Il calcestruzzo
• Il calcestruzzo è un conglomerato formato da
cemento, acqua e aggregati (ghiaia, pietrisco,
sabbia).
• E’ il materiale da costruzione più largamente
impiegato nel mondo.
Costi
calcestruzzo
75 euro/m3
calcestruzzo in opera 110 euro/m3
malta
80 euro/m3
aggregato
21 euro /m3
calce
10 euro/100Kg
cemento
10 euro/100Kg
Aggregati per il calcestruzzo
• Per ottenere calcestruzzo e malte cementizie è
adatto un gran numero di rocce sia
monominerali che poliminerali.
• Si definisce minerale una sostanza cristallina di
composizione chimica e struttura ben definita
Classificazione delle rocce
 Rocce ignee
(raffreddamento magmi fusi) es. graniti
(poliminerale costituito principalmente da quarzo e felspati) e
basalti
 Rocce sedimentarie (foate nel corso delle ere geologiche per
solidificazione di sedimenti rmchimici , minerali, organici in mari
antichi) es. calcari, dolomiti, scisti (materiali argillosi), arenarie,
gesso
 Rocce metamorfiche (rocce ignee o sedimentarie che hanno
subito fenomeni di ricristallizzazione a seguito di elevate pressioni o
temperature) es. marmo, quarziti, gneiss
Quali rocce sono idonee per la
produzione del calcestruzzo?
• Non tutte le rocce sono idonee alla produzione
di calcestruzzo.
Rocce ignee e matamorfiche sono molto dure e
compatte ed ottime per calcestuzzi; calcare e dolomite
sono meno dure ma accettabili per la produzione di
calcestruzzo; scisti sono sfaldabili quindi inadatti; il gesso
è addirittura nocivo.
• Necessità di definire una serie di criteri di
accettabilità in base alle proprietà chmiche,
fisiche e meccaniche
• Si definiscono aggregati o inerti quei materiali
granulari che inizialmente “sciolti” o “alla
rinfusa” vengono “legati” da un legante di
varia natura, venendo a costituire dopo
l’indurimento del legante stesso, dei
conglomerati artificiali.
• il termine inerte, si riferisce alla natura non reattiva del materiale. In
passato utilizzato come sinonimo di aggregato, attualmente tale termine
dovrebbe essere abbandonato perchè non più utilizzato nella normativa
UNI.
• il termine aggregato indica che il materiale viene tenuto unito in un
insieme coerente dalla pasta legante.
• Gli aggregati sono il componte più rilevante
del calcestruzzo dal punto di vista quantitativo
(fino al 85 % peso oppure 650-750 l/m3)
• Le caratteristiche dell’aggregato determinano
in buona misura le proprietà del calcestruzzo
sia allo stato fresco che allo stato indurito
Quale è la funzione dell’ aggregato
nel calcestruzzo?
• Conferimento proprietà meccaniche
• Ridurre quantità di legante
• Ridurre calore di idratazione
• Ridurre costo del conglomerato
• Contrastare il ritiro della pasta legante
Quali proprietà rendono un aggregato
idoneo alla produzione di calcestruzzo?
• proprietà fisiche
• proprietà chimiche
• proprietà meccaniche
Classificazione degli aggregati in base
alle dimensioni
• Sabbie: materiali lapidei con diametro max 7 mm
• Ghiaie: aggregati fluviali, diametro max 10-15 mm
• Pietrischi: come le ghiaie, ottenuti per frantumazione
• Aggregati grossi: ghiaie e pietrischi diametro max 70-100 mm
Caratteristiche fisiche
 forma
 tessitura
 porosità
 gelività e permeabilità
 peso e volume specifici
 bulking (rigonfiamento) delle sabbie
 granulometria degli inerti
Forma
• Gli aggregati possono essere di forma
tondeggiante (es. ciottoli di fiume) o spigolosa
(da frantumazione).
• la forma degli aggregati è determinante per la
lavorabilità del calcestruzzo fresco. Le norme
definiscono un fattore di forma dato dal rapporto
tra il volume della particella e la sfera ad esso
circostritta. Tale valore non deve essere superiore
a 0.15.
Tessitura superficiale
• Gli aggregati possono presentare superficie
liscia o rugosa.
• Aggregati lisci conferiscono maggiore
lavorabilità al calcestruzzo fresco mentre
aggregati rugosi determinano resistenze
meccaniche maggiori all’impasto indurito,
poichè la pasta di cemento vi aderisce meglio.
Porosità
• La porosità di un elemento di aggregato può essere aperta o
chiusa ed influisce su una serie di caratteristiche degli
aggregati:
 peso specifico apparente
 caratteristiche meccaniche
 permeabilità
 assorbimento di acqua
 resistenza al gelo.
Come si determina la porosità ?
• si valuta la quantità di acqua che un certo volume (o
peso) di aggregato essiccato in precedenza in stufa
assorbe dopo 24 h di immersione in acqua (ASTM C
70-72).
• un aggregato può presentare quattro diversi stati di
assorbimento.
• importante conoscere lo stato dell’aggregato ai fini del
dosaggio dell’acqua di impasto del calcestruzzo, al fine
di avere un corretto rapporto acqua/cemento. Un
aggregato non saturo sottrae acqua all’impasto, uno a
superficie bagnata cede acqua all’impasto.
 asciutto (es. essiccato in stufa a 110 °C)
 umido internamente non saturo
(es. essiccato in aria a temperatura ambiente)
 saturo a superficie asciutta (S.S.A.)
(saturo di acqua ma con superficie è asciutta)
 saturo a superficie bagnata
(contiene acqua in eccesso rispetto allo stato saturo)
porosità aperta:
differenza tra peso aggregato nello stato SSA e quello dell’aggregato asciutto.
Peso e volume specifico
• Il dosaggio degli ingredienti per un
calcestruzzo richiede la conoscenza del
volume occupato da un certo peso di inerte,
poichè nelle centrali di betonaggio questo
viene dosato oltre che per pesata anche con
misure di volume.
• Si definiscono diversi pesi specifici riferiti al
mucchio o alle particelle
Riferito alle particelle…
• peso specifico assoluto
(solido ridotto in polvere fine)
• peso specifico apparente (o massa volumica)
(solido non polverizzato , include la porosità chiusa)
• peso specifico del volume solido
(comprende anche le porosità aperte, riferito all’intero volume
apparente. Importante per il dosaggio volumtrico del calcestruzzo
perchè la porosità aperta in pratica non consente l’ingresso della pasta
di cemento)
•
peso specifico saturo a superficie asciutta
(consente di calcolare l’umidità di saturazione propria dell’aggregato e
quindi di determinare la quantità di acqua che può sottrarre all’impasto
se non è saturo o la quantità di acqua che può cedere all’impasto se è
bagnato).
Classificazione in base al
peso specifico apparente
• normali 2400-3000 kg/m3
• leggeri 1400-2400 kg/m3
• pesanti 3800-5200 kg/m3
riferiti al mucchio…
• peso in mucchio: peso di 1 m3 di aggregato
comprensivo degli spazi vuoti. Valore variabile in
funzione dello stato di umidità e a seconda che il
mucchio sia stato ottenuto alla rinfusa o per
compattazione.

Aggregati grossi secchi (ghiaie e pietrischi):
peso in mucchio alla rinfusa 1400-1650 kg/m3
peso in mucchio dopo compattazione fino a 1500-1800 kg/m3
Bulking delle sabbie
• il volume occupato da una data quantità di sabbia
dipende dal tenore di umidità libera e dalla finezza
della sabbia
• Il bulking delle sabbie corrisponde all’aumento di
volume subito da un dato peso di sabbia in presenza
di acqua sulla superficie dei granelli; maggiore è la
quantità di acqua, maggiore è la distanza tra i granelli,
maggiore volume specifico apparente fino ad un max.
per gli altri inerti non c’è bulking perchè il film di acqua
è molto piccolo rispetto alla dimensione delle
particelle.
Gelività e permeabilità
• Un inerte è detto gelivo se è sensibile all’azione di
cicli di gelo e disgelo. Tale caratteristica è legata
alla porosità. Nel caso del calcestruzzo la gelività
dipende tanto dalla porosità dell’inerte quanto
dalla porosità della pasta.
• La permeabilità di un calcestruzzo è importante
ai fini della sua durevolezza, cioè alla sua
resistenza nel tempo in condizioni ambientali
sfavorevoli (azione acque o atmosfere aggressive,
cilci di gelo e disgelo, etc.)
Distribuzione granulometrica
• setacci a maglie quadrate (< 4 mm) e crivelli
lamiere con fori circolari (oltre 4 mm)
• si dispongono setacci uno sull’altro con aperture
decrescenti dall’alto in basso su un apparecchio a
scosse brevi. Si produce la classificazione del
materiale precedentemente essiccato a 110 °C
caricato sul setaccio più alto.
• L’aggregato viene separato in frazioni che vengono
pesate.
• Esempio: nel caso delle sabbie esiste una serie
di 40 setacci (UNI 2331 e 2332), il primo ha
maglie di 4 mm (3 maglie per cm2), l’ultimo di
0.04 mm (23700 maglie per cm2).
• Le normative ASTM fanno riferimento ai
mesh (numero di maglie per pollice quadro),
la ASTM E 11-70 prevede una serie di setacci
da 3.5 a 600 mesh
Dall’analisi si ottiene una serie di valori che
vengono trasformati in una curva granulometrica
riportando in ascissa l’apertura delle maglie e in
ordinata la % di aggregato in esso trattenuta
(curva dei trattenuti, poco utilizzata) oppure la %
totale di aggregato che attraversa ciascun setaccio
(curva dei passanti cumulativi)
Modulo di finezza
• La somma dei passanti cumulativi diviso 100
rappresenta il modulo di finezza. Quanto
maggiore è tale valore tanto maggiore è la
finezza dell’aggregato
• Nell’esempio precedente quindi il modulo di
finezza è pari a 3,72
Distribuzione granulometrica ottimale
Dalla distribuzione granulometrica degli inerti dipendono:
 lavorabilità del calcestruzzo fresco
 peso specifico del calcestruzzo
 dosaggio cemento
 dosaggio acqua
 caratteristiche del calcestruzzo indurito
Dosaggio acqua
• se aggregato grosso è in eccesso l’impasto
sarebbe poco lavorabile a meno di aggiungere
molta acqua a detrimento delle caratteristiche
meccaniche
• se aggregato fine è in eccesso è richiesta
molta acqua per bagnare tutta la superficie, di
nuovo elevato rapporto a/c.
Criterio?
• La distribuzione granulmetrica ottimale è
quella che fornisce una buona lavorabiltà del
calcestruzzo fresco impiegando la minima
quantità di acqua.
• Si ottiene miscelando in modo opportuno
aggregati grossi ed aggregati fini
Dosaggio cemento
• Eccesso di aggregato grosso, notevole volume
vuoto da riempire con cemento; eccesso inerti
fine richiede molta pasta per rivestire elevata
superficie specifica.
• assortimento di aggregato grosso e fine
garantisce minimo utilizzo pasta cementizia
(riduzione costi) e al contempo buona
lavorabilità
Peso specifico
• Per avere elevate resistenze meccaniche è
necessario massimizzare il peso specifico del
calcestruzzo. Ciò è possibile solo se gli aggregati
fini riempiono gli spazi vuoti tra gli aggregati
grossi.
• Non si può utilizzare una mescolanza qualunque
tra grossi e fin senza intermedi perchè durante la
posa in opera si potrebbe avere segragazione
degli aggregati grossi e conseguente
disomogeneità del calcesstruzzo indurito.
In conclusione…
• una idonea distribuzione granulometrica favorisce la
lavorabilità e la compattablità con un basso
rapporto a/c, elevato peso specifico, massime
resistenza meccaniche.
• per questo sono state proposte alcune curve di
distribuzione granulometrica ottimale degli
aggregati del tipo,
• ( p è la % passante cumulativo attraverso un setaccio
di apertura d, D diametro max dell’aggregato)
p= 100 (d/D)a
In pratica…
• Si utilizzano tre curve teoriche che rappresentano
il miglior compromesso tra minima segregabilità
e max peso specifico
• Curva di Fuller a=1/2……p= 100 (d/D)1/2
• Curva cubica a=1/3………p= 100 (d/D)1/3
• Curva di Bolomey……p=A+(100-A) (d/D)1/2
A: valore costante compreso generalmente tra 12 (aggregato
arrotondato) e 14 (aggregato spigoloso)
Fuso granulometrico
• In realtà… non è possibile disporre di di un aggregato la cui
granulometria corrisponda ad una di queste curve
continue.
• In pratica…si fissa per i diversi diametri d dei relativi
setacci un margine di tolleranza in eccesso ed in difetto
rispetto alla curva teorica.
Si ottengono così due spezzate che delimitano il cosiddetto
fuso granulometrico.
• Un aggregato è accettabile se la sua curva granulometrica
rientra nel fuso. A seconda dell’impiego cui è destinato il
calcestruzzo possono essere previste tolleranze differenti.
• Per ogni diametro max impiegabile è riportato un fuso
granulometrico consigliato.
• Le norme inglesi (BS) e ASTM fanno
riferimento a fusi granulometrci più complessi.
• Ogni diagramma, uno per ogni Dmax,
comprende curve che delimitano tre regioni
A: accettabile, ma con elevata quantità di acqua
B: ottimale
C: accettabile, con rischio di segregazione
Diametro massimo dell’ aggregato
(Dmax)
• quanto più è grande Dmax tanto minore è la
superficie specifica da “bagnare” e quindi si
riduce la quantità di acqua di impasto, riducendo
il rapporto a/c e guadagnando in resistenza
meccanica.
• tali considerazioni valgono fino a Dmax pari a 38
mm. Per aggregati con Dmax superiore il guadagno
è vanificato dalla troppo esigua superficie di
contatto aggregato/legante.
• per realizzare manufatti di buona resistenza
meccancica, Dmax non deve essere superiore
ad 1/5 dello spessore del getto.
• per calcestruzzo armato, il Dmax non deve
superare ¾ della distanza tra i ferri, per
evitare che l’aggregato rimanga bloccato tra I
ferri o tra questi e le pareti delle casseforme.
Il fragile cemento delle case d'Abruzzo
"Lo hanno riempito di sabbia del mare"
di CARLO BONINI
“…una parte consistente del Paese, soprattutto nel centro-sud, è
seduto su un letto di cemento impastato con sabbia di mare.
Imbracato da un'anima di ferro che il sale di quella sabbia si è
mangiato con il tempo, rendendolo sottile e fragile come uno
stuzzicadenti. “
"Normalmente, i cattivi costruttori utilizzano sabbia di mare.
Costa niente, rispetto alla sabbia da cava. Il problema è che,
oltre alle molte impurità, è piena di cloruro di sodio. E quei
cloruri, con il tempo, si mangiano il ferro. I margini di
guadagno sono alti. Diciamo che fatto 100 il costo della
costruzione, chi gioca con la qualità del cemento arriva a
guadagnare fino a 50, 60. Chi costruisce a regola d'arte è al
30".
Proprietà termiche
• Le proprietà termiche più importanti sono:
 coefficiente di dilatazione termica lineare (a)
Se è molto diverso da quello della pasta di cemento,
variazioni di T possono creare stress interni tali da
portare a frattura della pasta indurita o al distacco della
pasta dall’inerte. Tra 0 e 60 °C non si hanno effetti
distruttivi finchè la differenza è minore di 5.5 10-6
 calore specifico
 conducibilità termica
Queste ultime due sono rilevanti sulle proprietà del
calcestruzzo in getti molto spessi