Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli
Il Calcestruzzo
Il calcestruzzo è un materiale composito ottenuto miscelando,
secondo rapporti opportuni, materiali lapidei grossi e fini
(aggregati), cemento e acqua.
Oltre a questi componenti di base può contenere anche additivi e/o
aggiunte specifiche.
Impieghi
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Il Calcestruzzo
Evoluzione del materiale nel tempo
Da un punto di vista etimologico il termine “calcestruzzo” deriva
dal latino:
• CALCIS STRUCTIO = “struttura a base di calce”
In realtà il termine utilizzato da Vitruvio per definire un
conglomerato molto simile al calcestruzzo attuale era:
•OPUS CAEMENTITIUM, formato da pietra, o rottami di
mattone, mescolati con calce, sabbia e acqua.
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Tempio di Apollo (Didima)
Saxum quadratum
462 anni (dal 332 a.C al 130 d.C.)
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Il calcestruzzo dei Romani
Nella maggior parte delle opere dei Romani, il calcestruzzo fu in
realtà impiegato come riempimento tra i paramenti esterni in mattoni
o in pietra che fungevano da casseforme permanenti.
Lo spazio tra tali paramenti veniva riempito
di malta nella quale venivano poi conficcati
a mano, più o meno regolarmente,
l’aggregato grosso (caementum) in forma di
pietra in pezzi o rottame di mattone.
Esempio di muro in calcestruzzo romano
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(1) Fondazioni;
(2) Produzione della malta;
(3) Costruzione impalcatura per
paramenti murari;
(4) Trasporto malta in cima alla
muratura;
(5) Costipazione della malta e
inserimento del rottame di pietra
e mattoni.
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Pont Du Gard, Nimes
H = 49m
L = 273 m
Arcate (luce=24,5m spess.=6,36m)
4 al piano inferiore
7 al piano intermedio (spess = 4,54 m)
35 al piano superiore (spess = 3,06 m)
Costruito da Agrippa all’epoca
dell’imperatore Augusto (2-19 d.C.)
Acquedotto che portava l’acqua
dalla sorgente di Uzés fino alla città
di Nimes per oltre 50km.
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Il Pantheon
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La cupola
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Il calcestruzzo moderno
Il calcestruzzo moderno, oltre che sulla disponibilità del cemento
Portland, si basa sulla disponibilità di un mezzo meccanico, la
betoniera, capace di mescolare la miscela plastica di acqua, cemento,
sabbia e ghiaia che viene successivamente gettata all’interno delle
casseforme.
Sia le caratteristiche del calcestruzzo fresco
(lavorabilità) sia quelle finali del calcestruzzo
indurito (resistenza meccanica, stabilità di volume e
durabilità) dipendono dalle proprietà e dalla
composizione della miscela legante iniziale, nonché
dagli altri costituenti: aggregati, acqua e additivi.
Betoniera
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Confronto tra aggregati nel calcestruzzo antico e moderno
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Origine degli aggregati
• Nella maggioranza dei casi sono di origine naturale;
• Raramente si usano aggregati artificiali (tipo loppa d’alto forno
raffreddata lentamente e frantumata) o sintetici (poliestere
espanso);
• Gli aggregati di origine naturale derivano da rocce di vario tipo.
Nota Bene:
- è importante che gli aggregati costino poco (si preferiscono
materiali disponibili sul luogo di impiego);
- Aggregati riciclati dalla demolizione di opere in cls.
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Funzione degli aggregati
• Fungono da riempitivo e quindi riducono la quantità di cemento
necessaria (riducendo costi e calore di idratazione;
• Costituiscono lo scheletro del cls, contribuendo in modo
determinante alle resistenze meccaniche;
• Aumentano la stabilità dimensionale del cls indurito, opponendosi
al ritiro della pasta legante e riducendo le conseguenti fessurazioni;
• Determinano altre proprietà quali la lavorabilità, modulo elastico,
resistenza all’abrasione, durabilità.
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Caratteristiche degli aggregati
• Dimensione: sono detti fini (sabbia) o grossi rispettivamente se
passano o no per almeno il 95% a un vaglio con maglie di
apertura 4 mm;
• Forma: può essere arrotondata, irregolare, piatta, angolare,
piatta e allungata (coefficiente di forma);
• Porosità: dipende dal tipo di roccia da cui deriva (può variare da
meno del 2% per le rocce intrusive ignee al 10-40% dei calcari e
delle rocce vulcaniche), influenza molte proprietà (fisiche,
meccaniche, durabilità ;
• Umidità: contenuto d’acqua rispetto alla massa secca
dell’aggregato, determina l’assorbimento d’acqua
dell’aggregato.
• Densità: molto importante ai fini del proporzionamento di un
cls, in base al valore di densità apparente si distinguono in
leggeri, normali e pesanti
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Acqua di impasto
La qualità dell’acqua di impasto è importante perché i Sali e le
impurezze che essa può contenere possono interferire con i processi
di presa ed indurimento, influenzando le proprietà meccaniche.
I principali sali disciolti sono:
• Carbonati CO3=
• Bicarbonati HCO3• Solfati SO4=
• Cloruri Cl• Altri ioni (calcio, sodio, potassio)
Normalmente sono in quantità totale inferiori a 1000 ppm e tenendo
conto dei rapporti a/c (tra 0,4 e 0,6), il tenore dei solidi che entra nel
cemento tramite l’acqua è pari allo 0,2-0,3% del peso totale.
Per i cloruri la concentrazione deve essere < 500 ppm nei cls armati
(Normativa UNI EN 1008)
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Additivi
Vengono aggiunti al calcestruzzo, durante la miscelazione in quantità
mai superiori al 5% in peso, per modificare alcune caratteristiche sia del
cls fresco che indurito.
Ad esempio gli additivi fluidificanti possono:
• rendere più lavorabile l’impasto a parità di a/c;
•diminuire il rapporto a/c a parità di lavorabilità (aumento delle
resistenze meccaniche).
Il principio sui cui si basa la loro azione è quello di esercitare un’azione
disperdente sui grani di cemento, sono molecole che si adsorbono sulla
superficie dei grani ed esercitano un’azione repulsiva, allontanando i
grani (i prodotti più usati sono polimerici).
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Principali differenze tra calcestruzzo antico e moderno
-Un diverso legante utilizzato dai Romani (calce+pozzolana) o
impiegato nel calcestruzzo prodotto attualmente (cemento Portland o di
miscela);
-Una diversa granulometria degli aggregati (discontinua nel primo e
continua nell’altro);
-Diversa tecnologia di mescolamento;
-Trasporto manuale a brevissima distanza per il cls romano e trasporto
meccanico a lunga distanza con autobetoniere per il moderno
calcestruzzo;
-Compattazione manuale del cls fresco romano e compattazione
meccanica (vibrazione) del cls moderno;
-Getto del cls romano in casseforme permanenti e rimuovibili per quello
moderno;
-Maggiore resistenza meccanica del calcestruzzo moderno rispetto e
quello romano.