Il calcestruzzo mix design - Università di Pavia · ulteriormente modificato • conferma che i...

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9 e 10 gennaio 2003 - il calcestruzzo -

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INDICE

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Un cls di qualità 1/6

I fenomeni aggressivi derivano da

aver cercato di ottenere la massimaresistenza meccanica senza badare alladurabilità

MA…

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Un cls di qualità 2/6

Per fare un cls di qualità

• non ci si può affidare al caso

mentre

• il processo di produzione del cls deve essere controllato

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Un cls di qualità 3/6

Processo di produzione controllato =

• non basta la buona volontà• know-how e addestramento• basso A/C e uso di additivi• controllo di qualità

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Un cls di qualità 4/6

Il know-how (LO�VDSHU�IDUH)parte da tecniche di mix designe tiene conto dei vincoli di fluage, ritiro,…

Il Mix Design parte dalla definizione dei requisiti.

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Un cls di qualità 5/6

Gli additivi:• aeranti, in tutte le condizioni in cui è

previsto gelo• fluidificanti o superfluidificanti, che

rendano lavorabile il cls per far sì che i manufatti vengano realizzati in modo adeguato

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Un cls di qualità 6/6

Il controllo di qualità è fatto a due fini:

• confermare con prove di qualificazione le caratteristiche previste a tavolino

• controllare gli strumenti utilizzati per le misure.

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Mix Design 1/51

Due filiere:• una a sinistra legata alle caratteristiche

dell’elemento costruttivo, che considera cioè le prestazioni in servizio dell’elemento

• una a destra che riguarda la produzione

Il cls va considerato infatti sia nell’ottica delprocesso produttivo che porta alla costituzione diun manufatto, sia nell’ottica dell’elementocostruttivo stesso.

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Mix Design 2/51

Schema di un processo per il mix design del calcestruzzo

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Mix Design 3/51

• Il calcolo strutturale fornisce la resistenzacaratteristica Rck

• Considero poi un primo fattore produttivo, ossia il tipo di controllo – scadente, normale o buono –che consente di prendere in considerazione la competenza dell’azienda che produrrà ciò che il progettista definisce a tavolino, anche se non si ha a disposizione il profilo esatto del produttore

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Mix Design 4/51

Il calcolo strutturale fornisce la resistenzacaratteristica, ma quella che si considera inrealtà è la resistenza media

Rck = Rm – kKdoveK sta per valore caratteristicoc sta per clskK è legata alle condizioni operative

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Mix Design 5/51

K =• 3,5 N/mm2 se il getto < 1.500 m3

• 1,4 N/mm2 se il getto > 1.500 m3

K è in funzione delle condizioni di controllo

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Mix Design 6/51

Condizioni di controllo:• Controllo buono – non in condizioni di

laboratorio, ma in condizioni operative, reali con a disposizione risorse e materie controllabili (inerti dosati a peso e non a volume, controllo umidità intrinseca inerte e correzione A/C in base a tale umidità, controlli incrociati, uso di inerti ben assortiti – sabbia, ghiaietto, ghiaia -dosati rimanendo nell’ambito di determinati rapporti granulometrici) –

2 � K � 4 e 2,8 � kK � 5,6

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Mix Design 7/51Condizioni di controllo:• Controllo normale o scadente – acqua dosata ad occhio, inerti

dosati a volume, no prove preliminariIn questo caso i fattori correttivi sono moltopiù alti e k può raggiungere anche valoricompresi tra 7 e 10.

KK è dunque la misura dell’incertezza,dell’aleatorietà che si ha man mano che sidiminuisce il controllo.

La Rm è sempre più elevata della Rck perché è necessario tenereconto dell’incertezza.

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Mix Design 9/51

Nota Rm, determino A/C

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Mix Design 10/51A/C si può correggere in funzione di altriparametri, generando filiere diverse eparallele:• fluage• durabilità• modulo di elasticità• ritiro• …La situazione è la seguente:Hi = f(A/C)Quindi al variare dei parametri trovo(A/C)1 – (A/C)2 - …

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Mix Design 11/51Ottengo una costellazione di valori non necessariamentecoincidenti…

…adotto il valore più basso,

promuovendo eventualmente la resistenzameccanica (se il valore più basso non corrispondea quello determinato in base ad essa) edeffettuando la cosidetta

SURPR]LRQH�GHO�FDOFHVWUX]]R

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Mix Design 12/51

Tabella utile nel caso dicls antigelivi

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Mix Design 13/51È necessarioverificare anchela durabilità

Norma UNI 9858Calcestruzzo –Prestazioni,produzione, posain opera e criteri diconformità

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Mix Design 14/51È necessarioverificare anchela durabilità

Norma UNI 9858Calcestruzzo –Prestazioni,produzione, posain opera e criteri diconformità

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Mix Design 15/51

Definito A/C,considero la temperatura durante il lavoro:• se la temperatura di getto è rigida (cfr.

parte precedente – additivi acceleranti, getto caldo, inerti caldi, acqua calda)

• se la temperatura di esercizio è rigida –additivi aeranti (cfr. parte precedente)

• temperatura di trasporto (in inverno –acceleranti, in estate – ritardanti)

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Mix Design 16/51

Filiera lavorabilità – è necessario conoscerele caratteristiche del getto:• forma della cassaforma (semplice,

particolare, armatura normale, armatura spessa, solaio, parete)

• condizioni di FXULQJ, ossia di trattamento e maturazione (costipamento, formazione manodopera)

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Mix Design 17/51

Se mi basassi solo sulla filiera di sinistra, lalavorabilità sarebbe un risultato, invece, inquesto modo,

la lavorabilità è un dato

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Categorie di lavorabilità:

• bassa• media• alta

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Mix Design 19/51Norma UNI 9858

Calcestruzzo –Prestazioni, produzione, posa in opera e criteri di conformità

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Mix Design 21/51• Le due tabelle hanno un carattere descrittivo che aiuta a

raggiungere una condizione meno soggettiva• Le due tabelle rappresentano un po’ la stessa cosa: si

forniscono definizioni e si indicano i metodi di verifica• Richiamo ai metodi di misura della lavorabilità• Il cls asciuttissimo ha applicazioni limitate, è un cls da

laboratorio• Le categorie più usate sono cls semiplastico e plastico• Il cls superfluido è utilizzato per pavimentazioni o per

aggetti autolivellanti• Il range di applicazione va dai rigidi ai fluidi

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La lavorabilità è un fattore con una dupliceimportanza:• consente al cantiere di lavorare “come

deve” con un prodotto che non viene ulteriormente modificato

• conferma che i parametri di produzione sono sotto controllo

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Fissata la lavorabilità,

viene fissato il diametro massimo degli inerticon il criterio secondo cui deve essereminore rispetto all’interferro più piccoloattraverso cui deve passare

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• la lavorabilità è funzione del quantitativoassoluto di acqua• le caratteristiche legate alla resistenzadipendono dal rapporto A/C.

Quindi, se si aumenta il contenuto assolutodi acqua o aumento A/C o aumento anche ilquantitativo di cemento in modo che A/Crimanga invariato.

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Ricapitolando:1. determino A/C2. determino A (contenuto assoluto di

acqua)quindi3. determino C (contenuto di cemento)

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Se mi accorgo che il quantitativo di cementoè eccessivo (è il componente più costoso)…

…non posso diminuire il cemento

allora…

…utilizzo additivi fluidificanti o superfluidificanti

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Mix Design 27/51

Principio additivi fluidificanti:• cemento in eccesso• tolgo cemento, ma anche acqua• diminuisce lavorabilità• ripristino le condizioni con l’uso di

fluidificante nelle proporzioni indicate dal produttore (1% di fluidificante per una diminuzione del 20% di acqua circa)

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Determinazione degli inerti:

Vi = 1 (m3) – volume H2O (peso H2O) – volume cemento – volume aria

• del cemento ho il peso, quindi passo al volume attraverso il peso specifico del cemento, assimilabile a quello della roccia (3150 kg/m3)

• aria è quella inclusa o naturalmente o artificialmente attraverso l’uso di aeranti usati per cls antigelivi

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Mix Design 30/51Si ottiene in questo modo il quantitativo complessivo degliinerti

quindi è necessario decidere l’assortimento degli inerti.

Due metodi:• uno basato sulla scelta della curva granulometrica• uno che prescinde dalla curva granulometrica,

utilizzabile quando si usano solo due inerti (sabbia e ghiaia)

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Il primo metodo:• Si sceglie la curva granulometrica e si

dimensionano gli inerti disponibili con metodi analitici basati sull’inserimento della curva granulometrica obiettivo e delle curva granulometriche dei vari inerti disponibili

• Curva granulometrica: curva teorica (obiettivo o reale)

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Analisi granulometrica:• prendere un inerte, asciugarlo in forno o

con alcool• pesarlo• metterlo in cima ad una batteria di

setacci, messa su un tavolo vibrante• ogni setaccio trattiene un certo

quantitativo e si pesa ciò che si trova ai vari setacci

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• Massa trattenuta cumulativa (tutto ciò che sta sopra setaccio i-esimo) = somma masse trattenute

• Dalle quantità assolute, passo alle % del trattenuto comulativo e del passante cumulativo

• Ottengo dei punti

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• Il fuso granulometrico è quello compreso tra due curve granulometriche ottenute mettendo una tolleranza in più e una in meno rispetto alla curva obiettivo

• La curva sperimentale deve cadere nel fuso.

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Mix Design 36/51Riassumendo:• Si sceglie la curva obiettivo, o meglio il fuso

granulometrico che comprende la curva obiettivo più due tolleranze

• Si inseriscono le curve granulometriche reali degli inerti (generalmente tre = controllo buono) utilizzati e il sofware indica le percentuali dei vari inerti

• Si conosce il volume totale degli inerti, quindi si può determinare il peso dell’inerte passando attraverso la massa volumica specifica

• È opportuno eseguire prove di qualificazione preliminare, ad esempio sulla resistenza meccanica

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Il secondo metodo:• è utilizzabile solo se utilizzano due inerti

(sabbia e ghiaia)• metodo più complesso• non fa riferimento alla curva

granulometrica

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Fasi:• determinare Ya (massa volumica

apparente del grosso)• determinare Ymc (massa mucchio

compatto del grosso)• calcolare b0 = Ymc/Ya

• ricavare b (volume del grosso) in funzione di b0

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Mix Design 39/51Dati:• Ya - massa volumica apparente del grosso – massa volumica

della roccia in quanto tale, del singolo ciotolo• determinare Ymc - massa mucchio compatto del grosso – si tiene

conto dei vuoti, assestando l’inerte in modo che il volume occupato sia il minimo

• b0 = Ymc/Ya < 1• ricavare b (volume del grosso) in funzione di b0, facendo

riferimento alla tabella seguente in cui, in funzione del diametro massimo, per interpolazione, ottengo il rapporto b/b0, in funzione di un parametro sintetico che esprime la granulometria della sabbia, chiamato finezza della sabbia, che è la somma dei residui cumulativi della sabbia, ossia un parametro che deriva dalla curva granulometrica della sabbia

• Ricavare b e, per differenza, il volume della sabbiaVsabbia = 1 – VH2O – Vcemento – Varia – Vinerte grosso

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Mix Design 41/51

Ancora sulla curva granulometrica…

La curva granulometrica ottimale è unaespressione che rappresenta in formaanalitica la dimensione dell’inerte.

Due curve: • secondo Fuller• secondo Bolomey

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Mix Design 42/51Secondo Fuller

% del residuo cumulativo = 100 (d/D)1/2

doved = valore in ascissaD = diametro massimo

L’inerte che segue questa curva è un inerte con lamassima compattezza possibile, che rende cioè minimo ilvolume della pasta (con l’obiettivo di risparmiare perché lapasta è l’ingrediente più costoso)

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Mix Design 43/51

Oggi si tende non usare la curva di Fuller ead utilizzare la curva di Bolomey

Secondo Bolomey

% del residuo cumulativo = A + (100 – A) (d/D)1/2

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Mix Design 44/51

È una curva di Fuller corretta con valori di Adeterminati in base ad una tabella.

La curva di Bolomey si comincia ad usarequando ci si rende conto che il cls deveessere lavorabile.

Si dice che il cls di Fuller è più aspro.

Le curve di Fuller e Bolomey sono curve obiettivo.

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Mix Design 45/51Il fluage è un fenomeno indesiderato perchéperché rappresenta un comportamento nonelastico ed è fondamentale da considerarein ambito strutturale.

Se io applico un carico ad un elementocostruttivo, questo si deforma prima in modoelastico poi, al passare del tempo e pur rimanendocostante il carico, continua la deformazione. Rimane cioèuna deformazione residua e il comportamento è plastico.

Tra i vari fattori che condizionano il fluage c’è la precocità del carico.

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Mix Design 46/51

Come si quantifica il fluage?

Il fluage è una percentuale delladeformazione elastica.

Se L è la deformazione che attendo dalcomportamento elastico di un corpo, alloraC = -L, dive - è un coefficiente moltiplicativodella deformazione elastica.

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Mix Design 47/51

La deformazione totale, ossia lacomponente elastica più la componente dafluage, è:

Lt = Le + Lf = (1+-)Le

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Mix Design 48/51I fattori che influenzano il fluage:

-�= I1 × I2 × I3 × I4 × I5

doveI1 = umidità relativa ariaI2 = età del cls al momento del carico (per ritardare età del cls al

momento del carico si fa in modo, anche quando si devedisarmare velocemente e si ha un cls con resistenza meccanicasufficiente, di puntellare)

I4 = fisso uno spessore fittizio o una dimensione fittizia con la qualeentro in un diagramma e trovo I4 come 2Ac/u, dove Ac è la sezione dell’elemento costruttivo e u il perimetro della sezione a contatto con l’atmosfera

I5 = si determina tenendo conto della quantità di tempo per la qualerimane applicato il carico

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Mix Design 49/51

I3 è funzione del rapporto A/C.

Si procede “al contrario”: • si definisce C = -L• il carico è noto, per cui L è noto• si conoscono tutti i parametri di -, tranne I3

• stabilisco C, ossia il valore di fluage, a priori• determino I3

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Mix Design 50/51Resistenza all’abrasione:

• unica grandezza che non dipende in modo sostanziale da A/C• dipende dalla durezza degli inerti• pavimentazioni industriali devono resistere a sollecitazioni

notevoli (agisco su durezza inerti piuttosto che su resistenzameccanica)

• si realizza spolvero su getto fresco, ossia si aggiunge uno stratodi malta cementizia caricata con inerti di particolare durezza(quarzo)

• quando è richiesta la massima resistenza all’abrasione, si agiscecaricando la malta con inerte di ferro: a volte anche pastine chesono malte cementizie contenenti limatura di ferro, proveniente dascarti di altre lavorazioni (spessore da qualche mm a 1-1,5 cm)

• lo spolvero deve aderire completamente al supporto

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Mix Design 51/51

Mix design come:

• reingegnerizzazione del processo diproduzione del cemento

• analisi del valore applicata al processo diproduzione del cemento (percorso adostacoli