materiali e sistemi costruttivi

CALCESTRUZZO (cls) è un conglomerato artificiale (mix design) costituito da miscela di materiale inerte, acqua

e legante idraulico. Prima dell’invenzione del cemento Portland (1796 – 1844) il legante idraulico era

costituito dalla calce idraulica a base di idrossido di calci Ca (HO)2. Nell’antichità la calce idraulica conteneva

una grande quantità di argilla (25%).

Si classifica in base a caratteristiche di RESISTENZA caratteristica di ROTTURA A COMPRESSIONE (RCK) che

varia da:

- RCK = 250 kg/cmq (requisito minimo per legge in edilizia)

- RCK = 400 Kg/cmq (ad alta resistenza)

cemento è il legante idraulico

Nella produzione del calcestruzzo il composto materiali inorganici che,

finemente macinati e uniti con elementi solidi inerti, una volta mescolati con acqua formano una pasta,

inizialmente deformabile e lavorabile, che si indurisce gradualmente, sia all'aria che in acqua, fino ad

assumere consistenza pietrosa.

CEMENTO: è il legante idraulico nella produzione del calcestruzzo ed è il risultato della cottura di calcare e

CLINKERIZZAZIONE

argilla fino a (dal forno in cui vien cotto il klin) e sostanze che stabilizzano l’idratazione.

CLINKER: è il componente base per la produzione del cemento prodotta dalla lavorazione della MARNA,

35% - 65% di ARGILLA e

ovvero una roccia sedimentaria composta da % VARIABILE ma compresa tra

CARBONATO DI CALCIO (CaCO3).

Le fasi di produzione del clinker:

1- ESTRAZIONE MARNA da miniere a cielo aperto

2- FRANTUMAZIONE trattamento riduce la dimensione della

pezzatura

3- DEPOSITO in appositi siti di stoccaggio dedicati

4- MACINAZIONE per realizzazione farina in molini

specializzati e stoccata in appositi SILOS

5- COTTURA IN ALTOFORNO a T compresa tra 1400-1500°C 

diventa Clinker granulare a 1350° C

6- RAFFREDDAMENTO per fissaggio delle caratteristiche

Una volta ottenuto il Clinker attraverso l’aggiunta di altri materiali avrò tipologie di cemento differenti:

- PORTLAND CLINKER + GESSO O

- POZZOLANICO CLINKER + POZZOLANA

- D’ALTOFORNO CLINKER + LOPPA D'ALTOFORNO (scarti lavorazione ghisa)

- ALLUMINOSI CLINKER + ALLUMINATI IDRAULICI DI CALCIO (bauxite e calcare)

CEMENTO ARMATO: tecnologia che consiste nell’utilizzo contemporaneo di CALCESTRUZZO e ACCIAIO che

permette di sfruttare contemporaneamente le caratteristiche di RESISTENZA del CLS e le caratteristiche di

TRAZIONE dell’ACCIAIO. Il C.A. e il C.A.P. (precompresso) vengono utilizzati sia per la realizzazione di

Strutture portanti (pilastri, travi, setti, piastre, volte) che di tamponamento (pannelli):

prefabbricate:

- realizzate in un luogo diverso da quello in cui assolveranno alla loro funzione (fuori

opera)

semiprefabbricate:

- le strutture, parzialmente realizzate, vengono messe in opera e poi completate

con l’eventuale armatura integrativa e un getto di completamento

gettate in opera:

- le strutture vengono realizzate direttamente nel punto dove assolveranno la loro

funzione (in opera)

Tipologie di cemento non armato per costruzioni edili

TECNICHE DI REALIZZAZIONE DEL C.A. IN OPERA

FORMA CASSERI o CASSEFORME

1- Realizzazione con (le dimensioni nette interne forma devono

corrispondere a quelle nette esterne dell’elemento costruttivo)

ARMATURE

2- Disposizione in acciaio all’interno delle forme sulla base del disegno esecutivo

GETTO IN OPERA COSTIPAMENTO

3- con vibrazione per del conglomerato

MATURAZIONE

4- del getto la cui durata è sempre di 28 GIORNI passati quali il C.A. acquisisce le

caratteristiche di Resistenza meccanica a compressione (RCK) dichiarati dal produttore. Durante la

fase di maturazione è necessario:

- Inumidire per 3 gg la superficie esterna del getto al fine di contrastare il fenomeno del RITIRO

e le conseguenti FESSURAZIONI

- Coprire o riscaldare con vapore il getto al fine di CONTRASTARE AGENTI ATMOSFERICI

- EVITARE CARICHI su strutture

- Protezione da IRRAGGIAMENTO DIRETTO in quanto l’azione combinata dell’iiraggiamento e

quella esotermica del Cls. porterebbero a fessurazioni

DISARMO

5- delle casseforme se riutilizzabili o qualora si utilizzino casseri a perdere (costituito da

materiale che può essere rifinito) tale fase non è necessaria. Tale fase può avvenire anche prima dei

28 gg di maturazione in quanto Cls si solidifica prima, ma le caratteristiche vengono acquisite sempre

dopo i 28gg

Il disarmo può avvenire prima dei 28 gg di maturazione necessari in particolare:

- Sponde di travi e pilastri: 3 giorni

- Armature di solette di modesta luce: 10 giorni

- Puntelli e centine di travi, archi e volte: 24 giorni

- Casseri di strutture a sbalzo (balconi): 28 giorni

ASPETTI E REGOLE PROCEDURALI IN MERITO A DISPOSIZIONE ARMATURE METALLICHE NEI CASSERI

- pulire accuratamente dalla ruggine tutti i ferri in quanto anche una minima patina di ruggine

può innescare ossidazione

- disporre le armature nella posizione progettata con la massima attenzione;

- mantenere una distanza tra le barre metalliche di almeno cm 2 per edilizia civile e 10-15 cm

per infrastrutture per evitare che gli inerti possano incastrarsi tra i ferri non garantendo getto

omogeneo creando un vuoto d’aria. E non continuità materiale

- ferri a caldo non piegati a caldo e spalmati con boiacca di cemento prima del getto

SOLLECITAZIONI E SFORZI SU ELEMENTI IN C.A.

Le sollecitazioni più comuni a cui gli elementi sono sottoposti sono

COMPRESSIONE

A) un solido è sottoposto a una sollecitazione di compressione

quando è sottoposto all’azione di due forze rivolte l’una vero l’altra. In particolare

le due forze che agiscono sul solido sono l’azione del carico verticale dall’alto verso

il basso e la reazione di resistenza del piano di appoggio che va dal basso verso

l’alto. In tal caso il solido tenderà ad accorciarsi lungo la linea delle due forze ed

allungarsi nel senso ortogonale alle forze.

TRAZIONE

B) un solido è sottoposto ad una sollecitazione di trazione

quando i carichi applicati sono contrari tra loro. In tal caso il solido si

allunga nel senso della trazione mentre la sezione si allunga.

FLESSIONE

C) un elemento strutturale come una trave appoggiata ai due

estremi è sottoposta ad una sollecitazione di flessione. La trave si curva

(si flette al centro) di una certa quantità detta freccia. Applicando un carico la

trave si deforma:

- le fibre della trave tendono ad accorciarsi nello strato superiore per

effetto della compressione

- Non subisce cambiamenti nello strato intermedio detto neutro

- le fibre della trave tendono a dilatarsi nello strato inferiore per effetto

della trazione

il cemento armato riesce a rispondere bene alle sollecitazioni di flessione

in quanto il calcestruzzo (cls) reagisce bene a compressione e l’acciaio

utilizzato per le armature ha Resistenza a trazione maggiore. Le armature

di conseguenza vengono posizionate maggiormente nello strato inferiore

della trave in quanto parte più sollecitata a trazione.

Nella realizzazione di travi lo strato di copriferro è minimo nelle parti a

trazione (in genere 2 – 3 cm) così da posizionare i ferri più vicino possibile

al bordo. Il calcolo esatto delle armature pertanto è fondamentale nella

parte che subisce trazione tanto che ipoteticamente si potrebbe realizzare

trave per metà superiore in cls e metà inferiore con ferri a vista. Lesioni

alla parte compressa sono sintomo di immediato crollo.

TAGLIO

D) è sollecitazione che tende a provocare uno scorrimento tra due

strati di materiale omogeneo. Avviene secondo due linee di rottura

oblique.

La sollecitazione al taglio si contrasta inserendo Staffe di collegamento

ortogonali alle armature oppure con ferri piegati

CASSERI

La differenza principale tra i casseri che si possono utilizzare per i getti è tra:

a) CASSERI REIMPIEGABILI

Ad elementi semplici coordinabili

- per realizzare fondazioni, pilastri, travi, volte, setti: tubi di cartone,

tavole legno, pannelli metallici, pannelli misti.

Sistemi complessi statici

- che realizzanno contemporaneamente il getto di setti e solai : banches e

tables, demi-tunnel, tunnel (in disuso).

Sistemi complessi dinamici:

- casseri automontanti (utilizzato per la realizzazione di edifici a torre)

oppure il sistema a tunnel

Esempio di sistema dinamico reimpiegabile è il sistema

costruttivo a TUNNEL realizzato attraverso utilizzo di

casseri modulari spostati con gru che mi permettono di

costruire setti e solai insieme con unico getto. Accorcio di

molto i tempi di realizzazione ma le sono vincolato a

forme rigide.

b) CASSERI “A PERDERE”

Ad elementi semplici coordinabili:

- per realizzare pilastri, setti, pareti: pannelli di fibre di legno o

materiale plastico (schiume e resine espanse). pannelli di lamiera grecata semplici o a sandwitch (per

i solai).

Sistemi di elementi complessi:

- per la realizzazione di pareti portanti, ovvero elementi modulari cavi

assemblabili, in genere in calcestruzzo alleggerito, materiale plastico espanso, schiume dure o fibre

di legno mineralizzate. anche le

Strutture semiprefabbricate

- per pilastri e solai. Che realizzano procedimenti costruttivi completi: ad

esempio pannelli ini metallica e tecnica di realizzazione a “proiezione di malta cementizia

strutturale.).

CONO DI HABRAMS

Prova tecnica per verificare la tipologia di impasto

cls che utilizzo.

Si effettua in funzione dell’abbassamento del

materiale avrò un tipo di impasto asciutto, plastico

o fluido.

FENOMENI DI DEGRADO

Porosità superficiale

- il calcestruzzo è un materiale poroso e anche se realizzato a regola d’arte è

soggetto ad un fisiologico degrado.

Carbonatazione superficiale

- avviene quando gli agenti atmosferici aggressivi o la semplice umidità

entra nel materiale fino alle armature. Avviene quando l'anidride carbonica dell'aria riesce a

diffondersi dall'esterno nei pori della pietra cementizia modificando le proprietà alcaline del

conglomerato cementizio. Inizia un processo di sgretolamento del copriferro (fino a 0.6mm/anno)

che porterà al raggiungimento dei ferri in un periodo stimato di 50 anni (3cm di copriferro in media)

con conseguente decadimento delle prestazioni statiche del manufatto. l’ossidazione

- Il fenomeno della carbonatazione con le conseguenti fessurazioni innescano processo di

dei ferri di armatura. distacco dei copriferri

La ruggine gonfia i ferri ne aumenta il volume e causando il

L’INNOVAZIONE TECNOLOGICA NEI CALCESTRUZZI STRUTTURALI.

Uno degli obiettivi principali dell’innovazione di prodotto nel settore dei calcestruzzi è quello di

sviluppare calcestruzzi con resistenze meccaniche sempre più elevate.

Già negli anni ’80 sono stati sviluppati calcestruzzi ad alte prestazioni (AP), definiti anche come High

Performance Concrete (HPC) caratterizzati da una resistenza caratteristica Rck superiore a 55 N/mm -

2

75 N/mm

2

Resistenze a compressione ancora più elevate sono quelle raggiunte dai calcestruzzi ad alta resistenze

High Strength Concrete (HSC),

meccanica (AR) o vengono aggiunte delle fibre che rendono prestazioni

meccaniche ancora più elevate.

Reactive Powder Concrete (RPC) anche fibrorinforzati, con resistenze di gran lunga superiori (HPC). Tra i

Ultra High Performance Concrete (UHPC),

calcestruzzi innovativi di tipo RPC, i calcestruzzi o anche, più

Fibre Reinforced Concrete (UHPFRC),

specificamente, sviluppano resistenze alla compressione

sistematicamente superiori ai 150 N/mm2. Per la loro produzione vengono utilizzate fibre, d’acciaio o in

altri materiali, in grado di conferire anche resistenze alla trazione, tipicamente basse nel calcestruzzo

ordinario, relativamente alte; modificando di fatto il comportamento del calcestruzzo da fragile a duttile.

Abbiamo inoltre calcestruzzi ancora più resistenti tipo Ultra High Perfomance Concrete creati con diversi

componenti di 3 tipi:

premix microsilice

1) Il è costituito dalla miscela di cemento, (fumo di silice, detto anche silica fume) e

aggregati fini costituiti da quarzo macinato o altro tipo di pietra (gabbro, basalto) e sabbia. La

filler effect

microsilice garantisce un cosiddetto in grado di ridurre la porosità del calcestruzzo; più in

particolare, consente una riduzione della dimensione dei pori e la densificazione della matrice, in

quanto le micro- particelle della microsilice riempiono i vuoti interstiziali tra i granuli del cemento,

aumentandone pertanto la densità. Inoltre l’uso del fumo di silice (SF) consente un miglioramento

del legame tra le fibre di acciaio e la matrice cementizia.

liquidi

2) I sono costituiti dall’acqua necessaria, dagli acceleranti, dai fluidificanti, dai superfluidificanti

e iperfluidificanti (questi ultimi due sono atti a impedire l’aggregazione degli inerti a causa della loro

finezza). Attraverso l’aggiunta di superfluidificanti si riesce a mantenere basso il rapporto a/c e

garantire una elevata lavorabilità dell’impasto. I vantaggi conseguibili attraverso l’aggiunta dei

superfluidificanti possono essere sintetizzati in:

a. Alta fluidità dell’impasto con aumento della lavorabilità e conseguente miglioramento delle

modalità di posa in opera

b. • Elevata riduzione della necessità di acqua (fino al 30-40%) e quindi riduzione del rapporto

a/c, con conseguente riduzione del ritiro, aumento di resistenza del cls e della sua durabilità.

fibre

3) Le possono essere di natura metallica, di acciaio, in poliestere, in prolipropilene, in grafite, in

vetro, scelte in funzione delle specificità prestazionali che si vogliono conferire al calcestruzzo: ad

esempio in acciaio ad alto contenuto di carbonio per ottenere calcestruzzi duttili con aumentata

resistenza a trazione; in polipropilene per migliorare la resistenza al fuoco. E’ possibile distinguere le

fibre in due categorie:

Microfibre (con lunghezza di pochi millimetri)

Macrofibre (con lunghezze fino a 80 mm)

Nel caso delle fibre di acciaio, prodotto mediante taglio o tritatura di fili o lamiere di acciaio, queste

possono essere in acciaio a basso o ad alto contenuto di carbonio, in acciaio inox; sono caratterizzate

da lunghezze compresa tra i 6 e gli 80 mm e diametri compresi tra 0,15 e 1,2 mm, con sezione

circolare o rettangolare

TIPOLOGIE DI CALCESTRUZZI INNOVATIVI PER L’AUMENTO DELLA DURABILITÀ

Ai fini di aumentare la durabilità del calcestruzzo, occorre realizzare alcune condizioni ed eliminare i

fattori che favoriscono le condizioni di degrado del cls. Le azioni da realizzare, per le quali l’innovazione

tecnologica nel settore dei calcestruzzi gioca un ruolo determinante, possono essere sintetizzate in:

ostacolare il rallentare il processo di carbonatazione e la sua penetrazione all’interno del cls.

• aumentare la resistenza agli agenti aggressivi (es. cicli di gelo e disgelo)

• ridurre/impedire le fessurazioni di ritiro.

•

Per conseguire l’obiettivo del rallentamento del processo di carbonatazione e ostacolare o impedire la

ridurre la porosità del calcestruzzo

sua penetrazione all’interno del cls, occorre fondamentalmente e

microstruttura compatta.

realizzare una

La compattezza della microstruttura rende il calcestruzzo resistente alla carbonatazione e in grado di

risultare idoneo anche per realizzazioni in ambienti particolarmente aggressivi.

A questi fini, i calcestruzzi Ultra High Performance Concrete UHPC risultano particolarmente efficaci.

L’uso del fumo di silice (SF), componente costitutivo degli UHPC, consente un importante miglioramento

delle caratteristiche di impermeabilità e di resistenza agli agenti chimici, caratteristiche tecniche, queste,

che risultano importanti ai fini del controllo del processo di carbonatazione.

Altro tipo di componenti costitutivi degli UHPC che risulta fondamentale nella realizzazione di una

microstruttura compatta è quello costituito dai super fluidificanti e iper fluidificanti.

Calcestruzzi 3 – SC per stutture fortemente armate e dalla geometria complessa

self-compacting ovvero un calcestruzzo autoscompattante grazie a super fluidificante acrilico (non ha

• bisogno di vibrazioni) .

Sefl-compressing ovvero il calcestruzzo è precompresso e nella fase di ritiro perde il poco di volume

• grazie a un agente espansivo

Self-curing che è un calcestruzzo auto-stagionante che non richiede trattamtento umido grazie ad un

• agente che contrasta ritiro igrometrico.

CALCESTRUZZI E MALTE FOTOCATALITICHE

Lo sviluppo della nanotecnologia sta attualmente fornendo un contributo importante all’innovazione di

prodotto nel settore dei calcestruzzi. L’additivazione nell’impasto del calcestruzzo di specifiche

nanoparticelle e, in particolare, di biossido di titanio (TiO2), consente ad esempio di attivare reazioni

fotocatalitiche (basate sull’azione della luce e dell’aria) sulla superficie del calcestruzzo in grado di accelerare

i processi di ossidazione che stanno alla base della decomposizione delle sostanze organiche e inorganiche

inquinanti (batteri, inquinanti organici, polveri sottili, ossidi di azoto, ossidi di zolfo, ecc.) in composti innocui

(nitrati di calcio, nitrati di sodio, carbonato di calcio).

Calcestruzzi di questo tipo, denominati fotocatalitici, sono in grado di aumentare la durabilità delle strutture

in calcestruzzo armato in quanto in grado di ostacolare il processo di carbonatazione superficiale

responsabile del degrado del calcestruzzo Essendo caratterizzate da un grado di aderenza delle sostanze

inquinanti (smog, polveri, ecc.) assolutamente minimo, le superfici delle strutture realizzate con calcestruzzi

fotocatalitici determinano un distanziamento e una rarefazione degli intervalli tra i cicli di pulizia, realizzando

un risparmio rilevante in termini di gestione e manutenzione delle opere edilizie o infrastrutturali.

hanno proprietà disinquinanti nei confronti dell&