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Il CalcestruzzoIl 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 CalcestruzzoEvoluzione 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 quadratum462 anni (dal 332 a.C al 130 d.C.)

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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.

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Esempio di muro in calcestruzzo romano

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.

Il calcestruzzo dei Romani

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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

Acquedotto che portava l’acqua dalla sorgente di Uzés fino alla città di Nimes per oltre 50km.

Costruito da Agrippa all’epoca dell’imperatore Augusto (2-19 d.C.)

H = 49m L = 273 mArcate (luce=24,5m spess.=6,36m)4 al piano inferiore7 al piano intermedio (spess = 4,54 m)35 al piano superiore (spess = 3,06 m)

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Il Pantheon

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La cupola

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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.

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Betoniera

Il calcestruzzo moderno

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.

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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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AdditiviVengono 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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-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.

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Principali differenze tra calcestruzzo antico e moderno