Prove su Calcestruzzi e Laterizi

Corso di Principi di recupero e riqualificazione degli edifici

Docente: Lorenzo Cantini

Prelievo/Produzione e confezionamento

A seconda della finalità della prova si può prelevare un campione da una muratura esistente (sia in laterizio

che in cls), direttamente dall’impasto di cantiere (provino “a nuovo”) se si tratta di cls e può essere da stock

per quanto riguarda il laterizio.

L’esperienza in laboratorio ha riguardato un provino in cls di nuova produzione che rispetta il seguente

processo: l’impasto di cemento dal cantiere arriva in laboratorio e lì viene miscelato con sabbia

normalizzata. Si lascia poi 24 ore ad indurire in casseri a 3 scomparti (3 provini per cassero).

Nel caso si debba eseguire un carotaggio da muratura esistente, ogni prelievo deve essere effettuato solo su

autorizzazione dell’organismo che ha la tutela del manufatto, dopo aver chiarito la finalità delle indagini. In

seguito verrà inviato al laboratorio definito per le indagini.

Ogni confezionamento per il controllo di accettazione prevede minimo due provini. Questo va eseguito alla

presenza del Direttore dei Lavori (che ha la responsabilità delle prove svolte in laboratorio) o di un tecnico

nominato che provvede, nel caso, alla redazione di verbale di prelievo e dispone l’identificazione dei provini

(la certificazione effettuata dal laboratorio prove materiali deve riportare espresso riferimento a tale

verbale).

L'art.20 della Legge 1086/71 definisce l’ufficialità del laboratorio esercitante. Infatti si considerano laboratori

ufficiali: i laboratori degli istituti universitari dei politecnici e delle facoltà di ingegneria e delle facoltà o Istituti

universitari di architettura; il laboratorio dell'istituto sperimentale delle ferrovie dello Stato (Roma); il

laboratorio dell'istituto sperimentale stradale, del Touring Club italiano (Milano); il laboratorio di scienza

delle costruzioni del centro studi ed esperienze dei servizi antincendi e di protezione civile (Roma); il Centro

sperimentale dell'ANAS di Cesano (Roma).

Condizionamento dei materiali

La stagionatura del calcestruzzo è il processo in cui si sviluppano le proprietà fisiche e meccaniche a seguito

di interazioni fisiche e chimiche tra acqua e cemento. L’indurimento si può considerare concluso entro i primi

28 giorni poiché dopo tale periodo si è sviluppato oltre il 90% della resistenza meccanica complessiva.

Durante questo periodo il condizionamento deve avvenire in ambienti a controllo di umidità e della

temperatura per evitare imperfezioni che possono crearsi (ad esempio l’evaporazione dell’acqua permette

la formazione di microfessurazioni). Il nostro provino è stato condizionato in uno stato con 95% di umidità e

temperatura compresa tra 18 e 22 °C.

Per quanto riguarda il condizionamento del laterizio in vista dell’esecuzione delle prove fisiche si deve

rispettare la normativa NTC 2018 che definisce le caratteristiche. Innanzitutto bisogna essiccare il campione.

L’essiccazione consiste nel mettere i mattoni in forno a 105 °C per 24 ore, pesarli, rimetterli in forno per altre

24 ore e verificare che la % di perdita di peso sia inferiore a quella da normativa (0.2%). Se è inferiore vuol

dire che il mattone ha raggiunto il “peso costante” e ciò sancisce che il mattone non perderà più peso. Poi

verrà tolto dal forno e pesato. Quello ricavato sarà il peso secco.

Nel caso di murature storiche si può presentare un condizionamento diverso per ogni caso.

Ad esempio, nella cattedrale di Noto, i piloni presentavano in certi punti la pietra calcarea satura d’acqua (la

pietra satura ha una resistenza molto inferiore ad una secca). 2

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Prove fisiche effettuate su laterizio

Le caratteristiche del laterizio cambiano a seconda della destinazione d’uso ad esempio mattone di

rivestimento, mattone di riempimento, mattone di muratura portante (resistenza a compressione specie

nella direzione di lavoro, cioè compressione). Per definire queste caratteristiche, facendo riferimento alle

normative 771-1 per gli elementi in laterizio e 771-6 per gli elementi in pietra, in laboratorio sono state

effettuate le seguenti prove fisiche.

Definizione del coefficiente iniziale di assorbimento d’acqua degli elementi di muratura in laterizio

La prova serve per determinare l’assorbimento dell’acqua da parte del mattone.

Si pesa innanzitutto il mattone non rettificato. Ci si serve di un calibro per misurare le dimensioni, una

vaschetta con dell’acqua per bagnare il mattone, una pezza in pelle di daino bagnata per tamponare il

mattone bagnato e un cronometro. Si inserisce il mattone nella vaschetta e si conta 1 minuto con un

battente d’acqua di 4 mm (si nota che per risalita capillare, l’acqua sale nel mattone). Si tampona il

mattone per evitare il gocciolamento e infine si fa la seconda pesata.

L’esperienza in laboratorio ha permesso di definire le seguenti caratteristiche scritte in tabella:

Numero provino L (mm) W (mm) H (mm) Massa a secco (g) Massa bagnata (g)

N° 3 252 119 53.5 2630.1 2692

Dove “L” sta ad indicare la lunghezza, “W” lo spessore, “H” l’altezza del laterizio.

La formula della quale ci serviremo è la seguente:

= [(m – m ) x 10 /(A x t)] [Kg/(m x min)]

c 3 2

wi,s b s

dove t = 1 min

Il risultato ottenuto è: c = 2.064 Kg/(m x min)

2

wi,s

Accorgimenti: La norma richiede kg/(mq x minuto). Quindi nel caso, si trasformano le unità di misura per

definire il dato secondo norma (ad esempio se si ha la massa in grammi e la misura delle dimensioni in

mm).

Determinazione della massa volumica a secco (rapporto tra massa del materiale a secco e il volume del

materiale).

Il volume del materiale può essere ricavato sia per misurazione diretta oppure per pesata idrostatica (in

particolare questo metodo si usa quando diventa difficile determinare il volume per via dimensionale, ad

esempio un provino irregolare).

La misurazione diretta prevede un semplice rapporto tra la massa secca e il volume del provino. Infatti la

formula è: ρ = (m /V) x 10 6

s

Il risultato che si ottiene è: ρ = 1639.35 Kg/m 3 3

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La pesata idrostatica prevede una immersione del provino in acqua. Quando il provino è saturo, attraverso

il principio della spinta di Archimede, si determina il suo peso in acqua. Lo stesso mattone pesato in acqua,

dopo averlo tamponato, lo si pesa in aria (che NON vuol dire fatto a secco).

Attraverso il calcolo della differenza tra il peso ricavato in aria e quello in acqua (che definisce la spinta di

Archimede), moltiplicata per la densità dell’acqua (che è circa unitaria) e moltiplicata per la forza di gravità,

si ricava il volume del provino.

La formula da applicare è: m /V = massa volumica a secco del provino

s pi

Dove il volume ricavato dalla pesata idrostatica si trova con:

V = (m - m )/ρ dove la densità dell’acqua è circa unitaria.

pi air acqua acqua

Il risultato ottenuto è: ρ = 1393.97 Kg/m 3

Pari circa all’85.03% del risultato ottenuto precedentemente.

Coefficiente d’assorbimento d’acqua percentuale le immagini mostrano due tipo di pesata e il risultato

della capillarità: in ordine, pesata in acqua e pesata in

aria e capillarità del mattone.

L’esperienza in laboratorio ha permesso di definire i seguenti valori:

Numero provino L (mm) W (mm) H (mm) Peso secco (g) Peso in acqua (g) Peso in aria (g)

N° 4 250 120 5.5 2789.9 1253 3254.4

In accordo con la normativa EN 772-21, avendo il peso secco e quello saturo del provino si determina il

“coefficiente di assorbimento d’acqua percentuale” che è definito dalla seguente formula:

W = [(Massa satura – massa secca)/massa secca] x 100 (%)

s

= 16.65 %

Il risultato ottenuto è: W s 4

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Cenno alla norma per definire le dimensioni del provino per prova a compressione in base alla muratura

Si possono confezionare provini secondo la norma 1052 che riporta le dimensioni che deve avere il provino

(composito di malta e mattone) a seconda delle dimensioni dell’elemento di muratura.

Prove meccaniche di compressione, di flessione e di trazione indiretta

Apparecchiatura

A seconda della prova che si vuole effettuare, si impiegano macchine per prove uniassiali, biassiali e triassiali

che lavorano in base agli assi sui quali si sviluppa la prova.

La macchina può essere impostata sia per peso applicato (ad esempio il provino viene caricato di 1 kg al

secondo) sia a misura (ad esempio il provino subisce una deformazione di 1 mm al secondo).

Le macchine per le misurazioni sono formate da:

- Cella di carico (generalmente in metallo) la quale misura le forze applicate. Si ricorda che la cella di

carico viene fatta lavorare in campo elastico.

- Interferometri, trasduttori di spostamento che misurano le deformazioni del provino (meno precisi)

ed estensometri, che misurano solo la deformazione del provino escludendo lo sforzo di

adattamento delle basi del provino alla piastra (più precisi)

- Sistema di elaborazione dei dati (PC)

- Micrometro per la misura degli spessori dei provini.

In laboratorio sono state eseguite delle prove di compressione, di trazione e di flessione.

Prova di compressione su cubo in cls:

Per questa prova è stata usata una pressa idraulica ad olio, la quale ha registrato:

Carico massimo = 487.35 kN

Sforzo = 21.66 Mpa

Risultato: il cubo ha subito una rottura a clessidra. Infatti durante la prova di

compressione insorgono forze di attrito che si sviluppano al contatto tra la piastra

di carico e il calcestruzzo, il quale tende ad espandersi trasversalmente per effetto

Poisson. La rottura finale è dovuta a sforzi di trazione (trasversale a quella di

carico). Questi sforzi crescono all’aumentare della distanza delle piastre, rendendo

il valore della resistenza dipendente non solo dalla qualità del calcestruzzo ma

anche dalle dimensioni del provino. 5

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Prova di trazione indiretta (brasiliana) su cilindro in cls:

Per questa prova è stata u