Seconda parte Appunti sul calcestruzzo armato

Calcestruzzo di cemento

Il calcestruzzo di cemento si ottiene attraverso una miscela di inerti naturali, sabbia e ghiaia, con pasta cementizia, acqua e cemento. Risulta essere un materiale artificiale di tipo lapideo; il dosaggio delle componenti influisce sulle caratteristiche meccaniche e il suo confezionamento può avvenire a mano, con betoniera o in centrale di betonaggio.

Composizione e dosaggio

Per ottenere un metro cubo di calcestruzzo avremo bisogno di 3,0 a 3,6 kN di cemento, 120/150 litri di acqua, 0,4 m³ di inerte fino (sabbia) e 0,8 m³ di inerte grosso (ghiaia o pietrisco).

Tipi di conglomerati

In base alla diversa composizione avremo:

• Pasta cementizia (acqua + cemento)
• Malta cementizia (acqua + cemento + sabbia)
• Conglomerato cementizio (acqua + cemento + sabbia + ghiaia)

Inerti e granulometria

Gli inerti si diversificano per la granulometria in:

• Sabbia: fine con dimensioni inferiori a 5 mm
• Pietrisco: grosso con granuli tra 5 mm ma inferiori di 15 mm
• Ghiaia: grosso e di dimensioni superiori a 15 mm ma inferiori a 25 mm

Utilizzando inerti assortiti, si ridurranno i vuoti all’interno della miscela, ottenendo una buona compattezza, migliorando le caratteristiche meccaniche, incrementando la resistenza e riducendo la deformabilità.

Processo di produzione del cemento

Miscelando calcare e argilla, in rapporto 1 a 3, e cuocendolo a circa 1300 °C, si ottiene il clinker. Il cemento, aggiunto alla polvere di gesso, darà origine al legante idraulico che reagisce all’acqua dando luogo al processo di idratazione con il fenomeno di presa al quale segue l’indurimento.

Idratazione e lavorabilità

Per una completa idratazione, in teoria, necessita acqua per il 30% del peso del cemento, ma ne occorre di più per garantire un’adeguata lavorabilità dell’impasto, facendo attenzione a non esagerare provocando minore resistenza, possibile fessurazione o riduzione della coesione.

Additivi e stagionatura

Al calcestruzzo è possibile aggiungere additivi per ottenere azioni diverse; deve avere una stagionatura di 28 giorni e la sua maturazione è favorita da ambienti umidi (il caldo secco fa evaporare l’acqua, il freddo rallenta la presa, il gelo rompe i legami). Per proteggere le armature, il calcestruzzo deve essere compatto, e lo si può ottenere attraverso opportune vibrazioni.

Lavorabilità e consistenza

La lavorabilità o la consistenza vengono calcolate in misura dell’abbassamento (slump) eseguito con il cono di Abrams, indicando il comportamento del calcestruzzo nell’intervallo di tempo dalla produzione alla posa in opera.

Resistenza meccanica

Con la maturazione e l’indurimento il calcestruzzo acquisisce proprietà meccaniche; la resistenza si misura attraverso prove di compressione monoassiale attraverso provini di forma cubica o cilindrica dopo una stagionatura convenzionale di 28 giorni. La resistenza cubica è il valore della tensione di rottura di un provino cubico di lato pari a 15 cm; la resistenza cilindrica è la tensione di rottura di un provino cilindrico di altezza 30 cm e diametro di base 15 cm; tra le due resistenze esiste una relazione ≃ 0,83.

Prova di compressione

Per ottenere il valore della resistenza a compressione del calcestruzzo si utilizza la prova di compressione monoassiale, determinando il legame tensione-deformazione. Si impongono spostamenti crescenti, misurando le corrispondenti forze, e notando che all’incremento di spostamento corrisponde una diminuzione della forza applicata. La tensione normale sarà data dal rapporto tra la forza P e l’area della sezione trasversale A, mentre la deformazione sarà lo spostamento fratto la lunghezza originaria del provino L. Maggiore è la resistenza, minore sarà la deformazione a rottura.

La prova termina con la rottura del provino, che sarà diversa in funzione della forma dello stesso. Nel caso di provini cubici avviene una rottura a doppia piramide, con provini cilindrici la rottura avviene secondo piani verticali. A parità di calcestruzzo, la resistenza cubica è maggiore di quella cilindrica.

Fasi del legame tensione-deformazione

L’andamento del legame tensione-deformazione è caratterizzato da tre fasi:

• Iniziale, fino a un carico pari al 40% di quello di rottura, con comportamento quasi elastico lineare, perché l’incremento di carico non influisce sulle microfessure esistenti nel calcestruzzo.
• Successiva, con carico compreso tra il 40 e l’85%, l’incremento di carico determina una propagazione delle fessure e una riduzione della rigidezza.
• Finale, con carico maggiore all’85%, le fessure si estendono, portando il provino a rottura.

La resistenza a carichi di breve durata è maggiore di quella per carichi di lunga durata. Il calcestruzzo presenta un valore di deformazione ultima e una resistenza a compressione in corrispondenza del modulo elastico, mentre il modulo elastico E è il rapporto tra un valore della tensione e la deformazione.