Calcestruzzo

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Il calcestruzzo o beton di cemento è un conglomerato artificiale costituito da una miscela di legante, acqua e aggregati (sabbia e ghiaia) e con l'aggiunta, secondo le necessità, di additivi, e/o aggiunte minerali che influenzano le caratteristiche fisiche o chimiche del conglomerato sia fresco che indurito.

Attualmente il legante utilizzato per confezionare calcestruzzi è il cemento, ma in passato sono stati realizzati calcestruzzi che utilizzavano leganti differenti come la calce aerea, o idraulica. Raramente è stato utilizzato anche il gesso per realizzare calcestruzzi "poveri". Questo uso del gesso è solitamente sconsigliato per le scarse proprietà meccaniche di questo legante e per la sua scadente resistenza all'azione dell'acqua.

Il calcestruzzo fresco (calcestruzzo che non ha ancora fatto presa) viene gettato nel cassero e costipato con vibratori. Il cemento, idratandosi con l'acqua, indurisce e conferisce alla miscela una resistenza tale da renderlo simile ad una roccia.

È oggi utilizzato per realizzare le parti strutturali di un edificio ed è il materiale da costruzione più impiegato nel mondo.^{[senza fonte]}

Indice 1 Etimologia 2 Storia del calcestruzzo 2.1 L'invenzione del calcestruzzo e le sue migliorie nel tempo 2.2 L'invenzione del calcestruzzo armato 2.3 L'era moderna 3 Diagramma tensioni - deformazioni 3.1 Diagramma di calcolo tensione deformazione 4 Le principali proprietà del calcestruzzo 5 Confezionamento, trasporto e getto in opera 6 Maturazione del calcestruzzo 7 Classificazione dei calcestruzzi 7.1 Classi di resistenza del calcestruzzo 7.2 Classi di esposizione del calcestruzzo 7.3 Classi di consistenza del calcestruzzo 7.4 Classi del calcestruzzo riferite alle dimensioni massime dell'aggregato 7.5 Vita nominale 8 Peso specifico 9 Struttura 10 Tipologie 11 Note 12 Bibliografia 13 Voci correlate 14 Altri progetti

[modifica] Etimologia

Il termine calcestruzzo, che deriva dal latino calcis structio (struttura a base di calce) non è in realtà quello utilizzato da Marco Vitruvio Pollione nel suo trattato De architectura, dove tale tecnica viene definita come opus caementicium (di cui si parlerà più approfonditamente in seguito). Nella descrizione contenuta nel De architectura, il termine caementum (dal verbo caedo che significa tagliare in pezzi) indicava il rottame di pietra usato per confezionare il calcestruzzo.

Il termine caementum dal latino classico, divenuto cementum nel latino volgare, conservò prima il significato di "rottame di pietra", per poi assumere nel tardo Medioevo, con il termine italiano di cemento, il significato di tutto il conglomerato, cioè l'attuale calcestruzzo. Solo alla fine del XVIII secolo il termine cemento assunse quello attuale di legante idraulico, mentre al conglomerato venne definitivamente assegnato il termine calcestruzzo.

[modifica] Storia del calcestruzzo

[modifica] L'invenzione del calcestruzzo e le sue migliorie nel tempo

Il notevole pregio riconosciuto al calcestruzzo dai suoi primi utilizzatori era la possibilità di ottenere rocce artificiali di qualsivoglia forma.

È difficile precisare quali siano le origini della tecnica di costruire in conglomerato, poiché pare che già gli Assiri e gli Egizi realizzassero costruzioni impiegando materiale minuto. Anche i Greci conoscevano questa tecnica, avendola utilizzata per la realizzazione dell'acquedotto di Argos, del serbatoio di Sparta ed altre costruzioni di cui rimane ancora traccia.

Furono però i Romani a darle grande impulso, utilizzandola per la realizzazione di un notevole numero di opere, ancora oggi in buono stato di conservazione. I romani impiegavano il calcestruzzo nelle costruzioni di strade, nelle fondazioni e nelle costruzioni murarie. Le tecniche dell'opus incertum, dell'opus reticulatum e dell'opus caementicium sono descritte da Vitruvio nel suo De Architectura. L'opus caementicium consisteva nell'elevare muri deponendo strati sovrapposti di malta e materiali inerti. I paramenti esterni in mattoni o pietre squadrate, che fungevano da casseri permanenti, venivano rapidamente riempiti di malta, all'interno della quale erano conficcati rottami di pietra o mattone.

Anche l'invenzione del legante non è di epoca romana, dato che può essere fatta risalire al III millennio a.C., quando in Egitto era utilizzata la malta di gesso per la realizzazione di paramenti murari in conci di pietra. Fino a quando il legante della malta era costituito soltanto dalla calce, l'indurimento del calcestruzzo avveniva con estrema lentezza, poiché il progressivo consolidamento di una malta a base di calce è dovuto alla reazione dell'idrossido di calcio con l'anidride carbonica presente nell'aria con la successiva produzione di carbonato di calcio. Essendo quasi nulla la possibilità di contatto tra la calce idrata interna all'opus caementicium e l'anidrite carbonica presente nell'aria, la reazione avveniva molto lentamente con prodotti finali a bassa resistenza. In alcune antiche costruzioni murarie in calcestruzzo confezionato con legante a base di calce sono state trovate, anche a distanza di vari secoli, quantità significative di calce non ancora trasformata in carbonato di calcio e quindi non ancora indurita.

L'opus caementicium fu portato al massimo grado di perfezione a partire dal I secolo a.C. quando la sabbia costituente la malta venne sostituita in parte o in tutto da pozzolana (pulvis puteolana) o da cocciopesto. La scoperta della pozzolana segnò una rivoluzione nella realizzazione di opere murarie. Dice infatti Vitruvio nel II libro del De Architectura che la pozzolana di Baia o di Cuma fa gagliarda non solo ogni specie di costruzione ma in particolare quelle che si fanno in mare sott'acqua. Grazie al comportamento pozzolanico della pozzolana e del cocciopesto il calcestruzzo faceva presa ed induriva, anche in acqua, senza la necessità del contatto con l'aria, consentendo così la produzione di malte ad alta resistenza e rapido indurimento.

Con la caduta dell'Impero Romano iniziò, soprattutto lontano da Roma, un inesorabile declino nella qualità delle costruzioni e la maniera di realizzare calcestruzzo come facevano i Romani venne dimenticata perché fu abbandonato l'impiego della pozzolana. Tale declino proseguì per tutto il medioevo. Durante il medioevo venne progressivamente dimenticata la tecnologia del calcestruzzo in favore di più semplici metodologie costruttive, sostituendo il legante cemento con grassello di calce.

Con il risveglio umanistico, soprattutto dopo il XIV secolo, si tradussero e si rilessero i testi latini di Plinio il Vecchio e di Vitruvio. È del 1511 la riedizione del De Architectura curata da un domenicano, Giovanni Monsignori (Fra' Giocondo). A questa seguirono numerosissime altre traduzioni, che contribuirono a chiarire sempre più il segreto di fare il calcestruzzo secondo i Romani. Così, soprattutto in Francia del Settecento, si riscoprì l'arte del ben costruire opere in calcestruzzo.

In questo continuo avvicinamento all'odierno calcestruzzo di cemento, vi fu la scoperta rivoluzionaria della calce idraulica da parte dell'ingegnere britannico John Smeaton. Questi, nella realizzazione del faro di Eddystone utilizzò, al posto della miscela calce - pozzolana, la prima calce idraulica da lui ottenuta dalla cottura di calcare contenente una discreta quantità (circa 11%) di impurezze argillose.

La scoperta della calce idraulica segna la transazione dal calcestruzzo romano a quello moderno, giacché gli sperimentatori, soprattutto con l'ausilio della nuova scienza chimica appena nata con Lavoisier sono in grado di governare un nuovo processo di sintesi che porterà prima alla calce idraulica artificiale e più tardi al moderno cemento Portland. Infatti, una volta scoperto che le impurità di silice e allumina, presenti nell'argilla che accompagnano naturalmente alcuni calcari, sono responsabili della formazione dei silicati ed alluminati di calcio capaci di indurire sott'acqua, iniziarono le sperimentazioni nella cottura di miscele artificiali di calcare e argilla a temperatura sempre più elevata fino ad arrivare ad una rudimentale scarificazione del prodotto finale.

Soprattutto in Inghilterra ed in Francia, tra la fine del Settecento e l'inizio dell'Ottocento, fiorirono invenzioni, brevetti ed iniziative industriali che portarono alla produzione dei primi leganti idraulici industriali, chiamati cementi. In particolare nel 1796 Parker fabbrica il primo cemento a presa rapida (cemento Parker o cemento romano), cuocendo nei suoi forni da calce le concrezioni marnose contenute nelle argille del Tamigi, mentre nel 1800 Lesage ottiene un materiale idraulico di alta resistenza calcinando i ciottoli calcarei di Boulogne sur Mer.

Generalmente lo spartiacque che segna la transizione tra la calce idraulica di Smeaton e il cemento Portland realizzato viene fissato al 1818, data nella quale l'ingegnere Vicat definisce la formula della calce idraulica artificiale.

Il primo industriale ad aver fabbricato cemento idraulico a lenta presa pare sia stato, nel 1824, un fornaciaro di York, Joseph Aspidin, il quale diede al prodotto il nome di cemento Portland, a causa della somiglianza tra la malta e il conglomerato formati con quel cemento con un calcare compatto dell'isola di Portland in Inghilterra.

Nel 1844 J.C. Johnson mise in evidenza l'importanza dei processi di cottura ad alte temperature che portavano alla formazione del clinker, prodotto finale del procedimento. Infatti, mentre per la cottura della calce idraulica si richiedono 600 - 700 °C, si devono raggiungere i 1600 °C e più per ottenere i cementi a lenta presa, poiché deve prodursi un principio di vetrificazione.

Nel 1860 M. Chatelier stabilì la composizione chimica del cemento consentendo così la produzione industrializzata del calcestruzzo.

[modifica] L'invenzione del calcestruzzo armato

La notevole diffusione del calcestruzzo si è però avuta con l'avvento del calcestruzzo armato. Il composto infatti ha ottima resistenza a compressione ma scadente resistenza a trazione e questo ne ha limitato l'uso per millenni.

La data di nascita del calcestruzzo armato è difficilmente individuabile, ma certamente è nel XIX secolo, grazie alla rivoluzione industriale che portò ad un'eccezionale produzione dei due materiali costituenti: acciaio e cemento, che si è avuto la sua diffusione su vasta scala.

Da un punto di vista strettamente tecnico, l'idea di utilizzare il ferro quale materiale resistente a trazione in abbinamento con altri materiali resistenti a compressione, quali la pietra, si può trovare già nei secoli XVII e XVIII in Francia. Esempi di tale abbinamento sono il Colonnato Est del Louvre realizzato da Perrault e il pronao della chiesa di Saint Genevieve a Parigi realizzato da Rondelet. Le evidenti difficoltà insite nell'unione dell'acciaio con la pietra hanno limitato l'uso di tale tecnologia a poche opere di particolare interesse ed impegno. L'idea statica però ha successivamente trovato pratica realizzazione quando si è abbinato l'acciaio ad un materiale plastico quale è il conglomerato cementizio. Gia a partire dalla fine del XVIII secolo, il principio viene descritto e sperimentato da numerosi costruttori quali Loriot, Fleuret, e Raucourt de Charleville. Comunque, solo dal 1845, con l'inizio della produzione industriale del cemento artificiale, i tentativi acquistano maggiore importanza.

Nel 1847 Coignet progetta la prima copertura in cemento gettato in casseforme e armato con ferri profilati. Sempre nel 1847 J.L. Lambot progetta un'imbarcazione il cui scafo è ottenuto attraverso il getto di un sottile involucro di calcestruzzo su una maglia di ferri piatti. Lo scafo viene esposto all'Esposizione Universale di Parigi del 1855.

L'idea chiave del cemento armato: assegnare alle armature il ruolo di elementi tesi in una trave soggetta a flessione va fatta comunque risalire al brevetto del 3 novembre 1877 di Joseph Monier, giardiniere alla Orangerie di Versailles. Con la soletta Monier, il sistema Monier si afferma in Europa negli anni a cavallo del secolo. Il sistema Monier però non è basato su alcuna teoria o approccio sperimentale. Solo nel 1886 le prime analisi teorico - sperimentali sistematiche sulle strutture in cemento armato furono pubblicate dall'ing. Matthias Koenen su una rivista tecnica tedesca. L'anno successivo Koenen e l'ing. G.A. Wayss terminarono la stesura del testo Das System Monier, prima pubblicazione sulla teoria delle strutture in cemento armato.

Nei primi anni dell'impiego reale del calcestruzzo armato, la leadership nel suo sviluppo commerciale fu assunta, soprattutto in Germania e in Austria, dalla ditta Wayss e Freytag con il sistema Monier. Tale situazione rimase inalterata siano al 1892 quando a Parigi esordì un apprendista muratore, François Hennebique. Nel 1892, a cinquant'anni, Hennebique brevettò il sistema Hennebique, che raccoglieva le idee fondamentali del suo autore, selezionate nei suoi anni di attività. In questo sistema la trave era armata con ferri tondi filanti sulla faccia inferiore; alcuni di essi, in prossimità degli appoggi erano rialzati per far fronte agli inevitabili momenti negativi. Ma la caratteristica più saliente del sistema era la presenza di ferri piatti sagomati a U, i qual, disposti a collegare le armature tese con il calcestruzzo compresso, avevano la funzione di staffe, atte ad assorbire gli sforzi taglianti. Con tali caratteristiche il brevetto Hennebique riassumeva le migliori scoperte dei precedenti venti anni di attività nel settore. Sul suo brevetto Hennebique costruì un impero imprenditoriale e nel 1896 fondò anche la rivista Le Beton Armè, sulla quale venivano pubblicati articoli informativi ad alto contenuto scientifico.

A seguito dei problemi derivanti dalla edificazione dei manufatti costruiti per l'Exposition Universelle del 1900, la Commissione del Cemento Armato elaborò la Circolare Ministeriale del 20 ottobre 1906. Con le Istituzioni Ministeriali il materiale fu sottratto così al controllo dei possessori di brevetti e fu quindi messo a disposizione di ogni imprenditore.

[modifica] L'era moderna

Negli ultimi decenni la tecnologia del calcestruzzo si è notevolmente evoluta in seguito all'introduzione di aggiunte e additivi accessori, che vanno a modificare comportamento e prestazioni delle miscele; tale approccio è tipico della produzione industrializzata del calcestruzzo da parte di operatori e società specializzati nella sola produzione e consegna di tale materiale, che in tale modo solo in occasioni particolari o ambiti ristretti viene ancora confezionato nel cantiere.

Un'ulteriore decisa evoluzione nell'utilizzo del materiale si ha nel passaggio da un criterio quantitativo della caratterizzazione delle miscele (sostanzialmente il contenuto di cemento) ad un criterio prestazionale basato su prove di rottura del materiale ottenuto e su una qualifica preliminare degli impasti. Ovviamente tale approccio va visto nell'ottica di una produzione industrializzata basata su impianti industriali, in genere esterni al singolo cantiere, e su una adeguata struttura tecnologica e gestionale.

Oggi si possono ottenere anche manufatti prefabbricati estremamente resistenti con la tecnica della precompressione delle travi in calcestruzzo armato: è il cosiddetto calcestruzzo armato precompresso. Il parametro cardine della resistenza del calcestruzzo è il rapporto acqua/cemento, ovvero a parità di contenuto di cemento risulta maggiormente resistente una miscela con un minore contenuto di acqua. Il contenuto teorico ottimale di acqua ai fini della resistenza sarebbe quello stechiometrico, pari a 0,28, che consiste nella sola acqua necessaria all'idratazione del legante. Nella realtà tale contenuto di acqua non consente di idratare tutta la massa di cemento perché, trattandosi di un rapporto stechiometrico , non è possibile garantire il contatto di ogni granello di cemento con ogni particella d'acqua. Un rapporto a/c così ridotto conduce pertanto a miscele talmente asciutte da avere l'aspetto di un terreno appena umido e quindi impossibili da lavorare. Si opera perciò con rapporti acqua/cemento più alti e tipicamente tra lo 0,45 e 0,65. Nel suddetto intervallo di valori, al diminuire del rapporto a/c si ha un aumento della durabilità dei manufatti, a discapito però della lavorabilità in fase di posa in opera. Per tale ragione, nelle miscele reali, operando con valori di a/c inferiori a 0,55-0,60 si ricorre all'uso di additivi chimici finalizzati ad indurre una maggiore fluidità della miscela a parità di contenuto di acqua. L'acqua citata nel rapporto acqua/cemento è l'acqua globalmente disponibile per l'idratazione, quindi può contribuire anche acqua libera contenuta negli aggregati bagnati o umidi. La quantità d'acqua contenuta nell'impasto influisce anche sulla maturazione del conglomerato cementizio: un rapporto molto elevato, superiore a 0,60, può indurre un'evaporazione intensa nella fase di presa del legante, generando delle micro lesioni all'interno del manufatto che ne possono pregiudicare il comportamento futuro. Appositi additivi servono anche ad impedire che ciò avvenga.

Nei manuali, in particolare quelli più datati, per la confezione di un metro cubo di calcestruzzo si trova indicata una miscela composta all'incirca da 0.4 m³ di sabbia, 0.8 m³ di inerti grossi (ghiaia o pietrisco), dai 200 ai 400 kg di cemento a seconda delle caratteristiche meccaniche richieste e acqua nella misura del 40-50% in peso del cemento. Altro dato fondamentale per determinare le caratteristiche del moderno calcestruzzo è la qualità del cemento: vi sono diversi tipi di cemento per diverse esigenze, sostanzialmente classificati in base alla resistenza caratteristica del legante. Tale valore, espresso in Kg/cm² (o, nel S.I., in N/mm²), per il cemento convenzionale va dal valore 325 al valore 525. Maggiore è questo valore, maggiore sarà la resistenza del calcestruzzo (dosando saggiamente inerti e acqua), e maggiore sarà il costo complessivo delle opere.

[modifica] Diagramma tensioni - deformazioni

Esaminiamo la risposta istantanea del calcestruzzo.
Se sottoponiamo un provino di calcestruzzo cilindrico ad una prova rapida di compressione si avrà il seguente andamento:
fino a valori della tensione di compressione pari a circa il 40% di quella di rottura f_c si registra un andamento del diagramma approssimativamente rettilineo ^[1].
Per sforzi di intensità maggiori il diagramma risulta sensibilmente parabolico fino ad un valore della deformazione denominato ε_c1^[2].
A tale valore corrisponde anche la massima tensione di compressione f_c che è praticamente il valore della tensione di rottura.
Il cedimento del provino non è però istantaneo, essendo collegato ad un processo di microfessurazione in rapida evoluzione.
Segue pertanto un secondo tratto discendente (fase di incrudimento o comportamento softening) dall'andamento curvilineo, limitato dalla deformazione ultima di rottura denominata ε_cu, cui corrisponde un valore finale della tensione sul provino σ_cu alquanto inferiore al valore massimo registrato in precedenza^[3].
All'atto dello scarico la deformazione è solo parzialmente reversibile e la parte irreversibile aumenta con l'aumentare dello sforzo.
Se dopo l'applicazione di carichi di breve durata si vuole tener conto di deformazioni irreversibili il valore di E va ridotto del fattore 0,85.
Come si evince la risposta istantanea è difficilmente confinabile nell'ambito della teoria di elasticità lineare, in quanto il materiale presenta spiccate caratteristiche di non linearità e di plasticità sin dai livelli più bassi di sollecitazione.
Si verifica inoltre che già per bassi valori di sforzo, le deformazioni sono tanto più elevate quanto più lenta è la velocità di carico e quanto più lunga è la durata della sua applicazione.
Pertanto le considerazioni riguardanti la risposta istantanea di un calcestruzzo diventano più marcate per effetto di carichi che permangono per lunghi periodi a seguito della comparsa di deformazioni differite nel tempo (fenomeno del fluage), le quali, si sommano a quelle immediate.

[modifica] Diagramma di calcolo tensione deformazione

Per le verifiche a flessione e pressoflessione allo stato limite ultimo, il DM 14 gennaio 2008 (p.to 4.1.2.1.2.2) permette di adottare degli opportuni modelli rappresentativi del reale comportamento del materiale:

• diagramma parabola - rettangolo
• diagramma triangolo - rettangolo
• diagramma rettangolo (stress block).

Detti modelli sono definiti in base alla resistenza di calcolo f_cd ^[4] e della deformazione ultima ε_cu.

Il più comune è il diagramma parabola - rettangolo definito da un arco di parabola di secondo grado passante per l'origine, avente alle parallelo a quello delle tensioni, e da un segmento di retta parallelo all'asse delle deformazioni tangente alla parabola nel punto di sommità.

Il vertice della parabola ha ascissa ε_c mentre l'estermità del segmento ha ascissa ε_cu.

L'ordinata massima del diagramma è paria a f_cd.

per classi di resistenza pari o inferiori a C50/60 (R_ck 60) risulta:

• ε_c = 0,20%
• ε_cu = 0,35%.

[modifica] Le principali proprietà del calcestruzzo

Oggi si classifica la qualità del calcestruzzo non in base alla resistenza del solo legante ma a quella dell'intero agglomerato di legante, inerti e acqua solidificati. Una delle caratteristiche più importanti del calcestruzzo è la resistenza caratteristica (Rck), definita come quel particolare valore della resistenza a compressione al di sotto del quale ci si può attendere di trovare al massimo il 5% dell’insieme di tutti i valori delle resistenze di prelievo. Statisticamente la Rck è data dalla seguente espressione:

Rck = Rm − 1,64sqm

dove Rm è la resistenza media dei prelievi e sqm è lo scarto quadratico medio. La formula (1) per il calcolo della Rck ha però il difetto di valere se utilizzata con una popolazione di risultati in grado di rappresentare in modo affidabile la produzione (sufficientemente numerosa), cosa che in genere nella pratica non succede. Quale valore quindi scegliere per rappresentare il proprio calcestruzzo in modo da essere sufficientemente tranquilli che la propria fornitura superi i controlli di accettazione? Innanzitutto occorre capire come il valore di scarto quadratico viene calcolato e come viene controllato il calcestruzzo (fonte Andrea Dari). Per accertare l’idoneità di un lotto fornito, le norme indicano due criteri di valutazione delle resistenze: il controllo di tipo “A”, che si riferisce a lotti di massimo 300 m³, e di tipo “B”, da applicarsi obbligatoriamente nel caso il lotto sia superiore a 1500 m³.

Il direttore dei lavori è responsabile delle operazioni relative ai controlli, ossia del prelievo, della richiesta di prove e dell’invio dei campioni ad un laboratorio ufficiale o autorizzato, e della successiva elaborazione degli esiti per la verifica dell'effettiva resistenza caratteristica.

Il prelievo consiste nella confezione, durante il getto, di almeno due provini, che saranno poi maturati in ambiente idoneo (*) ed inviati ad un laboratorio autorizzato per il rilascio della certificazione ufficiale del risultato di resistenza per rottura a compressione. La media delle due (o più) resistenze costituisce la resistenza di prelievo. In entrambi i criteri di valutazione è stabilito almeno un prelievo ogni 100 metri cubi di calcestruzzo omogeneo messo in opera (avente stessa classe di consistenza e resistenza) oppure, almeno un prelievo ogni giorno di getto. Il Direttore dei Lavori può prescrivere l’asporto di ulteriori campioni.

Quando si demolisce un manufatto di calcestruzzo, armato o no, si può determinare la qualità della struttura analizzandone i frammenti. Un buon calcestruzzo si riconosce dallo spacco che ha provocato il distacco del frammento: se la frattura ha investito in egual modo sia il legante che gli inerti, come se questi fossero un unico materiale, allora il calcestruzzo era di ottima qualità; se, viceversa, gli inerti rimangono integri e lo spacco riguarda solamente il cemento, allora il manufatto era di cattiva qualità.

[modifica] Confezionamento, trasporto e getto in opera

Il confezionamento del calcestruzzo è oggi effettuato nelle centrali di betonaggio o in appositi impianti di cantiere dotati, in genere, di un sistema automatico di gestione della produzione e della registrazione delle pesate; è quasi scomparso il confezionamento artigianale/manuale, se non per piccolissime quantità. Di conseguenza, le richieste di calcestruzzo "a composizione" o "a dosaggio", in cui si specifica la quantità dei singoli componenti, sono diventate molto meno frequenti (30 % del mercato). Oggi si tende infatti a richiedere un calcestruzzo con prestazioni ben definite e la sua composizione, in base ai requisiti che esso dovrà possedere, è oggetto di un apposito studio, chiamato mix design, effettuato dal produttore, tenendo conto di numerose variabili quali:

• resistenza meccanica, durabilità, modulo di elasticitàecc. della struttura da realizzare richiesta dal progettista
• esigenze esecutive quali lavorabilità, modalità di getto, maturazione, ecc.
• materiali disponibili quali tipo di cemento, aggregati, additivi, aggiunte, ecc.

Il trasporto viene effettuato in genere tramite autobetoniere, che in Italia sono poste su mezzi a 3 o 4 assi, o autobetonpompe, cioè autobetoniere dotate di pompa per calcestruzzo.

Il calcestruzzo, una volta in cantiere, va gettato in un'apposita cassaforma. Esso, infatti, ha l'apparenza di un fluido denso privo di forma: la cassaforma serve, appunto, a dare forma al calcestruzzo e a creare, quindi, pilastri, travi, solai, solette, fondazioni; per formare mattoni o blocchi di calcestruzzo può essere usata una macchina apposita chiamata blocchiera.

Il getto viene in genere realizzato tramite pompa per calcestruzzo.

Una volta gettato nella cassaforma, il calcestruzzo va opportunamente vibrato, onde evitare la formazione all'interno del manufatto di bolle d'aria, che potrebbero accorciare drasticamente la vita dell'acciaio annegato, oltre a creare pericolose discontinuità nel materiale.

[modifica] Maturazione del calcestruzzo

Per approfondire, vedi la voce stagionatura.

Una volta messo a riposo nella cassaforma, il calcestruzzo ha bisogno di maturare per un certo periodo. È questo il periodo in cui l'acqua reagisce con il cemento generando il fenomeno dell'idratazione, che trasforma i granelli di cemento in cristalli che, interagendo tra loro, induriscono il manufatto.
Durante la maturazione il calcestruzzo, essendo costituito da leganti idraulici, ha bisogno di rimanere il più possibile in ambiente umido (U.R.% > 95%), per garantire il processo di idratazione.
Per questo motivo, per ottenere il massimo sviluppo di resistenza è necessario ritardare il più possibile l'operazione di rimozione dei casseri (scasseratura), a meno che si utilizzino tecniche di stagionatura differenti come la bagnatura delle superfici del calcestruzzo indurito, l'utilizzo di agenti di curing compound piuttosto che l'utilizzo di tessuti imbibiti che garantiscono la saturazione delle superfici esposte all'aria.
Durante la maturazione è bene non accelerare l'evaporazione dell'acqua, perché si possono manifestare lesioni, tipiche da ritiro igrometrico.
Il clima, in questa fase, è di fondamentale importanza: l'aria secca può accelerare l'evaporazione e quindi il ritiro.
Anche la temperatura dell'aria è importante: temperature troppo elevate (superiori ai 30-35 °C) possono generare eccessiva evaporazione, mentre temperature troppo basse (inferiori allo 0°) possono produrre nella struttura dannosissimi cristalli di ghiaccio, che abbattono la resistenza finale del manufatto. Gli additivi nel conglomerato sono scelti anche in base al clima durante il quale dovrà avvenire la maturazione del calcestruzzo, onde evitare i predetti problemi.
Si deve oltretutto fare attenzione allo spessore del manufatto: se l'elemento strutturale che stiamo gettando ha il lato minore molto grande (superiore a 70-80cm) possono verificarsi delle lesioni (più importanti di quelle da ritiro) dovute all'eccessivo calore di idratazione sviluppato nel cuore della struttura; infatti il processo di idratazione, che avviene nelle prime ore del getto, provoca un innalzamento della temperatura del calcestruzzo.

[modifica] Classificazione dei calcestruzzi

Secondo la normativa vigente, per una corretta progettazione ed esecuzione delle strutture in cemento armato, il calcestruzzo deve essere specificato in funzione della classe di resistenza, della classe di esposizione, della classe di consistenza, della dimensione nominale massima dell'aggregato e della prevista vita utile.

[modifica] Classi di resistenza del calcestruzzo

Il calcestruzzo è classificato in classi di resistenza in base alla resistenza a compressione, espressa come resistenza caratteristica R_ck oppure f_ck.

La resistenza caratteristica R_ck viene determinata sulla base dei valori ottenuti da prove di compressione monoassiale su provini cubi di 150 mm di lato, maturati 28 giorni; la resistenza caratteristica f_ck viene determinata invece utilizzando provini cilindrici di 150 mm di diametro e 300 mm di altezza.

Le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004, che sono state recepite dal D.M. 14 gennaio 2008, attualmente in vigore e pertanto sono divenute cogenti anche dal punto di vista legale per tutte le opere in c.a.,e c.a.p. regolamentate dalla Legge n. 1086/1971, individuano per i calcestruzzo normale e pesante (per il calcestruzzo leggero si vedano le norme) le seguenti classi:

• C8/10
• C12/15
• C16/20
• C20/25
• C25/30
• C28/35
• C30/37
• C32/40
• C35/45
• C40/50
• C45/55
• C50/60
• C55/67
• C60/75
• C70/85
• C80/95
• C90/105
• C100/115

Per ogni classe di resistenza, il primo dei valori rappresenta f_ck e il secondo R_ck, ambedue espressi N/mm².

In base ai valori della resistenza caratteristica a compressione, i calcestruzzi sono suddivisi nei seguenti campi:

• calcestruzzo non strutturale: C8/10 - C12/15
• calcestruzzo ordinario (NSC): C16/20 C45/55
• calcestruzzo ad alte prestazioni(HPC): C50/60 - C60/75
• calcestruzzo ad alta resistenza(HSC): C70/85 - C100/115

[modifica] Classi di esposizione del calcestruzzo

Le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004 introducono 6 classi di esposizione per il calcestruzzo strutturale (dove oltre al massimo rapporto a/c e al minimo contenuti di cemento viene indicata anche la minima classe di resistenza), tali classi sono state riportate anche nelle Linee Guida sul Calcestruzzo strutturale edite dal Servizio Tecnico Centrale della Presidenza del Consiglio Superiore dei LL.PP.:

• Assenza di rischio di corrosione dell'armatura - X0
• Corrosione delle armature indotta da carbonatazione:
  • XC1 - asciutto o permanentemente bagnato: a/c_max = 0,60; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300; minima classe di resistenza: C25/30
  • XC2 - bagnato, raramente asciutto: a/c_max = 0,60; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 300; minima classe di resistenza: C25/30
  • XC3 - umidità moderata: a/c_max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 320; minima classe di resistenza: C28/35
  • XC4 - ciclicamente asciutto e bagnato: a/c_max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340; minima classe di resistenza: C32/40
• Corrosione delle armature indotta da cloruri esclusi quelli provenienti dall'acqua di mare:
  • XD1 - umidità moderata: a/c_max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 320; minima classe di resistenza: C28/35
  • XD2 - bagnato, raramente asciutto: a/c_max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340; minima classe di resistenza: C32/40
  • XD3 - ciclicamente bagnato e asciutto: a/c_max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360; minima classe di resistenza: C35/45
• Corrosione delle armature indotta da cloruri presenti nell'acqua di mare:
  • XS1 - esposto alla salsedine marina ma non direttamente in contatto con l'acqua di mare: a/c_max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340; minima classe di resistenza: C32/40
  • XS2 - permanentemente sommerso: a/c_max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360; minima classe di resistenza: C35/45
  • XS3 - zone esposte agli spruzzi o alla marea: a/c_max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360; minima classe di resistenza: C35/45
• Attacco dei cicli di gelo/disgelo con o senza disgelanti:
  • XF1 - moderata saturazione d'acqua, in assenza di agente disgelante: a/c_max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 320; minima classe di resistenza: C32/40
  • XF2 - moderata saturazione d'acqua, in presenza di agente disgelante: a/c_max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340; minima classe di resistenza: C25/30
  • XF3 - elevata saturazione d'acqua, in assenza di agente disgelante: a/c_max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340; minima classe di resistenza: C25/30
  • XF4 - elevata saturazione d'acqua, con presenza di agente antigelo oppure acqua di mare: a/c_max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360; minima classe di resistenza: C28/35
• Attacco chimico (da parte di acque del terreno e acque fluenti):
  • XA1 - ambiente chimicamente debolmente aggressivo (UNI EN 206-1: a/c_max = 0,55; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 320; minima classe di resistenza: C28/35
  • XA2 - ambiente chimicamente moderatamente aggressivo (UNI EN 206-1): a/c_max = 0,50; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 340; minima classe di resistenza: C32/40
  • XA2 - ambiente chimicamente fortemente aggressivo (UNI EN 206-1): a/c_max = 0,45; dosaggio minimo di cemento (kg/m³) = 360; minima classe di resistenza: C35/45.

Le classi di resistenza minime (N/mm²) sono espresse con due valori, riferiti il primo a provini cilindrici di diametro 150 mm ed altezza 300 mm (f_ck)e il secondo a provini cubici di spigolo pari a 150 mm (R_ck).

In letteratura, la classe di esposizione ambientale viene indicata con D_ck, in analogia alla classe di resistenza che viene comunemente indicata con R_ck.

[modifica] Classi di consistenza del calcestruzzo

la lavorabilità del calcestruzzo fresco, designata con il termine consistenza dalla normativa vigente, è un indice delle proprietà e del comportamento del calcestruzzo nell'intervallo di tempo tra la produzione e la compattazione dell'impasto in situ nella cassaforma. Secondo le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004 ,la consistenza deve essere determinata mediante le seguenti prove dai cui risultati vengono definite le classe di consistenza del calcestruzzo.

• Classi di consistenza mediante abbassamento al cono di Abrams:
  • S1 - consistenza umida: abbassamento (slump) da 10 a 40 mm
  • S2 - consistenza plastica: abbassamento (slump) da 50 a 90 mm
  • S3 - consistenza semifluida: abbassamento (slump) da 100 a 150 mm
  • S4 - consistenza fluida: abbassamento (slump) da 160 a 210 mm
  • S5 - consistenza superfluida: abbassamento (slump) ≥ 220 mm.

• Classi di consistenza mediante il metodo Vebè:
  • V0 - tempo Vebè: ≥ 31 s
  • V1 - tempo Vebè: da 30 a 21 s
  • V2 - tempo Vebè: da 20 a 11 s
  • V3 - tempo Vebè: da 10 a 6 s
  • V4 - tempo Vebè: da 5 a 3 s
• Classi di consistenza mediante misura della compattabilità:
  • C0 - indice di compattabilità: ≥ 1,46
  • C1 - indice di compattabilità: da 1,45 a 1,26
  • C2 - indice di compattabilità: da 1,25 a 1,11
  • C3 - indice di compattabilità: da 1,10 a 1,04
  • C4 (solo per calcestruzzi leggeri) - indice di compattabilità: < 1,04
• Classi di consistenza mediante la misura dello spandimento:
  • F1 - diametro spandimento: ≤ 340
  • F2 - diametro spandimento: da 350 a 410
  • F3 - diametro spandimento: da 420 a 480
  • F4 - diametro spandimento: da 490 a 550
  • F5 - diametro spandimento: da 560 a 620
  • F6 - diametro spandimento: ≥ 630

In Italia la consistenza del calcestruzzo è espressa in termini di classi di abbassamento al cono o di classi di spandimento.

La classe di consistenza deve essere valutata in funzione della struttura da realizzare al fine di rendere più facile l'operazione di posa in opera.

Con riferimento alle classi di abbassamento al cono:

• se si deve realizzare una diga o una pavimentazione con vibrofinitrice è d'obbligo un calcestruzzo a consistenza S1;
• se si devono realizzare strutture, quali ciminiere, serbatoi pensili, ecc., con la tecnica dei casseri rampanti si deve prescrivere un calcestruzzo a consistenza S2 o al massimo S3;
• in tutti gli altri casi si dovrà utilizzare un calcestruzzo S4 o S5.

[modifica] Classi del calcestruzzo riferite alle dimensioni massime dell'aggregato

Le dimensioni massime dell'aggregato sono in relazione con lo spessore del copriferro e con l'interferro minimo delle armature metalliche.

Se il calcestruzzo è classificato in funzione della dimensione massima dell'inerte, la classificazione farà riferimento alla dimensione nominale più elevata della frazione di aggregato più grossa che si indica con D_max.

D_max rappresenta la dimensione massima dello staccio con il quale è determinata la dimensione dell'aggregato secondo la UNI EN 12620.

La dimensione massima dell'aggregato deve essere scelta in modo che il calcestruzzo possa essere gettato e compattato attorno alle barre d'armatura senza pericolo di segregazione.

Normalmente il diametro massimo dell'inerte deve essere tale che:

• non superi la dimensione di un terzo della dimensione minima della struttura
• deve essere minore dell'interferro meno 5 mm
• non deve superare 1,3 volte lo spessore del copriferro.

[modifica] Vita nominale

La vita nominale di un'opera strutturale è intesa come il numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta a manutenzione ordinaria, deve poter essere usata per lo scopo al quale è destinata.

Il D.M. 14.01.2008 ad esempio prevede per opere ordinarie una vita nominale ≥ 50 anni

[modifica] Peso specifico

Il calcestruzzo indurito è classificato in funzione del suo peso specifico nelle seguenti classi, come definito dalla UNI EN 206-1:2006:

• Calcestruzzo leggero: è un calcestruzzo avente una massa volumica dopo l'essiccamento in stufa non minore di 800 kg/m³ e non maggiore di 2000 kg/m³;
• Calcestruzzo pesante: è un calcestruzzo avente una massa volumica dopo l'essiccamento in stufa maggiore di 2600 kg/m³
• Calcestruzzo normale: è un calcestruzzo avente una massa volumica dopo l'essiccamento in stufa maggiore di 2000 kg/m³ ma non maggiore di 2600 kg/m³.

[modifica] Struttura

Il calcestruzzo indurito, in base alla sua struttura, si distingue in:

• Calcestruzzo con struttura aperta o porosa: come definito dalla UNI EN 206-1:2006, è un calcestruzzo privo della frazione fine
• Calcestruzzo a struttura chiusa o densa: è calcestruzzo ottenuto con una curva granulometrica completa e pertanto dotato di piccole cavità tra i grani dell'aggregato

[modifica] Tipologie

Calcestruzzo ciclopico

Il calcestruzzo ciclopico è una tipologia di aggregato cementizio utilizzato per le sottofondazioni.

Questa tipologia è formata dal 60% dal calcestruzzo colato in cui vengono immersi grossi blocchi, non lavorati, di pietra viva, con pezzature fino a 180 mm. Il calcestruzzo ciclopico è utilizzato nella costruzione delle dighe e grandi opere civili perché è vantaggioso agli effetti della resistenza totale, date le dimensioni di questo tipo di opere.

Calcestruzzo ad alta resistenza

Calcestruzzo ad alte prestazioni

Calcestruzzo proiettato

Calcestruzzo fibrorinforzato

Calcestruzzo autocompattante (Self Compacting Concrete o SCC)

Calcestruzzo caratterizzato da una elevatissima fluidità e da resistenza alla segregazione, che si compatta, qualunque siano le forme e le dimensioni dei getti e la densità delle armature metalliche, per effetto del solo peso proprio senza l'apporto di energia esterna (vibrazione meccanica),I componenti fondamentali degli SCC sono gli additivi iperfluidificanti antiviscosizzanti. Come effetti positivi ci sono il risparmio dell'energia di mescola, in vibrazione, in pompaggio, il prodotto finito ha caratteristiche meccaniche migliori e minore permeabilità dei calcestruzzi ordinari.gli effetti negativi sono maggiori spinte sui casseri e maggiore peso specifico.

Calcestruzzo rinforzato con FRP

[modifica] Note

1. ^ non si ha una sensibile propagazione delle microfessure nella matrice cementizia; il comportamento macroscopico è prossimo a quello elastico
2. ^ le microfessure si propagano al crescere del carico, ma la propagazione si arresta giungendo ad un nuovo assetto stabile. Il comportamento macroscopico è sempre più marcatamente non lineare
3. ^ dall'85% del carico di rottura in su, la propagazione delle microfessure diventa instabile; esse possono estendersi nel tempo, sotto carico costante, portando alla rottura. Per questo motivo la tensione di rottura misurata con prove a breve durata è maggiore si quella che si rileva per carichi di lunga durata
4. ^ f_cd = f_ck/γ_c= 0,83R_ck/γ_c. γ_c vale 1,5 per le strutture in c.a.p e 1,6 per le strutture in c.a.o..

[modifica] Bibliografia

• Gianni Bebi, Calcestruzzo in Pratica, IMREADY editore, Scaricabile in pdf [1].
• Vito Alunno Rossetti, "il Calcestruzzo, materiali e tecnologia" - McGraw-Hill,2007
• Mauro Mezzina, "Costruire con il cemento armato" - Libreria UTET
• Mario Collepardi, "La produzione del calcestruzzo antico e moderno" - Atti del Convegno di Studi: Calcestruzzi Antichi e Moderni: Storia, Cultura e Tecnologia - Bressanone 6-9 luglio 1993

[modifica] Voci correlate

• Calcestruzzo armato
• Calcestruzzo fibrorinforzato
• Ingranamento degli inerti
• Lavorabilità
• Materiale da costruzione
• Miscelazione
• Nido di ghiaia
• Scienza delle costruzioni
• Segregazione del calcestruzzo
• Tension stiffening

[modifica] Altri progetti

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• Wikizionario contiene la voce di dizionario «Calcestruzzo»