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IL CALCESTRUZZO
La composizione di un aggregato di inerti (sabbia e ghiaia o pietrisco), legati tra loro dalla
pasta di cemento (cemento e acqua), dà luogo ad un conglomerato lapideo artificiale
chiamato calcestruzzo.
Si ottiene mescolando appunto acqua, cemento, elementi lapidei più o meno fini
(aggregati) ed eventuali aggiunte chimiche (fluidificanti, superfluidificanti, pozzolane
artificiali – loppa d’altoforno, ceneri volanti, fumo di silice), nelle opportune proporzioni.
Nell’impasto così ottenuto, inizialmente fluido, lentamente avvengono i fenomeni di presa
e indurimento sino a renderlo solido ed in grado di sviluppare considerevoli caratteristiche
meccaniche.
Si riesce pertanto a colarlo allo stato ancora liquido in appositi contenitori (casseforme)
che vengono di seguito rimossi ad ultimazione della fase di indurimento.
Il risultato finale è una roccia artificiale che prende le forme del contenitore in cui viene
versato.
Le caratteristiche finali del materiale dipendono non tanto e non solo dalla natura e qualità
dei singoli componenti, ma, soprattutto, dalla tecnologia di produzione e da un appropriato
dosaggio degli stessi.
In tal senso, particolarmente sentito è il problema del controllo di qualità applicato alla
realizzazione del materiale; controllo che non può e non deve limitarsi esclusivamente alla
determinazione della sua resistenza meccanica, ma che deve riguardare anche la
valutazione, in corso d’opera e finale, di tutte le sue altre caratteristiche. Ed infatti, modulo
elastico, scorrimento viscoso, ritiro, durabilità del calcestruzzo, sono parametri
determinanti per una buona vita della costruzione, alla stessa stregua, se non in misura
maggiore, rispetto alla tensione di rottura.
Attualmente la richiesta di calcestruzzi di qualità (MIX DESIGN) si è fatta precisa ed
imprescindibile, ad esprimere l’avvenuta presa di coscienza che essa è l’unica garanzia
contro i processi di degrado ed ammaloramento delle strutture.
Le nuove generazioni del cls presentano in maniera marcata le innovazioni apportate
dall’impiego intensivo di additivi e di aggiunte minerali: questi ne hanno modificato
radicalmente le caratteristiche, al punto da renderlo un materiale sotto molti aspetti ancora
nuovo, con potenzialità soltanto parzialmente esplorate.
La loro produzione è improntata all’ applicazione di procedure industriali di alta precisione,
con dosaggi dei componenti affetti da errori assolutamente inferiori a quelli relativi al
confezionamento dei normali cls. Alcune costruzioni hanno già sfruttato queste risorse:
sono già stati costruiti grattacieli con strutture portanti in cls ad alta resistenza, capaci di
esibire tensioni di compressione dell’ordine dei 1000 daN/cm2; ed in laboratorio sono già
state realizzate miscele capaci di attingere tensioni doppie ed ancora maggiori.
In breve, nei prossimi decenni i cls di nuova generazione, caratterizzati da alte prestazioni,
porteranno una nuova rivoluzione nel mondo delle costruzioni, così come il cls “classico”
fece a partire dal 1920 in tutta Europa e nel Nord America.
I componenti
Gli elementi che compongono il cls sono il cemento, l’acqua e gli inerti, eventualmente
integrati con additivi ed aggiunte per esaltare o modificare alcune caratteristiche.
Il cemento con l’aggiunta della sola acqua forma la pasta di cemento che, sviluppando le
capacità leganti durante la fase di indurimento, costituisce la matrice della struttura. Le
reazioni chimiche che avvengono durante la fase di presa (passaggio dallo stato fluido a
quello solido) e di indurimento (incremento delle proprietà meccaniche), sviluppano una
notevole quantità di calore che, soprattutto nei getti di grandi dimensioni, può indurre
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deformazioni termiche di entità non trascurabile. Al termine del processo di indurimento,
per effetto dell’evaporazione dell’acqua d’impasto in eccesso rispetto alle reazioni
chimiche, si verifica una riduzione di volume che viene comunemente indicata come il ritiro
del cls. Gli inerti svolgono il ruolo di inclusioni nella matrice, aumentando il volume
complessivo e limitando il ritiro al termine dell’idratazione.
Con l’aggiunta di solo inerte fino (sabbia) si ottengono le malte, mentre il calcestruzzo si
ottiene aggiungendo all’impasto anche l’inerte grosso (Fig. 1).
Fig. 1
Al fine di migliorare le proprietà, al cls realizzato con i componenti fondamentali vengono
aggiunte piccole quantità di prodotti di sintesi, gli additivi o le aggiunte minerali.
Il cemento
Per cemento si intende un materiale dotato di proprietà adesive e coesive, capace di
legare tra loro frammenti minerali e rocciosi in una massa unica. I cementi usati nella
confezione del cls hanno la proprietà di far presa ed indurire nell’acqua e vengono perciò
chiamati leganti idraulici.
Le Norme UNI ENV 197/1 (Cemento. Composizione, specificazioni e criteri di conformità)
raggruppano i cementi in 5 tipi principali:
Tipo I – Cemento Portland, Tipo II – Cemento Portland composito, Tipo III – Cemento
d’altoforno, Tipo IV – Cemento pozzolanico, Tipo V – Cemento composito.
Inoltre i cementi possono essere classificati in 3 Classi di resistenza meccanica a 28 giorni
di stagionatura: 32.5 – 42.5 – 52.5 N/mm2.
Gli aggregati
Gli aggregati, detti anche inerti, costituiscono un componente del cls di fondamentale
importanza. Si tratta di elementi che non partecipano ai processi chimici di presa ed
indurimento e sono aggiunti alla miscela allo stato sciolto con pezzatura e dimensioni
variabili.
Gli inerti ordinari possono essere naturali o di frantumazione, o anche artificiali (p.e. argilla
espansa).
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Essi costituiscono lo scheletro del cls allo stato indurito, arrivando ad occupare sino al
70% del suo volume totale e rappresentano un componente essenziale nei confronti della
resistenza, della deformabilità e della durabilità del prodotto finito.
In relazione al loro diametro medio, un aggregato è indicato come fine (sabbia, con
diametro inferiore a 4 mm) o grosso (ghiaietto e ghiaia).
Generalmente la produzione di inerti prevede una vagliatura degli stessi e la loro raccolta
in classi granulometriche omogenee, ossia dotate di diametri massimi compresi tra due
valori limite.
Non si realizzano mai cls con una sola classe di inerti: l’obiettivo principale, infatti, è di
ottenere un volume minimo di vuoti tra i granuli dell’aggregato, volume che dovrà essere
riempito successivamente dalla pasta di cemento (Fig. 2).
Fig. 2
Fig. 3
Gli inerti devono comunque avere, oltre ad una corretta distribuzione granulometrica,
anche buone resistenza meccaniche, bassa porosità, forma possibilmente tondeggiante;
in essi non devono essere presenti argilla o sostanze organiche che comprometterebbero
le reazioni di idratazione.
Per le dimensioni degli inerti occorre riferirsi alle UNI 9858 e alla ENV 206.
L’acqua
L’acqua d’impasto deve essere limpida, priva di sali (particolarmente solfati e cloruri) in
percentuali dannose e non essere aggressiva; la UNI 9858 prescrive inoltre che l’acqua
d’impasto deve ottemperare alle prescrizioni UNI 8981/7. In generale l’acqua potabile è
adatta.
L’acqua svolge la funzione fondamentale di permettere l’idratazione del cemento; per un
cls normale sono sufficienti circa 30 litri per 100 kg di cemento (rapporto a/c=0.3). Con tale
rapporto a/c il cls non è però lavorabile; per aumentarne la fluidità occorre aumentare
opportunamente il quantitativo di acqua.
E’ comunque da sottolineare che l’aumento del rapporto a/c provoca una notevole
riduzione della resistenza finale (Fig. 3) ed aumento del ritiro del cls.
Gli additivi
Si tratta di composti chimici allo stato liquido o di polvere con cui vengono additivate le
miscele. Queste sostanze sono in grado di modificare una o più caratteristiche
prestazionali del cls, sia allo stato fresco come anche allo stato indurito.
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Un cenno particolare meritano i fluidificanti (riduttori d’acqua). Questi additivi permettono di
ottenere miscele più lavorabili senza dover aumentare il rapporto a/c.
Caratteristiche dello stato fresco
La resistenza finale di un cls è assai influenzata dal grado di costipazione raggiunto
durante la messa in opera: quindi della massima importanza è la consistenza dell’impasto.
La UNI 9858 raccomanda che la consistenza del cls al momento della posa sia uguale alla
classe di abbassamento al cono di Abrams S3 o abbia uno spandimento della classe F3.
Si richiede dunque un cls lavorabile e a misura della lavorabilità si assume la consistenza
del cls. Questa viene espressa tramite la prova di abbassamento (slump) al cono di
Abrams, indicata dalla UNI 9418 e rappresentata in Fig. 4.
Fig. 4
La misura dell’abbassamento del cls, liberato dal cono, indica la consistenza dell’impasto.
La classe S3 corrisponde alla denominazione semifluida e ad un abbassamento al cono di
Abrams da 100 a 150 mm.
Lo spandimento, secondo le UNI 8020, consigliato per cls fluidi o molto fluidi, viene
misurato su una tavola a scosse sulla quale è stato versato del cls. La classe F3
corrisponde ad un diametro, a spandimento avvenuto, da 420 a 480 mm.
Il fenomeno di presa di un cls è legato alle complesse trasformazioni chimico-fisiche che
avvengono allorché il cemento, venendo a contatto con l’acqua, si idrata, cioè reagisce
con essa (Fig. 5).
Fig. 5
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In particolare la presa consiste in un progressivo irrigidimento della pasta di cemento, ciò
che comporta una riduzione progressiva della lavorabilità della miscela.
A tale fase segue l’indurimento, che si prolunga nel tempo crescendo asintoticamente. In
ogni caso (Fig. 6) tale fenomeno si considera completato entro i primi 28 giorni
(generalmente dopo tale periodo sono state sviluppate oltre il 90% delle resistenze
meccaniche complessive).
Fig. 6
Dalle modalità con cui avviene la stagionatura, che ha inizio subito dopo il getto,
dipendono in parte le qualità del prodotto finito.
In questo particolare momento il cls che costituisce il copriferro, ossia lo strato protettivo
dell’armatura, se essiccato precocemente può divenire poroso, compromettendo la
durabilità dell’intera struttura; se invece l’acqua d’impasto congela o sono presenti rilevanti
gradienti termici nella massa del getto, si generano movimenti differenziali che producono
pericolose fessure. Le condizioni ambientali durante e dopo la stagionatura influenzano
quindi in modo determinante la risposta del cls.
La UNI 9858 indica i vari metodi adottabili: coprire con teli di plastica, rivestire con teli
umidi, nebulizzare la superficie con acqua, applicare prodotti stagionanti.
I casseri possono essere rimossi quando si è certi che il cls abbia raggiunto una
resistenza adeguata alle capacità portanti e di deformabilità richieste.
Caratteristiche dello stato indurito
Per un comune calcestruzzo, posto che si impieghi un aggregato di buona qualità e si
seguano le corrette modalità tecnologiche e chimiche di produzione, le proprietà
meccaniche vengono a dipendere prevalentemente dalla pasta di cemento che risulta
essere il componente più debole.
In effetti la sua resistenza teorica, deducibile in base alla relativa coesione molecolare, è
molto più elevata di quanto non risulti dalla sperimentazione. Il fenomeno è spiegato dalla
meccanica della frattura elaborata da Griffith, che fa dipendere la rottura dalla presenza di
difetti all’interno del materiale. Tali difetti sono costituiti da microfessure che si verificano,
durante la presa e l’indurimento del conglomerato, nella pasta cementizia e nell’interfaccia
con l’aggregato, a causa del ritiro della pasta stessa e dell’imperfetta adesione tra i
componenti. Inoltre restano, sempre nella pasta di cemento, vuoti maggiori dovuti a
imperfetta costipazione della miscela fresca.
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In definitiva la resistenza del cls verrà intesa come una sua proprietà uniformemente
diffusa, purché si tratti di dimensioni sufficientemente grandi rispetto a quelle massime
dell’inerte impiegato.
Il comportamento del cls sotto carico è visualizzato nei diagrammi σ − ε riportati in Fig. 7.
Fig. 7
Da essi si rileva:
- forte dissimmetria con resistenze a compressione molto più elevate di quelle a trazione;
- comportamento deformativo non lineare fin da modesti valori delle tensioni;
- deformazioni ultime a rottura notevolmente piccole con carattere prevalentemente
fragile delle stesse rotture;
- modulo elastico del tratto iniziale diverso per le differenti resistenze dei materiali;
- caduta della rigidezza molto più rapida a trazione che a compressione.
In particolare il tratto discendente delle curve di Fig. 7 può essere rilevato solo con prove a
deformazione imposta. Se invece è la forza ad essere progressivamente incrementata,
raggiunto il massimo della tensione il provino si rompe bruscamente.
A trazione la sperimentazione è alquanto complessa avendo a che fare con valori molto
piccoli delle deformazioni. In via indicativa si evidenzierebbe una dilatazione a rottura
indipendente dalla resistenza del materiale.
La misura della resistenza a compressione (UNI 6132) è la più usuale delle prove sul cls
indurito, in quanto prescritta tra gli obblighi del Direttore dei Lavori di un’opera in cls. Essa
viene espressa come resistenza caratteristica R ck , cioè quel valore al di sotto del quale
viene a trovarsi, da un punto di vista probabilistico, il 5% dell’insieme di tutti i possibili
valori di resistenza misurati sul cls in esame.
Il Decreto Ministeriale (Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti) del 14 Gennaio 2008 –
Norme tecniche per le costruzioni, al punto 11.2.5 Controllo di accettazione, prescrive
l’obbligo del D.L. di eseguire controlli sistematici in corso d’opera per verificare la
conformità tra le caratteristiche del conglomerato messo in opera a quello stabilito dal
progetto e garantito in sede di valutazione preliminare. Il controllo di accettazione va
eseguito su miscele omogenee e si articola, in funzione del quantitativo di conglomerato
accettato, nel:
- controllo tipo A …….
- controllo tipo B…….
Nel tipo A ogni controllo di accettazione si esegue effettuando tre prelievi (ogni prelievo è
costituito da due cubetti), ciascuno dei quali eseguito su un massimo di 100 mc di getto di
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miscela omogenea. Risulta quindi un controllo di accettazione ogni 300 mc massimo di
getto. Per ogni giorno di getto va comunque effettuato almeno un prelievo.
I cubetti possono avere spigolo pari a 15, 20, 25, 30 cm (UNI 6130) a seconda della
massima dimensione dell’inerte. Il più comune ha spigolo di 15 cm per un diametro
massimo dell’inerte di 31.5 mm.
Se R1 , R 2 , R 3 sono le tre resistenze di prelievo a 28 giorni di stagionatura, con
R1 ≤ R 2 ≤ R 3 , indicata con R m = (R1 + R 2 + R 3 ) / 3 la resistenza media, il controllo è positivo
se sono verificate le seguenti disuguaglianze:
R m ≥ R ck + 3.5 (N / mm 2 )
R1 ≥ R ck − 3.5 (N / mm 2 )
Più severo risulta il controllo tipo B, da applicare in costruzioni con più di 1500 mc di
conglomerato e per il quale sono necessari almeno 15 prelievi (30 cubetti). Indicati con:
n
∑ Ri
n
∑ (Ri − Rm )2
(n ≥ 15 )
R m = i =1
;
s = i =1
n
n −1
La resistenza media dei prelievi e lo scarto quadratico medio rispettivamente, il controllo è
positivo se:
R m ≥ R ck + 1.48 s (N / mm 2 )
R1 ≥ R ck − 3.5 (N / mm 2 )
essendo R1 il minor valore di resistenza dei prelievi.
Oltre alla resistenza cubica a compressione R ck , intesa come il valore frattile 5% della
distribuzione di resistenza determinata su provini cubici, le Norme tecniche italiane (al
punto 11.2.10.1 – Resistenza a compressione) introducono anche la resistenza cilindrica
fck , intesa come il medesimo valore frattile ma riferita a provini cilindrici di diametro 150
mm e altezza 300 mm, con la possibilità di passare dalla resistenza cubica a quella
cilindrica mediante l’espressione:
fck = 0.83 R ck (fcm=fck+8 MPa = resist. cilindrica media).
La differenza tra le due resistenze, più che alla forma del provino, è dovuta al rapporto
altezza/lato, pari ad 1 nel provino cubico e 2 nel cilindrico. La risposta del cubico infatti è
fortemente influenzata dall’effetto cerchiante, derivante dalle tensioni tangenziali d’attrito
prodotte dal contatto diretto dei piatti della pressa sul provino (Fig. 8).
Fig. 8
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Quando il provino viene compresso si accorcia nella direzione del carico e tende a dilatarsi
trasversalmente; le facce del provino non riescono a scorrere a causa dell’attrito, per cui
nascono delle forze tangenziali di confinamento del cls. Per tale motivo la deformazione
del provino è massima al centro e minima nei punti di contatto e la rottura avviene con
l’espulsione delle zone laterali, mentre la zona centrale assume la forma di due piramidi
contrapposte. Poiché l’influenza dei piatti della pressa è limitata alle zone terminali del
provino, in quello cilindrico la zona centrale, più alta che in quello cubico, può dilatarsi
trasversalmente con formazione di fessure verticali. In questo caso la rottura assume
l’aspetto colonnare.
Il D.M. 14/01/2008 definisce al punto 4.1 (Costruzioni in conglomerato cementizio), le
seguenti classi di resistenza e classi di impiego:
C8/10-C12/15-C16/20-C20/25-C25/30-C28/35-C32/40-C35/45-C40/50-C45/55-C50/60C55/67-C60/75-C70/85-C80/95-C90/105
STRUTTURE DI DESTINAZIONE
Per strutture non armate o a bassa percentuale di armatura
Per strutture semplicemente armate
Per strutture precompresse
CLASSE DI RESISTENZA
MINIMA
C8/10
C16/20
C28/35
Resistenza alla trazione (D.M. 14/01/2008 – Art. 11.2.10.2)
Questa caratteristica meccanica del cls interviene nelle verifiche di deformabilità e di
fessurazione della struttura (p.e. nel caso dei serbatoi).
In sede di progettazione si può assumere come resistenza media a trazione semplice
(assiale) del conglomerato cementizio il valore convenzionale:
fctm = 0.30 (fck)2/3 (N/mm2).
I valori caratteristici fctk corrispondenti ai frattili 5% e 95% sono assunti rispettivamente
pari a 0.7 fctm ed 1.3 fctm .
Il valore medio della resistenza a trazione per flessione è assunto, in mancanza di
sperimentazione diretta, pari a:
fcfm = 1.2 fctm .
Modulo elastico (D.M. 14/01/2008 – Art. 11.2.10.3)
Il modulo elastico è molto influenzato dal tipo di maturazione subita dal cls. Per modulo
elastico istantaneo del cls va assunto quello secante tra la tensione nulla e 0.50 R cm ,
determinato sulla base di apposite prove da eseguirsi secondo la norma UNI 6556.
In sede di progettazione si può assumere il valore:
Ec = 22000 (fcm/10)0.3
(N/mm2) .
Tale formula non è applicabile ai cls maturati a vapore e non è da considerarsi vincolante
nell’interpretazione dei controlli sperimentali.
Coefficiente di Poisson (D.M. 14/01/2008 – Art. 11.2.10.4)
Per il coefficiente di Poisson può adottarsi, a seconda dello stato di sollecitazione, un
valore compreso tra 0 (conglomerato cementizio fessurato) e 0.2 (non fessurato).
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Assumendo ν = 0.2 , il modulo di elasticità tangenziale risulta:
Ec
Gc =
≅ 0.40 E c .
2 (1 + ν )
Coefficiente di dilatazione termica (D.M. 14/01/2008 – Art. 11.2.10.5)
Il coefficiente di dilatazione termica del cls dipende dalla sua composizione e dalla stessa
temperatura. Esso è compreso tra 9 e 12x10-6 °C-1 per temperature normali.
In sede di progettazione, o in mancanza di una determinazione sperimentale diretta (EN
1770), per il coefficiente di dilatazione termica del cls può assumersi un valore medio pari
10x10-6 °C-1.
Ritiro (D.M. 14/01/2008 – Art. 11.2.10.6)
Durante i processi di idratazione del cemento, si manifestano delle variazioni di volume ad
essi imputabili. Poiché la principale causa del ritiro è la perdita dell’acqua non combinata, il
fenomeno dipende essenzialmente dalla composizione del cls, dalla geometria
dell’elemento, dall’umidità e dalla temperatura dell’ambiente.
Un fattore determinante sugli effetti che può generare, è costituito dai vincoli alla
deformazione. Infatti se il ritiro è libero, cioè avviene in un conglomerato abbastanza
elastico ed in una struttura atta a muoversi liberamente, esso non genera autotensioni e di
conseguenza neppure fessurazione; queste, invece, si presentano quando il ritiro è
contrastato.
Fig. 9
La deformazione totale da ritiro si compone di due termini, la deformazione per ritiro da
essiccamento e la deformazione per ritiro autogeno. Il primo si manifesta lentamente in
seguito alla migrazione delle particelle d’acqua all’interno della pasta cementizia indurita. Il
secondo si sviluppa in seguito alla maturazione del cls e pertanto si manifesta nel periodo
immediatamente successivo al getto (Fig. 9).
Viscosità (D.M. 14/01/2008 – Art. 11.2.10.7)
L’incremento delle deformazioni del cls sotto un carico di lunga durata, in aggiunta alle
deformazioni elastiche, è dovuto al fenomeno dello scorrimento viscoso o viscosità
(creep). La deformazione viscosa, che si evolve con velocità sempre minore sino a
stabilizzarsi asintoticamente, può superare di gran lunga (2 o 3 volte) quella elastica, per
cui assume una grande importanza nella risposta strutturale, in particolar modo ai fini degli
incrementi di sollecitazione per effetti geometrici del secondo ordine.
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Una stima della deformazione viscosa si ottiene, senza errori rilevanti, incrementando
quella elastica iniziale attraverso un fattore di proporzionalità ϕ(t, t o ) dipendente dal
tempo:
ε creep = ϕ(t, t o ) ε el
dove to è il tempo di messa in carico e t è quello in cui si valuta la deformazione.
Nella Fig. 10 è illustrato l’andamento delle deformazioni sotto carico e allo scarico dopo un
certo tempo t: la deformazione elastica viene recuperata immediatamente, anche se non
del tutto, perché, nel frattempo, è variato il modulo elastico; vi è poi un graduale recupero
non elastico, detto recupero da creep, che risulta non completo, perché sulla struttura
permane una deformazione residua.
Fig. 10
Le Norme forniscono i valori del coefficiente ϕ(t, t o ) a tempo infinito, in funzione del tempo
to, dell’umidità relativa e del rapporto convenzionale h o = 2A c u , essendo Ac l’area della
sezione trasversale di cls ed u il perimetro della parte esposta a essiccamento.
La durabilità (D.M. 14/01/2008 – Art. 11.2.11)
La durabilità del cls è la capacità del materiale di durare nel tempo resistendo alle azioni
aggressive dell’ambiente circostante. La durabilità di una struttura in cls è la capacità di
durare nel tempo garantendo il servizio per il quale la struttura stessa è stata progettata.
Per garantire la durabilità delle strutture in c.a. ordinario e precompresso, esposte
all’azione dell’ambiente, si devono adottare i procedimenti atti a limitare gli effetti di
degrado indotti dall’attacco chimico, fisico, dalla corrosione delle armature, dai cicli di gelo
e disgelo.
A tal fine il progettista, valutate opportunamente le condizioni ambientali del sito ove
sorgerà la costruzione o quelle di impiego, deve fissare le caratteristiche del cls da
impiegare (composizione e resistenza meccanica), i valori del copriferro e le regole di
maturazione.
Utili indicazioni in proposito possono trovarsi nelle Linee Guida sul cls strutturale edite dal
Servizio Tecnico Centrale ovvero nelle Norme UNI EN 206-1 ed UNI 11104.
ACCIAIO
La risposta di una struttura in c.a. è fortemente condizionata dalla sua armatura. Questa,
infatti, sia attraverso la distribuzione geometrica delle barre all’interno del conglomerato,
sia attraverso le caratteristiche costitutive del materiale, influenza lo stato tensionale e
deformativo del complesso, vincolandone le modalità di rottura e condizionando in
definitiva la stessa sicurezza strutturale dell’immobile.
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In pratica, l’entità delle resistenze strutturali, la duttilità di elementi e giunzioni, le modalità
di discesa del carico ai vincoli, sono tutte caratteristiche dettate dall’acciaio di armatura,
che, come “un fascio di nervi destinato a dar vita alla più inerte massa del conglomerato”
(P.L. Nervi: Scienza o Arte del costruire?), rende efficace la costruzione.
Acciai da cemento armato ordinario
E’ ammesso esclusivamente l’impiego di acciai saldabili qualificati secondo le procedure
riportate nell’art. 11.3.1 del DM 14/01/08 e controllati secondo le modalità riportate nei
punti 11.3.2.10 e 11.3.3.5 dello stesso DM.
Acciai per c.a. ordinario: laminato a caldo e trafilato a freddo
Gli acciai per c.a. ordinario laminato a caldo, B450C, e trafilato a freddo, B450A, sono
caratterizzati dai seguenti valori nominali delle tensioni caratteristiche di snervamento e
rottura (Fig. 11):
f y nom = 450 N mm 2
;
f t nom = 540 N mm 2
e devono rispettare i requisiti indicati nella seguente tabella:
B450C
B450A
Tensione caratteristica di
snervamento
Tensione caratteristica di rottura
(f
(f
t
y
fy
)
k
f y nom
)
f yk ≥ f y nom
f tk ≥ f t nom
1.15≤(ft/fy)k<1.35
(f
k
Allungamento
Diametro del mandrino per prove di
piegamento a 90° e successivo
raddrizzamento senza cricche:
φ < 12 mm
12 ≤ φ ≤ 16 mm
16 < φ ≤ 25 mm
25 < φ ≤ 50 mm
y
f y nom
)
k
(f
t
fy
)
k
≥ 1.05
≤ 1.25
(Agt)k ≥ 7.5%
(Agt)k ≥ 2.5%
4φ
4φ
5φ
8φ
10φ
Fig. 11
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L’acciaio per c.a. è generalmente prodotto in stabilimento sotto forma di barre o rotoli, reti
o tralicci, per utilizzo diretto o come elementi di base per successive trasformazioni.
Tutti i tondini di acciaio per c.a. devono essere ad aderenza migliorata (a.m.), cioè dotati di
nervature trasversali, uniformemente distribuite sull’intera lunghezza, atte ad aumentare
l’aderenza al conglomerato cementizio.
Le barre sono reperibili sul mercato con diametro pari variabile di 2 mm in 2 mm e
lunghezza commerciale di 12 metri (Fig. 12). Esse sono caratterizzate dal diametro φ
della barra tonda liscia equipesante, calcolato nell’ipotesi che la densità dell’acciaio sia
pari a 7.85 kg/dm3. Il loro diametro deve essere compreso tra 6 e 50 mm.
Fig. 12
Fig. 13
Fig. 14
Si intendono per reti elettrosaldate (e.s.) le armature costituite da due sistemi di barre
ortogonali equidistanziate (max 330 mm), assemblate per saldatura negli incroci chiamati
nodi Fig. 13.
I tralicci sono dei componenti reticolari composti con barre ed assemblati mediante
saldatura (fig. 14).
Le reti e i tralicci sono realizzati con acciaio B450A ed hanno diametro φ compreso tra 5 e
12 mm.
Come per il conglomerato cementizio, anche per le barre di armatura il D.M. 14/01/08
prescrive controlli di accettazione da effettuarsi sia in stabilimento di produzione che in
cantiere (art. 11.3.2.10). In particolare i controlli di accettazione in cantiere sono obbligatori
e devono essere effettuati su 3 spezzoni, marcati, di uno stesso diametro, per ciascun
gruppo di diametri, sempre che il marchio e la documentazione di accompagnamento
dimostrino la provenienza del materiale da uno stesso stabilimento. In caso contrario i
controlli devono essere estesi agli altri diametri della partita.
Le prove devono essere effettuate presso un Laboratorio Ufficiale e riguardano la
resistenza e la duttilità. Possono essere richieste altre prove quali quella di piegamento e
raddrizzamento (non devono manifestarsi cricche) e la prova di aderenza (beam test).
Acciai da cemento armato precompresso
Gli acciai da precompressione sono contraddistinti da un comportamento nettamente
diverso da quello esibito dagli acciai per armatura lenta.
Infatti, nel caso dell’acciaio armonico (0.6% C + 0.6÷1.7% Mn + 0.3% Va + 0.3% Cr) il
diagramma σ − ε di prova è sostanzialmente una bilatera (Fig. 11), con il secondo ramo
Prof. ing. V. Dipaola - Caratteristiche del calcestruzzo e dell’acciaio
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incrudente, assenza di snervamento e limitate deformazioni plastiche: gli allungamenti
percentuali a rottura sono infatti molto più bassi di quelli tipici di un acciaio dolce (0.2% C).
L’acciaio per armature da precompressione è generalmente fornito sotto forma di:
filo: prodotto trafilato di sezione piena che possa fornirsi in rotoli (Fig. 15c);
barra:
prodotto laminato di sezione piena che possa fornirsi soltanto in forma di
elementi rettilinei;
treccia:
2 o 3 fili avvolti ad elica intorno al loro comune asse longitudinale (Fig. 15d);
trefolo:
fili avvolti ad elica intorno ad un filo rettilineo completamente ricoperto dai fili
elicoidali (Fig. 15a/b).
Fig. 15
Le tensioni di rottura sono da 1.9 a 3.3 volte maggiori rispetto a quella fornita da un acciaio
B450C: un filo trafilato a freddo φ5 mm raggiunge 1770 N/mm2, una barra φ26 ÷ 30 mm si
rompe a 1030 N/mm2, mentre un trefolo, costituito da 7 fili φ5 mm trafilati a freddo, può
raggiungere i 1770 N/mm2.
In contrapposizione alla elevata resistenza meccanica, ottenuta con l’aumento della
percentuale di carbonio e ulteriori aggiunte di elementi chimici nella lega, incrudimento
mediante lavorazione a freddo e trattamento termico di tempra, l’acciaio armonico
presenta una scarsa duttilità, non è saldabile, è notevolmente sensibile alle alte
temperature ed alla corrosione, non è lavorabile.
Una ulteriore caratteristica di grande importanza per l’utilizzo dell’acciaio armonico in
elementi precompressi è l’entità della perdita di tensione a deformazione costante per
rilassamento (Fig. 16).
Fig. 16