermedie. Un buon assortimento comporta che i granuli più fini si allocano nei vuoti interstiziali presenti tra quelli dei granuli più grossi, con conseguente formazione di una struttura con pochi vuoti che potranno essere riempiti dalla pasta di cemento. La determinazione della distribuzione granulometrica di un aggregato si effettua tramite separazione mediante vagliatura, attraverso l uso di setacci di diversa apertura delle maglie. L inerte è così separato in diverse frazioni granulometriche ciascuna delle quali è compresa dimensionalmente tra l apertura del setaccio attraverso cui il materiale è passato e quella del setaccio dove l inerte è trattenuto; si pesano, a questo punto le quantità delle singole frazioni granulometriche e vengono espresse percentualmente rispetto al peso totale del campione analizzato. Si arrivano a costruire le curve granulometriche del singolo aggregato o riportando in ascissa l apertura del setaccio (d) ed in ordinata la percentuale di aggregato trattenuto (curva granulometrica dei trattenuti) oppure riportando in ordinata la percentuale di aggregato che riesce ad attraversare ciascun setaccio (P%) (curva granulometrica dei passanti cumulativi).
ISTRIBUZIONE GRANULOMETRICA DELL INERTE Si può dimostrare che per ottenere un conglomerato cementizio con max densità possibile, cioè con minor contenuto di vuoti, la curva granulometrica deve seguire l equazione di FULLER: P=100 (d/dmax) 1/2 curva di Fuller P=passante al setaccio di apertura d e Dmax diametro massimo dell inerte più grosso. 38,2mm 19,1mm 9,52mm 4,76mm 2,38mm 1,19mm 0,595mm 0,297mm 0,149mm 0,074mm Apertura setaccio (mm) 38,2 19,1 9,52 2,38 1,19 0,595 0,297 0,149 0,074 Trattenuto parziale (%) 100 0 2 8 12 19 24 23 9 3 Trattenuto cumulativo (%) 0 2 10 22 41 65 88 97 100 Passante cumulativo (%) 100 98 90 78 59 35 12 3 0 328 MF=328/100 Modulo di Finezza
CURVA DI FULLER distribuzione granulometrica dell inerte 100 80 Pfuller sabbia ghiaia ghiaino granulometria P (%) 60 40 20 61 25 0 0,074 0,149 0,297 0,595 1,19 2,38 4,76 9,52 19,1 38,2 d (log mm) Sabbia 0-5 mm; ghiaino 5-20 mm; ghiaia 10-38 mm
Esempio di mix design Scegliere le proporzioni per la miscela del calcestruzzo con cui realizzare una soletta in c.a. in un ambiente esterno senza problemi di gelo. Il progettista richiede la classe di resistenza C30/37, la classe di consistenza S3 un diametro massimo degli aggregati Dmax di 25 mm.
Esempio di mix design Scelta del rapporto acqua/cemento
Esempio di mix design Scelta della quantità di acqua
Esempio di mix design Determinazione del contenuto di cemento e di aggregati