Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione

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

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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.

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Tempio di Apollo (Didima) Saxum quadratum 462 anni (dal 332 a. C al 130 d. C. )

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli (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.

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Pont Du Gard, Nimes H = 49 m L = 273 m Arcate (luce=24, 5 m spess. =6, 36 m) 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 50 km.

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Il Pantheon

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli La cupola

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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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Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli Confronto tra aggregati nel calcestruzzo antico e moderno

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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.

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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.

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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 CO 3= • Bicarbonati HCO 3 • Solfati SO 4= • 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)

Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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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Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione - Università Federico II di Napoli 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.