Calcestruzzo

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Categoria:	Tecnologia Meccanica
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Data:	05.07.2000
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sm. [sec. XVI; forse da calcestre, da calce (sostantivo
femminile)]. Conglomerato da costruzione ottenuto dalla
mescolanza, in dosi opportune, di materiali inerti (sabbia, ghiaia,
pietrisco) con un legante, in presenza di acqua. I c. a base di
pozzolana e calce comune ( opus caementitium), ampiamente
usati dai Romani - presso i quali fu introdotto in età repubblicana
e usato per fondazioni, ossature murarie e costruzioni a volta -, o
quelli a base di calce idraulica sono oggi usati solo per strutture di
riempimento o comunque soggette a limitate sollecitazioni.
Importanza fondamentale hanno invece i c. cementizi che,
associati ad armature metalliche che assorbono quelle
sollecitazioni (di trazione, di taglio), rispetto alle quali essi
presentano scarsissima resistenza (c. armato o, correntemente,
cemento armato e c. armato precompresso), vengono oggi
largamente impiegati nella costruzione di fondazioni, pilastri, travi,
coperture, pavimentazioni stradali e di aeroporti, ponti, dighe,
ecc. Particolarmente usati nelle costruzioni stradali sono i c.
bituminosi, ottenuti dalla miscela di un inerte lapideo con un
legante idrocarburato. Nella tecnica nucleare si usano c.
schermanti per schermi protettivi intorno a reattori nucleari o
acceleratori di particelle; in questi, parte della sabbia è sostituita
da rottami metallici (c. pesante) o, meglio, da minerali di bario;
per ottenere una migliore difesa da neutroni termici il c. può
anche essere addizionato con cadmio.
Materiali inerti e legante
Gli inerti, sia naturali (di cava, fluviali, di frantoio), sia artificiali
(scorie d'altoforno, frammenti laterizi, ecc.), devono essere non
gelivi, non reattivi con il cemento, inalterabili all'aria e all'acqua;
devono avere forma pressoché cubica e dimensioni assortite, in
modo che gli elementi più piccoli vadano a riempire i vuoti tra
quelli di maggiori dimensioni per ottenere la massima
compattezza. Materiale legante del c. è il cemento (di preferenza
Portland, ma anche pozzolanico, d'altoforno e, quando
necessario, alluminoso) sia normale sia ad alta resistenza, scelto e
dosato a seconda delle esigenze di resistenza e di tempo di
indurimento (un c. si definisce grasso o magro a seconda della
quantità di legante in esso contenuta). Mescolati a secco gli inerti
e il legante, si provvede ad aggiungere l'acqua, aspergendone
poco alla volta l'impasto. Possono accettarsi acque di qualunque
origine (salvo quelle derivanti da scarichi industriali, poiché
potrebbero contenere sostanze che diminuiscono la resistenza del
c.), purché siano limpide, incolori e non acide. Poiché la
resistenza del c. diminuisce al crescere della quantità d'acqua
contenuta nell'impasto, occorrerà fornirgli la dose minima, tanto
minore quanto meglio assortiti tra loro sono gli inerti, necessaria
per renderlo lavorabile. In genere per un metro cubo di c. in
opera sono necessari 300 kg di cemento, 0,4 m3 di sabbia, 0,8
m3 di ghiaia, impastati con 150 litri di acqua. A seconda del
tenore di acqua distinguiamo: c. a consistenza di terra umida
(15% d'acqua), plastici (17%), fluidi (20%). Ai componenti
fondamentali si possono aggiungere, quando esigenze specifiche
lo richiedano, particolari additivi atti a modificare il tempo di
presa e le caratteristiche fisiche dei calcestruzzi. Per ottenere c.
leggeri e leggerissimi (quali cellulite, aerocret, ecc.) si aggiungono
costituenti porosi (pomici), trucioli, segatura di legno o sostanze
additive che, reagendo chimicamente con il cemento, sviluppano
gas, provocando all'interno del c. la formazione di bolle
minutissime (c. cellulare).
L'impasto
L'impasto del conglomerato, un tempo effettuato a mano, oggi si
esegue quasi esclusivamente con macchine (betoniere),
fatta eccezione per piccoli quantitativi; si è anche orientati ormai
sulla costituzione di grosse centrali di betonaggio, dalle quali il c.
viene prelevato mediante autobetoniere che ne completano
l'impasto durante il trasporto, essendo risultato più economico,
per cantieri di normale entità, rifornirsi presso queste che non
produrre da soli il proprio fabbisogno. Dalla betoniera il c. viene
gettato nelle casseforme mediante condutture con pompe a
stantuffo. L'assestamento, cui consegue il progressivo
affioramento dell'acqua, viene fatto manualmente a mezzo di
pestelli e sbarre, oppure meccanicamente con l'impiego di
vibratori (c. vibrato).
L'indurimento
Dopo il getto ha inizio la presa del legante e quindi l'indurimento
del c., che solidifica per un complesso di fenomeni fisico-chimici
che si svolgono tra i suoi componenti; la durata di questa fase
dipende dalla temperatura dell'ambiente in cui si svolge e dalla
quantità e qualità di cemento impiegato. All'indurimento segue la
stagionatura, che si prolunga per diversi mesi durante i quali la
resistenza continua ad aumentare. Parallelamente si verifica un
altro fenomeno caratteristico del c.: il ritiro, ossia la sua riduzione
di volume, di entità però sempre decrescente con il tempo (0,5
mm/m dopo alcuni mesi). Il ritiro determina nel c. stati di
coazione, per la diversa contrazione delle parti interne rispetto a
quelle superficiali, con conseguente comparsa di
microfessurazioni che possono però, nelle zone superficiali,
trasformarsi in lesioni. Il regime tensionale interno è, inoltre,
soggetto a modificarsi nel tempo in conseguenza delle
deformazioni (fenomeno della viscosità dei c.) che si verificano
progressivamente sotto l'azione dei carichi; tali deformazioni, che
granulometria, il riscaldamento dei getti durante la prima fase di
maturazione, un energico costipamento, l'aspirazione dell'aria
superficiale subito dopo il getto fino a un certo grado di vuoto, si
raggiungono resistenze dipendono dalla composizione e dall'età del c. al momento
dell'applicazione dei carichi, tendono asintoticamente per carichi
costanti a un valore limite. Per ridurre questo fenomeno si deve
cercare di ritardare il più possibile il disarmo del getto (e quindi la
sua entrata in carico) e di mantenerlo umido, rallentandone il
prosciugamento.
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Caratteristiche meccaniche
Caratteristica meccanica fondamentale del c. è la sua resistenza a
compressione, per determinare la quale si ricorre a particolari
prove di laboratorio (eseguite su almeno quattro provini di uno
stesso impasto al 28º giorno dal getto); la resistenza a flessione
viene invece verificata in cantiere su un'apposita trave. Sempre in
cantiere vengono controllate le caratteristiche fisiche del c.:
plasticità e compattezza al momento del getto e, dopo 28 giorni,
ritiro, porosità, permeabilità, omogeneità, elasticità. La resistenza
del c. non diminuisce con le elevate temperature (fino a 400¸500
ºC), con conseguente sicurezza delle strutture anche in caso di
incendio. Il valore del carico di rottura a compressione varia di
norma tra 150 e 350 kg/cm2, la resistenza a trazione tra 1/8 e 1/
15 della precedente. Con speciali provvedimenti, quali la
sostituzione di una parte degli inerti con clinker a particolare
alla compressione attorno ai 1000 kg/cm2.
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