“strutture massive in calcestruzzo” - unibg · universita’ degli studi di bergamodegli studi...

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BERGAMOUNIVERSITA DEGLI STUDI DI BERGAMO

FACOLTA’ DI INGEGNERIA

“STRUTTURE MASSIVE IN CALCESTRUZZO”

Prof Ing Luigi CoppolaProf. Ing. Luigi Coppola

L. Coppola – Concretum – Strutture massive

REAZIONI ESOTERMICHEREAZIONI ESOTERMICHE

Tutte le reazioni dei costituenti del cementoTutte le reazioni dei costituenti del cemento sono di tipo esotermico

SVILUPPO DI CALORE


STRUTTURE MASSIVESTRUTTURE MASSIVESTRUTTURE MASSIVESTRUTTURE MASSIVE

Nelle STRUTTURE DI GRANDE SPESSORE -quali le platee di fondazione di edifici

lti i i bl hi di f d i d llmultipiano, i blocchi di fondazione delleturbine negli impianti di produzionedell’energia elettrica gli impalcati da ponte adell energia elettrica, gli impalcati da ponte astruttura monolitica, i muri di sostegno dinotevole altezza – a causa della modestanotevole altezza a causa della modestaconducibilità termica del conglomerato (5.5– 8 KJ/(mh°C)) gli strati più esterni del getto( )) g p gsi comportano come materiale isolanteimpedendo la dissipazione verso l’esternod l l il tdel calore sviluppato


TEMPERATURA DEL CALCESTRUZZOTEMPERATURA DEL CALCESTRUZZOTEMPERATURA DEL CALCESTRUZZOTEMPERATURA DEL CALCESTRUZZO

REAZIONE DI IDRATAZIONE DEL CEMENTOREAZIONE DI IDRATAZIONE DEL CEMENTO

SVILUPPO DI CALORE

ISOLAMENTO DEGLI STRATI PIÙ ESTERNIISOLAMENTO DEGLI STRATI PIÙ ESTERNI CHE IMPEDISCONO LA DISSIPAZIONE

TEMPERATURA DEL CALCESTRUZZOTEMPERATURA DEL CALCESTRUZZO


SITUAZIONE IDEALESITUAZIONE IDEALESITUAZIONE IDEALESITUAZIONE IDEALE

1 di if i1. aumento di temperatura uniforme in tuttolo spessore del getto;

2. struttura libera di muoversi senza alcunimpedimentoimpedimento

iniziale espansione del manufatto nella successiva fase di raffreddamento, una contrazione dell’elementouna contrazione dell elemento strutturale


SITUAZIONE REALESITUAZIONE REALE

Nella realtà invece l’aumento di

SITUAZIONE REALESITUAZIONE REALE

Nella realtà, invece, l aumento di temperatura non è affatto uniforme ed, inoltre le espansioni/contrazioni delinoltre, le espansioni/contrazioni del conglomerato per effetto del riscaldamento/raffreddamento sonoriscaldamento/raffreddamento sono impedite dalla presenza di vincoli:

- interni ad uno stesso elemento strutturale;strutturale;- esterni all’elemento interessato dalle variazioni di temperaturavariazioni di temperatura.


S O ÀS O ÀDISUNIFORMITÀ DI TEMPERATURADISUNIFORMITÀ DI TEMPERATURA

La disuniformità dei valori di temperaturaall’interno di un elemento in calcestruzzo diall interno di un elemento in calcestruzzo digrande spessore è determinata da:

gli strati corticali dissipano una maggiorequantità di calore rispetto al nucleo;q p

per la ridotta conducibilità termica delconglomerato il nucleo non può dissipare ilconglomerato, il nucleo non può dissipare ilcalore prodottosi nel “cuore” della struttura.


DISSIPAZIONE DI CALOREDISSIPAZIONE DI CALOREDISSIPAZIONE DI CALOREDISSIPAZIONE DI CALORE

DIVERSA DISSIPAZIONE

STRATI CORTICALI “CUORE”

TEMPERATURETEMPERATURE

BASSE ALTEBASSE ALTEGARDIENTE TERMICOGARDIENTE TERMICO


GARDIENTE TERMICOGARDIENTE TERMICO

QUADRI FESSURATIVIQUADRI FESSURATIVI

Il gradiente termico nella sezioneIl gradiente termico nella sezionedell’elemento strutturale interessato dalriscaldamento p ò determinare lariscaldamento può determinare lacomparsa di indesiderati quadrip qfessurativi nel calcestruzzo i qualipossono interessare la struttura già dopopossono interessare la struttura già dopoqualche ora dalla ultimazione dei getti.


VINCOLI INTERNI :FASE INIZIALEVINCOLI INTERNI :FASE INIZIALEVINCOLI INTERNI :FASE INIZIALEVINCOLI INTERNI :FASE INIZIALE

Per il rispetto della congruenza gli stratiPer il rispetto della congruenza gli stratiesterni più freddi si opporranno alla maggioredilatazione degli strati interni più caldidilatazione degli strati interni più caldi


VINCOLI INTERNI :FASE INIZIALEVINCOLI INTERNI :FASE INIZIALEVINCOLI INTERNI :FASE INIZIALEVINCOLI INTERNI :FASE INIZIALE

•Trazione negli strati esterni (fessure)•Trazione negli strati esterni (fessure)•Compressione negli strati internip g

TT

C


LESIONI IMMEDIATELESIONI IMMEDIATE

Le lesioni si manifestano già il giornoLe lesioni si manifestano già il giornosuccessivo alla posa del conglomerato einteressano l’elemento in calcestruzzo per unainteressano l elemento in calcestruzzo per unaprofondità non superiore allo spessore del

ifcopriferro.


FASE DI RAFFREDDAMENTOFASE DI RAFFREDDAMENTO

Il problema della fessurazione dei getti puòp g pmanifestarsi anche nella fase diraffreddamento della struttura allorquando,raffreddamento della struttura allorquando,esauritosi lo sviluppo di calore, essa tende adequilibrare la propria temperatura con quellaequilibrare la propria temperatura con quellaambientale.


RAFFREDDAMENTORAFFREDDAMENTORAFFREDDAMENTORAFFREDDAMENTO

DIVERSA DISSIPAZIONE

STRATI CORTICALI “CUORE”

TEMPERATURETEMPERATURE

AMBIENTALE ALTEAMBIENTALE ALTEGARDIENTE TERMICOGARDIENTE TERMICO


GARDIENTE TERMICOGARDIENTE TERMICO

VINCOLI INTERNI : FASE AVANZATAVINCOLI INTERNI : FASE AVANZATA

•Compressione negli strati esternip g•Trazione negli strati interni

CCFESSURE

T


VINCOLI INTERNI FASE AVANZATAVINCOLI INTERNI FASE AVANZATAVINCOLI INTERNI : FASE AVANZATAVINCOLI INTERNI : FASE AVANZATA

Queste fessure risultano particolarmentedeleterie per quelle strutture ove la tenutaidraulica risulta un requisito di fondamentaleqimportanza come accade, ad esempio, per ledighedighe.


VINCOLI ESTERNIVINCOLI ESTERNIVINCOLI ESTERNIVINCOLI ESTERNI

I di di ti t i i i t i ( dIn assenza di gradienti termici interni (come, adesempio, avviene se vengono predisposti degli strati dimateriale isolante sulle superfici non casserate emateriale isolante sulle superfici non casserate edirettamente sugli stessi casseri) l’incremento ditemperatura prodotto dalla reazione esotermica dip pidratazione può risultare pericolosa se nella fase diraffreddamento la contrazione dell’intero elemento

l è i di d i li i ll’ lstrutturale è impedita da vincoli esterni all’elementorappresentati da porzioni di struttura precedentementerealizzate che sono in equilibrio dal punto di vistarealizzate che sono in equilibrio dal punto di vistatermico con l’ambiente.


CASSEROCASSEROTT CASSERO CASSERO TERMOISOLANTETERMOISOLANTETT

MUROMUROMUROMUROTTmm TTmm >> T>> Tf f

FONDAZIONEFONDAZIONEFONDAZIONEFONDAZIONETTff = T= Tambamb


IMPEDIMENTO ALLA CONTRAZIONEIMPEDIMENTO ALLA CONTRAZIONEIMPEDIMENTO ALLA CONTRAZIONEIMPEDIMENTO ALLA CONTRAZIONE

GIUNTO WATER-STOP

t =0 t =3-15 giorni


RIDUZIONE DEL RISCHIO DI FESSURAZIONE NEI GETTI MASSIVI

IN ASSENZA DI VINCOLIESTERNI (PLATEE E BLOCCHI

IN PRESENZA DI VINCOLI ESTERNI(MURI E IMPALCATI)

DI FONDAZIONE)(MURI E IMPALCATI)

-RIDUZIONE DEL GRADIENTE TERMICO-RIDUZIONE DEL GRADIENTE TERMICO

TRA NUCLEO E PERIFERIA DELLA STRUTTURATRA CUORE E PERIFERIA DELLA

STRUTTURA -RIDUZIONE DEL GRADIENTE TERMICO TRAL’ELEMENTO STRUTTURALE DA REALIZZARE E

QUELLO A CUI E’ VINCOLATO CHE SI TROVA GIA’QUELLO A CUI E VINCOLATO CHE SI TROVA GIAIN EQUILIBRIO CON LA

TEMPERATURA AMBIENTALE -DIMINUZIONE DELLA QUANTITA’

DI CALORE DISSIPATA VERSO L’AMBIENTEMEDIANTE PROTEZIONI TERMOISOLANTI

-DIMINUZIONE DELLA QUANTITA’ DI CALORE-DIMINUZIONE DELLA QUANTITA’ DI CALORE

SVILUPPATO DALLA REAZIONE DI IDRATAZIONE E


-DIMINUZIONE DELLA QUANTITA DI CALORESVILUPPATO DALLA REAZIONE DI IDRATAZIONE

SVILUPPATO DALLA REAZIONE DI IDRATAZIONE E DELLA TEMPERATURA MASSIMA RAGGIUNTA NEL

CUORE DEL GETTO

ÁÁVELOCITVELOCITÁÁ SVILUPPO DEL CALORESVILUPPO DEL CALORE

Da un punto di vista pratico, ai fini dellariduzione dei quadri fessurativi, èimportante sottolineare come non risultiimportante sottolineare come non risultiimportante la quantità totale di calore

il t t l l ità isviluppato, quanto la velocità con cuiesso si produce.esso si produce.


CALORE SVILUPPATOCALORE SVILUPPATOCALORE SVILUPPATOCALORE SVILUPPATO

δδT 0T 0δδT = 0T = 0

CALORE DISSIPATOCALORE DISSIPATO


CALORE SVILUPPATOCALORE SVILUPPATO

δδT ≠ 0T ≠ 0δδT ≠ 0T ≠ 0

CUORECUORE

SUPERFICIESUPERFICIE

CUORECUORE

SUPERFICIESUPERFICIECALORE DISSIPATOCALORE DISSIPATO


PLINTO 21 VP4PLINTO 21 VP4

DIMENSIONI PLINTO = 13.4 m x 9.00 m x 3.00 mDIMENSIONI PLINTO 13.4 m x 9.00 m x 3.00 mVOLUME COMPLESSIVO DI CALCESTRUZZO =361 80 3361.80 m3

DATA DI GETTO : 15 Ottobre 2004


PLINTO DI FONDAZIONE DI UNA PILA DA PONTE PLINTO DI FONDAZIONE DI UNA PILA DA PONTE


701 "C "

50

60

°C)

1. "Cuore"

30

40

ratu

ra (°

2. Superficie laterale

3 Superficie

20

30

Tem

pe

3. Superficie superiore

4. Ambiente

0

10

0 12 24 36 48 60 72 84Tempo (ore)

1. CUORE DEL GETTO 34

CUO G O2. SUPERFICIE LATERALE;3. SUPERFICIE SUPERIORE;4 TEMPERATURA AMBIENTE

1

3

2L. Coppola – Concretum – Strutture massive

4. TEMPERATURA AMBIENTE.

ATTENUAZIONE GRADIENTEATTENUAZIONE GRADIENTEATTENUAZIONE GRADIENTEATTENUAZIONE GRADIENTE

L’attenuazione del gradiente termico nellestrutture di grande massa si devegperseguire attraverso:

1 riduzione della temperatura massima1. riduzione della temperatura massimaraggiunta nel “cuore” del getto;

2. protezione degli strati più esterni darealizzarsi attraverso una adeguatagprotezione termoisolante tesa a limitare ladissipazione del calore verso l’ambientedissipazione del calore verso l ambiente


80

60

12

3

40

pera

tura

(°C

)

4

20

Tem

p

5

000 24 48 72 96 120

Tempo (ore)

1.CUORE DEL GETTO 2.SUPERFICIE SUPERIORE NON CASSERATA PROTETTA DA

PANNELLI DI POLISTIRENE (spessore 5cm);

52

( p );3.SUPERFICIE LATERALE A 5 CM DALLA SPONDA DEL CASSERO

IN ACCIAIO PROTETTA CON PANNELLI DI POLISTIRENE4.SUPERFICIE LATERALE A 5 CM DALLA SPONDA DEL CASSERO1 4

34.SUPERFICIE LATERALE A 5 CM DALLA SPONDA DEL CASSERO

DI ACCIAIO5.TEMPERATURA AMBIENTALE

1 4

FESSURAZIONEFESSURAZIONEFESSURAZIONEFESSURAZIONE

In assenza di questa protezione ilIn assenza di questa protezione ilcalcestruzzo per via della maggioredissipazione di calore verso l’ambientedissipazione di calore verso l ambienteesterno, acquisisce una temperaturainferiore a quella del cuore del gettoinferiore a quella del cuore del gettodeterminando la nascita di un gradientetermico pericoloso per la possibiletermico pericoloso per la possibilefessurazione del conglomerato delle zonesuperficialisuperficiali


DURATA DELLA PROTEZIONEDURATA DELLA PROTEZIONEDURATA DELLA PROTEZIONEDURATA DELLA PROTEZIONE

Al fi di it l di d i d iAl fine di evitare la comparsa di dannosi quadrifessurativi è indispensabile che questeprotezioni vengano lasciate per un periodosufficientemente lungo da consentire anche algcuore della struttura di potersi raffreddare.Posticipare la rimozione dei materassini coibentiPosticipare la rimozione dei materassini coibentiha anche il vantaggio di garantire che ilconglomerato raggiunga una resistenza aconglomerato raggiunga una resistenza atrazione sufficiente a fronteggiare le tensionii d tt d l di t t i idindotte dal gradiente termico residuo


DURATA DELLA PROTEZIONEDURATA DELLA PROTEZIONE

La durata della protezione termoisolante dipendeda :da :

lo spessore del manufatto;la temperatura ambientale.

Da un punto di vista pratico è opportuno che iDa un punto di vista pratico è opportuno che ipannelli protettivi vengano lasciati per almeno 7o 15 giorni per gli elementi strutturali di spessoreo 15 giorni per gli elementi strutturali di spessorerispettivamente inferiore o superiore ai 2 m.


ARMATURAARMATURA

Accanto a questi provvedimenti si possonoAccanto a questi provvedimenti si possonocontrobattere gli effetti derivanti da gradientitermici elevati mediante la predisposizione ditermici elevati mediante la predisposizione diuna quantità di armatura sufficiente aridistribuire le fessure in modo, sia pur daridistribuire le fessure in modo, sia pur daaumentarne il numero, di diminuirnel’ampiezza. Questo obiettivo si perseguel ampiezza. Questo obiettivo si perseguedisponendo ferri preferibilmente di piccolodiametro con passo non superiore a 30 cmdiametro con passo non superiore a 30 cmnella direzione del massimo sforzo di trazionegenerato dall’impedimento allagenerato dall impedimento alladilatazione/contrazione.


COPRIFERROCOPRIFERROL. Coppola – Concretum – Strutture massive

GRADIENTE TERMICOGRADIENTE TERMICOGRADIENTE TERMICOGRADIENTE TERMICO

L id i d l di t t i tLa riduzione del gradiente termico tra cuore eperiferia del getto si deve perseguireaccompagnando i provvedimentisopramenzionati con la RIDUZIONE DELLApVELOCITÀ E DEL CALORE TOTALESVILUPPATO DALLA REAZIONE DISVILUPPATO DALLA REAZIONE DIIDRATAZIONE DEL CEMENTO in modo daattenuare il riscaldamento e il conseguenteattenuare il riscaldamento e il conseguenteaumento della temperatura del calcestruzzo

ll t li d ll’ l t t tt lnelle zone centrali dell’elemento strutturale.



Lo sviluppo di calore ed il conseguenteLo sviluppo di calore ed il conseguente incremento di temperatura del getto (ΔT) sono funzione di:

1 tipo e della classe di resistenza del1. tipo e della classe di resistenza del cemento adoperato;

2. dosaggio del cemento;3 d i i3. spessore dei getti;4 caratteristiche isolanti della4. caratteristiche isolanti della

casseratura L. Coppola – Concretum – Strutture massive

CONDIZIONI ADIABATICHECONDIZIONI ADIABATICHE

Nel cuore della struttura si realizzano condizioni prossime a quelle adiabaticheper un periodo di tempo funzione delloper un periodo di tempo funzione dello spessore della struttura. In queste condizioni l’incremento di temperatura per un dato calcestruzzo è indipendenteper un dato calcestruzzo è indipendente dalle condizioni al contorno


Incremento di temperatura in elementi di Incremento di temperatura in elementi di l t l i d ll (CEM IV//Al t l i d ll (CEM IV//A

60

calcestruzzo al variare dello spessore (CEM IV//A calcestruzzo al variare dello spessore (CEM IV//A 32.5; a/c = 0.58; c = 320 kg/m32.5; a/c = 0.58; c = 320 kg/m33). ).

45ΔT

(°C

)

Condizioni adiabatiche

45

ratu

ra: Δ

2 m3 m

30

di te

mpe

r

15

emen

to d 50 cm

0

Incr

e

15 cm

01 10 100 1000

Tempo (ore)


Tempo (ore)

RISCHIO FESSURATIVORISCHIO FESSURATIVORISCHIO FESSURATIVORISCHIO FESSURATIVO

Queste condizioni persistono per un periodo di tempoQueste condizioni persistono per un periodo di tempovariabile da qualche decina di ore per le strutture sottili(15-30 cm di spessore) a circa 3-7 giorni per quelle aventi(15 30 cm di spessore) a circa 3 7 giorni per quelle aventidimensioni superiori a 2 m. Ne consegue chel’incremento conseguente di temperatura sarà tantomaggiore quanto più è lungo il periodo in cui sussistonoqueste condizioni adiabatiche. Per questo motivo, si

IL RISCHIO FESSURATIVO DIritiene che IL RISCHIO FESSURATIVO DIORIGINE TERMICA RISULTIINGEGNERISTICAMENTE POCORILEVANTE IN QUELLE STRUTTURE DIRILEVANTE IN QUELLE STRUTTURE DISPESSORE INFERIORE A 60-80 cm.


CALORE TOTALE E MASSIMO CALORE TOTALE E MASSIMO RISCALDAMENTORISCALDAMENTORISCALDAMENTORISCALDAMENTO

Nella ipotesi che non avvengano scambi termici di calore tra le superficidel getto e l’ambiente esterno il massimo riscaldamento ad un certodel getto e l ambiente esterno, il massimo riscaldamento ad un certotempo t (ΔTt,ad) risulta esclusivamente funzione del calore totalesviluppato a quel tempo (Qt) dalla reazione di idratazione del cemento epuò calcolarsi con la seguente espressione:p g p

ρmΔTQ ρmΔTQ adt,t ⋅⋅= ,ΔTt ad = incremento di temperatura del getto ad un determinatot,ad p gtempo t;m = massa volumica del calcestruzzo (Kg/m3);ρ calore specifico del calcestruzzo ( ~1,1 KJ/ (kg °C)).


ρ p ( , ( g ))

MASSIMO RISCALDAMENTO INMASSIMO RISCALDAMENTO INMASSIMO RISCALDAMENTO IN MASSIMO RISCALDAMENTO IN CONDIZIONI ADIABATICHECONDIZIONI ADIABATICHE

Il calore totale sviluppato è, a sua volta, dipendente dal calorei i il l d l ili ( ) d lunitario sviluppato al tempo t dal cemento utilizzato (qt) e dal

dosaggio (c) dello stesso nell’impasto (Qt = c × qt). L’incremento ditemperatura in condizioni adiabatiche ad un determinato tempo t,ΔT t t lΔTt,ad, pertanto, vale:

qcΔT t⋅mρqcΔT t

adt, ⋅=

mρc = dosaggio di cemento nel calcestruzzo (kg/m3)

l di id t i it i d l t (kJ/k )qt = calore di idratazione unitario del cemento (kJ/kg)al tempo t


COSTITUENTICOSTITUENTICOSTITUENTICOSTITUENTI

Relativamente al calore di idratazione unitarioRelativamente al calore di idratazione unitariodel cemento, si fa notare come tutti i costituentidel clinker contribuiscano allo sviluppo didel clinker contribuiscano allo sviluppo dicalore. Il silicato tricalcico e l’alluminatotricalcico tuttavia sono quelli caratterizzatitricalcico, tuttavia, sono quelli caratterizzatidalla maggiore quantità di calore sviluppato.L’alluminato inoltre rispetto alla fase ferrica e ilL alluminato, inoltre, rispetto alla fase ferrica e ilsilicato tricalcico (nei confronti di quellobicalcico) sono caratterizzati anche da unabicalcico) sono caratterizzati anche da unamaggiore rapidità nel reagire con l’acqua esviluppare caloresviluppare calore.


MASSIMO RISCALDAMENTO IN MASSIMO RISCALDAMENTO IN CONDIZIONI ADIABATICHECONDIZIONI ADIABATICHECONDIZIONI ADIABATICHECONDIZIONI ADIABATICHE

calore totale sviluppato al tempo t

impiegare cementi caratterizzati da un bassocalore di idratazione unitario;adottare tutti quei provvedimenti finalizzati aadottare tutti quei provvedimenti finalizzati acontenere il dosaggio di cemento.


COSTITUENTICOSTITUENTICOSTITUENTICOSTITUENTI

COSTITUENTE MINERALOGICO

CALORE DI IDRATAZIONE A 7 GIORNI (J/g)MINERALOGICO A 7 GIORNI (J/g)

C3S 500C3S 500C2S 260C2S 260C3A 8703

C4AF 4204


SILICATO TRICALCICOSILICATO TRICALCICO

L’alluminato tricalcico è il costituente chei l t il l i titàin assoluto sviluppa la maggiore quantitàdi calore, tuttavia, essendo presente nelpclinker in percentuali inferiori rispetto alsilicato tricalcico, il calore di idratazionesilicato tricalcico, il calore di idratazioneunitario del cemento sarà pesantementeinfluenzato dalla percentuale con cuiinfluenzato dalla percentuale con cuiquest’ultimo costituente è presente nel

li kclinker.


FINEZZAFINEZZAFINEZZAFINEZZA

Lo sviluppo di calore inoltre aumenta con laLo sviluppo di calore, inoltre, aumenta con lafinezza del cemento per via della maggiorefrazione di cemento che ad un certo tempo hafrazione di cemento che ad un certo tempo hareagito con l’acqua. Da questo punto di vista sesi tiene conto che per uno stesso tipo disi tiene conto che per uno stesso tipo dicemento la percentuale di C3S aumenta (oppureaumenta la finezza) passando dalla classe 32 5aumenta la finezza) passando dalla classe 32.5alla 32.5R o a quelle successive (42.5, etc.),l’impiego di cementi con classe di resistenzal impiego di cementi con classe di resistenzaelevata (a pari dosaggio) determina unincremento sia della velocità che del caloreincremento sia della velocità che del caloretotale sviluppato.


CLASSE DI RESISTENZA DEL CLASSE DI RESISTENZA DEL CEMENTOCEMENTO

C SSC SS CC33SSCLASSE DI CLASSE DI

RESISTENZARESISTENZA FINEZZAFINEZZARESISTENZARESISTENZA

dQ/dTdQ/dT


CEMENTI RESISTENTI AI SOLFATICEMENTI RESISTENTI AI SOLFATICEMENTI RESISTENTI AI SOLFATICEMENTI RESISTENTI AI SOLFATI

A i t t di ili t t i l iA pari contenuto di silicato tricalcico e apari finezza (il che equivale a dire a pari

l di i t d l t )classe di resistenza del cemento) unariduzione del quantitativo di alluminatot i l i d t i di i i d ltricalcico determina una diminuzione delcalore unitario sviluppato. Per questo

i ll i i i di i lmotivo nelle prescrizioni di capitolatorelative alle opere massive spesso vienerichiesto l’impiego di cementi resistenti alsolfato (che contengono un ridotto tenore( gdi C3A).


CEMENTI RESISTENTI AI SOLFATICEMENTI RESISTENTI AI SOLFATICEMENTI RESISTENTI AI SOLFATI CEMENTI RESISTENTI AI SOLFATI (FERRICI o FERRARI)(FERRICI o FERRARI)( )( )

CC SS CC33AA dQ/dTdQ/dTCC33SS CC33AA dQ/dTdQ/dT


FUORVIANTEFUORVIANTEFUORVIANTEFUORVIANTE

La prescrizione risulta “fuorviante” in quantobb t ifi il lsarebbe opportuno specificare il valore

massimo del calore di idratazione unitario delcemento ad un certo tempo piuttosto che farriferimento ad una proprietà (la resistenza alp p (solfato) di interesse nullo relativamente alproblema dei gradienti termici nelle struttureproblema dei gradienti termici nelle strutturemassive.


NORMA EN 196NORMA EN 196 1/20061/2006NORMA EN 196NORMA EN 196--1/20061/2006

R l ti t t tt è d l hRelativamente a questo aspetto, è da segnalare chenella ultima versione della norma UNI EN 197-1pubblicata nel mese di Marzo 2006 al punto 7 vienepubblicata nel mese di Marzo 2006, al punto 7, vienespecificato che i cementi comuni che a 7 giornisviluppano un calore di idratazione inferiore ai 270 J/gpp g(determinato in accordo alla EN 196-8) sono classificatia “basso sviluppo di calore” e vengono identificati conl i l LH (L H ) ll d i ila sigla LH (Low Heat) nella denominazionenormalizzata (es. CEM III/B 32.5 N-LH). Inoltre, al punto9 2 3 dei criteri di conformità del cemento si prescrive9.2.3 dei criteri di conformità del cemento si prescriveche qualunque sia la classe di resistenza per i cementiLH è imposto un limite superiore al calore diLH è imposto un limite superiore al calore diidratazione pari a 300 J/g.


MATERIALI POZZOLANICIMATERIALI POZZOLANICIMATERIALI POZZOLANICIMATERIALI POZZOLANICI

Un ulteriore beneficio in termini diUn ulteriore beneficio in termini diriduzione del calore unitario si ottienei d ll’i i di tiricorrendo all’impiego di cementi

pozzolanici, d’altoforno o compositi dovep pla parziale sostituzione del clinker con imateriali pozzolanici determina unamateriali pozzolanici determina unariduzione della velocità di sviluppo delcalore per la lentezza che caratterizza lacalore per la lentezza che caratterizza lareazione pozzolanica rispetto a quella del

li kclinker.


CEMENTI POZZOLANICICEMENTI POZZOLANICICEMENTI POZZOLANICICEMENTI POZZOLANICI

ClinkerClinker PozzolanaPozzolanaClinkerClinker PozzolanaPozzolana

dQ/dTdQ/dTdQ/dTdQ/dT


CEMENTI FREDDICEMENTI FREDDICEMENTI FREDDICEMENTI FREDDI

I cementi contraddistinti dal calore di idrata ioneI cementi contraddistinti dal calore di idratazioneunitario più basso sono tipo:Pozzolanico;Pozzolanico;Composito;D’altoforno confezionati con clinker a ridotto tenore diD altoforno confezionati con clinker a ridotto tenore disilicato e alluminato tricalcico (cementi ferrico-pozzolanici) di classe 32.5

Nella eventualità che questi cementi non fosserodisponibili nel confezionamento dell’impasto si puòdisponibili nel confezionamento dell impasto si puòricorrere all’impiego delle ceneri volanti siliciche inparziale sostituzione del cemento.


Tipo Cemento Classe Cemento q3 (KJ/Kg) q7 (KJ/Kg)Tipo Cemento Classe Cemento q3 (KJ/Kg) q7 (KJ/Kg)

I 52.5 R 380 - 410 400 - 430II/A-LL 42.5 R 300 ÷ 320 330 ÷ 340II/B-LL 32.5 N 250 ÷ 270 285 ÷ 290II/B LL 32.5 N 250 270 285 290II/B-M 32.5 R 250 ÷ 270 285 ÷ 290II/A S 42 5 R 290 310 320 330II/A-S 42.5 R 290 ÷ 310 320 ÷ 330III/A 32.5 R 230 ÷ 250 265 ÷ 270III/B 32.5 N 180 ÷ 190 190 ÷ 200

200 ÷ 210 210 ÷ 220IV/A (ARS) 32.5 R 200 ÷ 210 (150-170)

210 ÷ 220 (170-190)

IV/A 42 5 R 240 ÷ 290 285 ÷ 310IV/A 42.5 R 240 ÷ 290 285 ÷ 310IV/B 32.5 R 175 ÷ 220 190 ÷ 240


HVFAHVFAIndicati per la realizzazione delle strutture massive sono icalcestruzzi ad alto volume di cenere volante (HighVolume Fly-Ash: HVFA). Questo tipo di conglomerato èstato ad esempio utilizzato per l’appesantimento dellastato, ad esempio, utilizzato per l’appesantimento dellafondazione di un muro controterra per aumentare laresistenza allo scivolamento del muro. La composizioneresistenza allo scivolamento del muro. La composizionedel calcestruzzo (C16/20) era contraddistinta da:

cemento CE II/A-L 42.5 R: 200 Kg/m3;cemento CE II/A L 42.5 R: 200 Kg/m ;cenere volante: 150 Kg/m3;additivo superiduttore d’acqua (HRWR): 4 8 Kg/m3;additivo superiduttore d acqua (HRWR): 4.8 Kg/m ;acqua: 155 Kg/m3 ;aggregati (D 25 mm): 1735 Kg/m3aggregati (Dmax 25 mm): 1735 Kg/m .


ACCORGIMENTIACCORGIMENTIAi fini della riduzione dell’incremento ditemperatura unitamente ad una oculata sceltatemperatura, unitamente ad una oculata sceltadel tipo/classe di cemento, si possono adottaretutti quegli accorgimenti finalizzati a ridurretutti quegli accorgimenti finalizzati a ridurrel’acqua di impasto e, conseguentemente, a pariclasse di resistenza del calcestruzzo, a diminuireclasse di resistenza del calcestruzzo, a diminuireil dosaggio di cemento, quali:

utilizzo di aggregati di grossa pezzatura eutilizzo di aggregati di grossa pezzatura el’adozione di fusi granulometrici “sottosabbiati”;

impiego di efficaci additivi super-riduttori diimpiego di efficaci additivi super riduttori diacqua;

riduzione della lavorabilità del calcestruzzo.riduzione della lavorabilità del calcestruzzo.


PROVVEDIMENTIPROVVEDIMENTIClasseClasse LL AddAdd DD

PROVVEDIMENTIPROVVEDIMENTI

ΔΔTT ClasseClasseCEMCEM ClinkerClinker LL AddAdd DDmaxmax



Il calcolo di ΔTt,ad in condizioni adiabatichett l’ i i lt ti l tattraverso l’espressione risulta particolarmente

semplice noto il calore di idratazione unitariodel cemento e la composizione delcalcestruzzo. Non altrettanto avviene per lapquantificazione del gradiente di temperatura altempo t tra due differenti punti della strutturatempo t tra due differenti punti della struttura(δT).


FATTORI DI DIFFICILE FATTORI DI DIFFICILE QUANTIFICAZIONEQUANTIFICAZIONE

Questo valore, infatti, è di difficiled t i i i t i lt f ideterminazione in quanto risulta funzione:

dei fattori che influenzano ΔTt ad ;t,ad ;da quei parametri che determinano la

quantità di calore dissipato verso l’ambientequantità di calore dissipato verso l’ambientequali la temperatura esterna, la ventilazione

i l i l di i i lesistente sul cantiere, le dimensioni e lageometria del getto.


VANTAGGIO DI SICUREZZAVANTAGGIO DI SICUREZZA

In sicurezza si può ammettere che il gradientetermico tra “nocciolo” e periferia della strutturacoincida con il massimo riscaldamento incondizioni adiabatiche. Nella realtà, come giàmenzionato il gradiente è di fatto minore inmenzionato, il gradiente è di fatto minore inquanto anche le zone corticali subiscono unriscaldamento per effetto dello sviluppo diriscaldamento per effetto dello sviluppo dicalore.


CONDIZIONI ADIABATICHECONDIZIONI ADIABATICHE

TTcuoreMAXcuoreMAX

ΔΔTT

cuoreMAXcuoreMAX

ΔΔTTmaxmax

TTTTSUPERFICIESUPERFICIE

TTambienteambiente

TTcuoreMAXcuoreMAX = T= Tambienteambiente + ΔT+ ΔTmaxmax


Calcolo del gradiente di temperatura tra Calcolo del gradiente di temperatura tra g pg pcuore e superficie del gettocuore e superficie del getto

Ammettendo che:Tclsgetto= Tambiente = Tclssuperficie

δT = T – TδT = Tcuoremax – Tclssuperficie

δT = Tcuoremax - Tclsgetto = ΔTmax


Calcolo del gradiente di temperatura tra Calcolo del gradiente di temperatura tra g pg pcuore e superficie del gettocuore e superficie del getto

Se il massimo incremento di temperatura si registra dopo 3 e 7 giorni rispettivamente per strutture di spessore pari o superiore a 2 metri, si può porre:•strutture con spessore < 2 m : δT3,max= (ΔT3)ad :

qcδT 3max3,

⋅=

mρmax3, ⋅• strutture con spessore > 2 m: δ = (ΔT ) :

qcδT 7⋅• strutture con spessore > 2 m: δT7,max= (ΔT7)ad :

mρqδT 7

max7, ⋅=


VALORE LIMITEVALORE LIMITEVALORE LIMITEVALORE LIMITE

Stabilito in che modo valutare il massimoStabilito in che modo valutare il massimogradiente termico nelle strutture si pone il

bl di fi l li it tproblema di fissare un valore limite a questagrandezza che possa scongiurare il rischio difessurazione nelle strutture. A tal proposito laNorma ENV 206 del 1992, suggeriva di, ggadottare calcestruzzi che sviluppassero unincremento di temperatura in condizioniincremento di temperatura in condizioniadiabatiche (ΔTmax) ≤ 20 °C.


PRESCRIZIONI DI CAPITOLATOPRESCRIZIONI DI CAPITOLATO

Per la definizione delle specifiche di capitolatodi calcestruzzi destinati alla realizzazione distrutture massive si debbono, pertanto,, p ,integrare quelle rivolte alle normali opere incalcestruzzo ponendo delle limitazioni incalcestruzzo ponendo delle limitazioni intermini di tipo/classe e dosaggio di cemento alfine di ottenere un gradiente termicofine di ottenere un gradiente termico(MASSIMO RISCALDAMENTO IN CONDIZIONIADIABATICHE) i f i 35°CADIABATICHE) inferiore a 35°C.


CALCOLO DEL MASSIMO CALORE CALCOLO DEL MASSIMO CALORE UNITARIOUNITARIO

NOTO:NOTO:1. composizione del calcestruzzo;2 d i di t d t i b l tit ti2. dosaggio di cemento desunto in base al quantitativo

di acqua di impasto;3 rapporto a/c (derivante dai requisiti strutturali e di3. rapporto a/c (derivante dai requisiti strutturali e di

durabilità),

→ Calcolo il massimo valore ammesso per il calore diidratazione unitario a 3 giorni (per strutture diidratazione unitario a 3 giorni (per strutture dispessore pari a 2 m) oppure a 7 giorni (per strutturedi spessore maggiore di 2 m) al fine di non superarep gg ) pl’incremento di temperatura prefissato di 35 °C.


ESEMPIOESEMPIOCalcestruzzo confezionato con:1 dosaggio di cemento = 350 Kg/m3 ;1. dosaggio di cemento = 350 Kg/m ;2. massa volumica = 2300 Kg/m3

→ il calore di idratazione unitario massimo delcemento deve risultare 253 J/g a 3 o 7 giorni seil calcestruzzo è destinato ad una strutturail calcestruzzo è destinato ad una strutturaspessa rispettivamente meno o più di 2 metri.

Nella voce di capitolato relativa al cemento si specificheràl’impiego di :per getti spessi meno di 2 m: CE III/A 32 5 R LH con caloreper getti spessi meno di 2 m: CE III/A 32.5 R LH con caloredi idratazione a 3 giorni inferiore a 255 J/g;per getti di spessore superiore a 2 m: CE IV/B 32.5 R concalore di idratazione a 7 giorni inferiore a 255 J/gcalore di idratazione a 7 giorni inferiore a 255 J/g.


CHIPS DI GHIACCIOCHIPS DI GHIACCIOCHIPS DI GHIACCIOCHIPS DI GHIACCIO

N ll li i d ll di di hNella realizzazione delle grandi digheunitamente all’impiego di cementi a bassop gsviluppo di calore e a calcestruzzi conridotto dosaggio di cemento si ricorreridotto dosaggio di cemento si ricorreall’utilizzo di chips di ghiaccio in parzialesostituzione dell’acqua di impasto consostituzione dell’acqua di impasto conl’obiettivo di abbassare la temperaturainiziale del calcestruzzo.


MASSIMO RISCALDAMENTOMASSIMO RISCALDAMENTOMASSIMO RISCALDAMENTOMASSIMO RISCALDAMENTO

Il ghiaccio consente non tanto dimodificare il massimo incremento ditemperatura, che rimane sostanzialmenteidentico a quello che il conglomeratoq gavrebbe se impastato solo con acqua,quanto di ridurre, grazie alla minoreq , gtemperatura del calcestruzzo al momentodel getto, la temperatura massimag , praggiunta nel “cuore” della struttura e,conseguentemente, il gradiente termico traconseguentemente, il gradiente termico tranucleo e zone cortecciali


CONDIZIONI ADIABATICHE

T (°C)ADIABATICHE

Tcuore,max

Tcuore,max

δT1

con ghiaccio

δT2

T ambiente

T cls getto

T ambiente

Acqua

T cls,gettoAcqua + chips di ghiaccio

L. Coppola – Concretum – Strutture massiveTempo

GETTI NOTTURNIGETTI NOTTURNIGETTI NOTTURNIGETTI NOTTURNI

L’aggiunta di ghiaccio all’impasto èequivalente all’accorgimento diequivalente all accorgimento diconfezionare e gettare il calcestruzzo nelleore notturne o di mattina molto presto.Questo accorgimento infatti consente diQuesto accorgimento, infatti, consente diridurre la temperatura iniziale del

l tconglomerato.


VINCOLI ESTERNIVINCOLI ESTERNIVINCOLI ESTERNIVINCOLI ESTERNI

La riduzione del rischio fessurativo negliLa riduzione del rischio fessurativo neglielementi massivi vincolati a strutture che sit ià i ilib i l t ttrovano già in equilibrio con la temperaturaambientale non può limitarsi alla solaminimizzazione dei gradienti termici tra cuore ecorteccia del getto, ma deve avere comeg ,obiettivo la riduzione della massima temperaturaraggiunta dal cuore della strutturaraggiunta dal cuore della struttura.


ACCORGIMENTI DI CANTIEREACCORGIMENTI DI CANTIEREACCORGIMENTI DI CANTIEREACCORGIMENTI DI CANTIERE

Quando si debbono realizzare strutturemassive che il confezionamento delmassive che il confezionamento delcalcestruzzo e la posa in operap pavvengano durante la notte o all’alba inmodo da ridurre la temperatura inizialemodo da ridurre la temperatura inizialedel conglomerato.


CASSEFORMI TERMOISOLANTI?CASSEFORMI TERMOISOLANTI?

L’impiego di casseforme termoisolanti può nongrisultare sufficiente se non si provvede ad una drasticadiminuzione del massimo incremento di temperatura in

di i i di b ti h I t it i i tt ttcondizioni adiabatiche. In queste situazioni, soprattuttonei muri di modesto spessore vincolati alla fondazionedove il gradiente interno al getto è generalmentedove il gradiente interno al getto è generalmentepiccolo, il problema principale è rappresentato dalletensioni di trazione generate dall’impedimentog pesercitato dalla fondazione alla contrazione del muro infase di raffreddamento.


PROCEDURA DI MATURAZIONEPROCEDURA DI MATURAZIONE

Per queste opere può essere convenientescasserare precocemente (già alle 24 ore) ecoprire le superfici del getto con un geotessileda irrorare costantemente con acqua al fine diaumentare la quantità di calore dissipato versol’esterno riducendo la temperatura massimadell’elemento strutturale.


Predisposizione di profili impermeabili adPredisposizione di profili impermeabili adPredisposizione di profili impermeabili ad Predisposizione di profili impermeabili ad aletta per l’impermeabilizzazione dei giunti aletta per l’impermeabilizzazione dei giunti

di ti f t i l t i idi ti f t i l t i ipredisposti per fronteggiare le contrazioni predisposti per fronteggiare le contrazioni dovute al raffreddamento del muro. dovute al raffreddamento del muro.


“strutture massive in calcestruzzo” - unibg · universita’ degli studi di bergamodegli studi...

Documents