Calcestruzzo leggero strutturale con argilla espansa Leca [2 ed.]

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CALCESTRUZZO LEGGERO STRUTTURALE CON ARGILLA ESPANSA LECA

INDICE PREMESSA Questa pubblicazione vuole essere uno strumento di lavoro per tutti coloro che desiderano avere maggiori informazioni in merito al calcestruzzo leggero strutturale confezionato con argilla espansa. L’impiego dei calcestruzzi leggeri strutturali è in forte espansione e l’interesse riguardo le caratteristiche degli stessi si diffonde anche per opere di uso corrente. Per queste ragioni intendiamo qui riassumere le caratteristiche, le applicazioni, le prestazioni, i riferimenti normativi e le modalità di confezionamento e posa. Il lavoro si rivolge dunque a chi calcola, verifica e prescrive il calcestruzzo leggero strutturale confezionato con argilla espansa, riportando i riferimenti legislativi e normativi attualmente in vigore, ma anche a chi lo produce, lo confeziona e lo mette in opera. NOTA: dal 01/01/2002 è avvenuta l’integrazione delle attività nel settore dell’argilla espansa e premiscelati leggeri tra Laterlite e Buzzi Unicem. La nuova società Laterlite opera con i marchi Leca, Ares e Termolite. A tal proposito segnaliamo che dove in questo testo sia indicato Leca, Leca Strutturale o Leca Terrecotte è possibile sostituire rispettivamente Termolite (T4), Termolite (T6) e Termolite (T8). Per quanto riguarda il prodotto Ares è sempre meglio consultare preventivamente l’assistenza tecnica Laterlite.

1. INTRODUZIONE 1.

Il calcestruzzo leggero strutturale

3

2. LE APPLICAZIONI DEL CALCESTRUZZO STRUTTURALE 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Recupero solai Ristrutturazioni in genere Getti strutturali Costruzioni in zona sismica Strutture prefabbricate Strutture in genere

4 6 6 7 7 7

3. ARGILLE ESPANSE PER CALCESTRUZZI STRUTTURALI 3.1 Il ciclo produttivo 3.2 Leca, Leca Strutturale e Leca Terrecotte

8 8

4. LA NORMATIVA 4.1 Le norme tecniche internazionali 4.2 La normativa nazionale

10 10

5. LE CARATTERISTICHE DELL’AGGREGATO LEGGERO 5.1 La massa volumica dell’aggregato 5.2 Il coefficiente di imbibizione 5.3 La resistenza alla frantumazione dei granuli

12 13 13

6. LA COMPOSIZIONE DEL CALCESTRUZZO 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

Legante Aggregati Acqua Aria Additivi

14 14 14 15 15

7. LE PROPRIETÀ REOLOGICHE 7.1 Lavorabilità 7.2 Segregazione 7.3 Vibrazione

16 16 16

8. LE PRESTAZIONI DEL CALCESTRUZZO INDURITO 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

La massa volumica La resistenza caratteristica a compressione La resistenza a trazione e flessione Il modulo elastico Il coefficiente di Poisson La dilatazione termica Il ritiro La viscosità La durabilità

17 18 20 21 22 22 22 22 23

9. INDICAZIONI PER IL CALCOLO 9.1 Il metodo alle tensioni ammissibili 9.2 Il metodo semiprobabilistico agli stati limite 9.3 Disposizioni costruttive

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10. CONSIGLI PER LA CONFEZIONE 10. Consigli per la confezione

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11. CONSIGLI PER LA POSA 11.1 Posa in opera tradizionale 11.2 Posa in opera con pompa da calcestruzzi

II edizione Aggiornata al Maggio 2007 - © Laterlite Tutti i diritti riservati - Vietata la riproduzione, anche parziale, non autorizzata. Per eventuali aggiornamenti che dovessero entrare in vigore nel corso dell’anno, si rimanda alla visita del sito internet www.leca.it Per ogni ulteriore informazione, contattare l’Assistenza Tecnica Laterlite (tel. 02 48011962). In copertina: NordHordland Bridge 1991-1994 Bergen - Norvegia Calcestruzzo leggero strutturale densità: circa 1900 kg/m3 resistenza circa 55 N/mm2

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28 28

12. PRESTAZIONI 12. Prestazioni

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13. ESEMPI DI MIX DESIGN 13. Esempi di mix design

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14. VOCI DI CAPITOLATO 14.1 Calcestruzzi leggeri premiscelati 14.2 Calcestruzzi leggeri preconfezionati

30 30

BIBLIOGRAFIA Bibliografia

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INTRODUZIONE 1. IL CALCESTRUZZO LEGGERO STRUTTURALE

Calcestruzzi strutturali con argilla espansa Leca.

Diagramma indicativo dell’andamento delle resistenze in funzione della densità per i vari conglomerati cementizi alleggeriti.

Calcestruzzi leggeri strutturali

Resistenze

La normativa italiana in materia di calcestruzzi, attualmente in vigore, stabilisce che si possa definire “calcestruzzo leggero strutturale” un conglomerato cementizio a struttura chiusa ottenuto sostituendo tutto o in parte l’inerte ordinario con aggregato leggero artificiale, costituito da argilla o scisti espansi. La possibilità dunque di realizzare strutture come travi, pilastri e solai, gettati in opera o prefabbricati con un risparmio di peso proprio è realizzabile sostituendo le frazioni più grossolane dell’inerte tradizionale “naturale” (ghiaia o pietrisco) con un inerte “artificiale”, costituito da granuli non frantumati di argilla o scisti espansi. Non sono ammessi altri inerti leggeri di origine naturale o artificiale come polistirolo, lapillo, pomice o altro. Il calcestruzzo così realizzato deve avere: • una massa volumica a 28 giorni compresa tra i 1.400 e i 2.000 kg/m3 (1) • una resistenza caratteristica a compressione Rck (a 28 giorni) non inferiore a 15 N/mm2. Le prescrizioni sulla massa volumica e sulla resistenza, unite alla tipologia di aggregato che realizza l’alleggerimento del conglomerato, sono attualmente i vincoli per realizzare un calcestruzzo che possa essere dichiarato simultaneamente “leggero” e “strutturale”. L’argilla espansa è un aggregato leggero prodotto industrialmente le cui caratteristiche possono quindi essere modificate per ottimizzare le prestazioni di conglomerati con impieghi molto differenziati. È così possibile ottenere: • betoncini leggeri isolanti a struttura aperta: conglomerati cementizi con struttura aperta e densità comprese tra i 600 e i 1000 kg/m3; • conglomerati cementizi a struttura chiusa: con densità comprese tra i 1000 e i 1.400 kg/m3; • calcestruzzi leggeri strutturali: conglomerati formulati con curva granulometrica tale da formare una struttura chiusa, con densità comprese tra i 1.400 e i 2000 kg/m3. La struttura chiusa del conglomerato si ottiene integrando la parte più fine del fuso con inerte tradizionale ed in particolare con sabbia naturale. Inoltre, modulando la densità dell’argilla espansa utilizzata e la percentuale di sostituzione dell’aggregato ordinario, è possibile ottenere calcestruzzi con densità variabili tra i limiti indicati, con resistenze a partire dai 15 N/mm2 fino ai 70 N/mm2. L’utilizzo della tradizionale argilla espansa Leca, oltre al confezionamento di betoncini per strati isolanti e di pendenza, consente di confezionare calcestruzzi strutturali con densità 1.500 ÷ 1.600 Kg/m3 e resistenze fino a 25 N/mm2. Per ottenere resistenze maggiori si utilizzano argille espanse più resistenti (vedi par. 3.1). Un calcestruzzo di densità 1.600 kg/m3 confezionato con Leca Strutturale, consente il raggiungimento, in cantiere, di una resistenza caratteristica a compressione Rck (28 giorni) pari a 30 N/mm2. Tali calcestruzzi possono essere realizzati direttamente in cantiere, confezionati in centrale di betonaggio o presso l’impianto di prefabbricazione. Sono disponibili anche premiscelati in sacco (Leca CLS1400, Leca CLS 1400Ri e Calcestruzzo Pratico Leca CLS 1600) naturalmente destinati ad interventi di minori dimensioni, generalmente nella ristrutturazione. Essendo fra i più leggeri della gamma (con densità di 1.400 ÷ 1.600 Kg/m3) risultano pratici e sicuri per realizzare cappe di rinforzo nel recupero dei solai e in tutte quelle applicazioni dove è necessario realizzare un getto strutturale senza sovraccaricare le strutture esistenti.

Conglomerati cementizi a struttura chiusa Betoncini Resistenze fino a circa 10 N/mm2 600

Resistenze da 15 N/mm2 a 70 N/mm2

Resistenze da 10 N/mm2 a 20 N/mm2 1000

1400 1800 densità in kg/m3

(1) La massa volumica dei conglomerato viene misurata secondo le procedure indicate nella norma UNI 7548 - 2.

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APPLICAZIONI 2. APPLICAZIONI DEL CALCESTRUZZO LEGGERO STRUTTURALE L’utilizzo del calcestruzzo strutturale leggero ha una vasta ed interessante bibliografia che spazia dalle strutture off-shore alle campate di importanti ponti o alle grandi coperture di edifici, ma oltre alla soluzione di specifiche problematiche, risulta vantaggioso in molti altri casi, ben più vicini alla corrente attività progettuale e realizzativa.

2.1 RECUPERO SOLAI Nel recupero dei solai in legno, lamiera grecata, putrelle e laterizio in cui è necessario l’utilizzo di un calcestruzzo strutturale che realizzi il consolidamento senza sovraccaricare eccessivamente la struttura esistente.

Solai in legno

Consolidamento: connessione a pioli

Consolidamento: connessione continua

Didascalia ai disegni di pag. 4 - 5 1 Calcestruzzo Strutturale LECA. 2 Rete elettrosaldata o armatura metallica. 3 Solaio o struttura esistente da rinforzare. 4 Connettori metallici di tipo continuo o puntiforme per soletta collaborante.

Recupero strutturale di solaio in legno - Casa Alessandro Manzoni, Milano

Recupero delle teste di travi in legno

4

Recupero delle teste di travi in legno

Consolidamento: metodo pioli a resina

Solai in lamiera grecata

Università Cattolica - Milano

Terziario - Brescia

Solai in putrelle e laterizio

Recupero solaio - Cascinale, Asti

Show Room Moschino - Milano

Recupero di volte

Recupero volte - Castello di Vigevano

Consolidamento di volta - Bergamo

Recupero solai in laterocemento

Riqualificazione abitativa sottotetti - Milano

Traslazione solaio in edificio storico - Como

5

APPLICAZIONI 2.2 RISTRUTTURAZIONI IN GENERE Ristrutturazione, oltre che per i solai, per tutti gli altri getti (pilastri, muri portanti, cordoli, solette, scale, strutture su mensola, ecc…) da alleggerire per non gravare su strutture e fondazioni preesistenti.

1 2 3 4

Calcestruzzo Strutturale LECA. Rete elettrosaldata o armatura metallica. Solaio o struttura esistente da rinforzare. Connettori metallici di tipo continuo o puntiforme per soletta collaborante.

Recupero del Castello di Vigevano

Restauro copertura Santuario di Loreto

2.3 GETTI STRUTTURALI Strutture in cui il peso proprio costituisca la componente predominante dei carichi di esercizio (ponti a lunga campata, tegoli di copertura, grossi pannelli prefabbricati, solai con ampie luci, passerelle pedonali ecc...). In tali casi, infatti, l’utilizzo di un calcestruzzo leggero permette di realizzare strutture più snelle con sezioni minori e quindi minori quantitativi di calcestruzzo e di armature. Ne risultano opere esteticamente più gradevoli oltre che più economiche.

1 Calcestruzzo Strutturale LECA. 5 Calcestruzzo tradizionale. Torre Polifunzionale - Padova

Stolmen Bridge - Norvegia

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Grattacielo BMW - Monaco di Baviera

(Photo courtesy of Bergens Tidende, photographer: Jan M. Lillebø)

2.4 COSTRUZIONI IN ZONA SISMICA L’azione del sisma è proporzionale alla massa delle strutture che esso coinvolge: nelle costruzioni in zona sismica alleggerire significa ridurre le sollecitazioni sulle murature perimetrali soprattutto nelle ristrutturazioni. 1 Calcestruzzo Strutturale LECA. 2 Rete elettrosaldata o armatura metallica.

Castello Alfonsino - Porto di Brindisi

Risanamento Basilica S. Francesco, Assisi

Pannelli di capannone industriale - Forlì

Tegoli di copertura - Boffalora Ticino

2.5 STRUTTURE PREFABBRICATE Nelle strutture prefabbricate al benefico effetto post-tensionamento, alla leggerezza (specialmente nei tegoli di copertura) e all’isolamento termico e acustico (pannelli e barriere) si unisce l’economizzazione nei trasporti.

2.6 STRUTTURE IN GENERE Strutture poggianti su terreni a scarsa portanza. In questi casi la riduzione di peso consente di ridurre i costi di fondazione o, a parità di peso, realizzare strutture di maggiori dimensioni.

Solai alleggeriti - Guggenheim Museum, Bilbao

Strutture in cui sia tecnicamente necessario ed economicamente vantaggioso un calcestruzzo con caratteristiche di leggerezza (1/3 del peso in meno rispetto ad un calcestruzzo ordinario), isolamento termico (conducibilità termica pari a meno di 1/3 rispetto ad un cls ordinario) e resistenza al fuoco (REI).

Nationsbank - Charlotte, North Carolina

Struttura scatolare galleggiante - Genova

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ARGILLE ESPANSE PER CALCE 3.1 IL CICLO PRODUTTIVO L’argilla espansa è un aggregato naturale e biocompatibile (certificato ANAB-ICEA per la bioedilizia) che si ottiene dalla cottura in forni rotanti di particolari argille. Dopo l’escavazione dalla cava, tali argille vengono lasciate stagionare per lunghi periodi all’aperto, affinché il tempo, le condizioni climatiche e meteorologiche effettuino una prima “pre-lavorazione” naturale. Una successiva lavorazione industriale, attraverso molazze, porta il materiale nelle condizioni di finezza e purezza ideali per la cottura. Attraverso un forno rotante l’argilla cruda, incontrando temperature sempre maggiori, per l’azione combinata dei gas che si sviluppano al suo interno e del movimento rotatorio, espande, nella fase quasi fluida, in forma di palline rotondeggianti. La ricerca, la tecnologia e l’esperienza permettono di controllare il grado di espansione che ottimizzi la qualità del prodotto finale. Il materiale incandescente viene quindi estratto dal forno e attraversa un “letto fluido” fatto di correnti d’aria che, oltre a raffreddare l’argilla espansa ne procurano l’ossidazione e quindi la clinkerizzazione della scorza esterna. In questo momento si completa la caratteristica fondamentale del prodotto argilla espansa: un nucleo interno poroso che garantisce la leggerezza, intrinsecamente legato ad una scorza esterna dura che garantisce la resistenza. Operando sulle temperature, sulla rotazione e su altri parametri, è possibile controllare, entro certi limiti, la densità e la curva granulometrica del prodotto finale.

3.2 LECA, LECA STRUTTURALE E LECA TERRECOTTE

L’argilla, materia prima naturale per la produzione di Leca e Termolite (sopra). Il forno rotante per la cottura dell’argilla (sotto).

Il calcestruzzo è un materiale non omogeneo costituito dalla pasta cementizia e dagli aggregati. La sua resistenza a compressione è legata alla resistenza dei suoi componenti. Nei calcestruzzi tradizionali gli aggregati (se di buona qualità) hanno resistenze superiori a quelle della pasta cementizia. In tali calcestruzzi quindi è la qualità della pasta cementizia a determinarne la resistenza a compressione. Osservando la rottura di un provino di calcestruzzo tradizionale risulta evidente come le linee di frattura attraversino la pasta “scorrendo” sugli aggregati che rimangono integri. Nei calcestruzzi con inerti leggeri, invece, è l’aggregato ad avere la minor resistenza. Rompendo un provino di calcestruzzo leggero si osserva che la rottura interessa i grani di aggregato. Per questo motivo Laterlite produce degli aggregati leggeri specifici (Leca Strutturale e Leca Terrecotte) la cui resistenza alla frantumazione è prossima alla resistenza della pasta cementizia. Con questi aggregati è possibile confezionare calcestruzzi leggeri che, a parità di dosaggio di cemento, raggiungono resistenze alla compressione pari a quelle dei calcestruzzi tradizionali. Gli aggregati leggeri di argilla espansa si distinguono quindi in: Leca: ampiamente utilizzato in edilizia sia sfuso che come aggregato per betoncini e calcestruzzi. Esso è prodotto con basse densità dei granuli ed è utilizzato soprattutto per isolamento termico e alleggerimenti di sottofondi. Con Leca si confezionano calcestruzzi strutturali con densità sino a 1.500 ÷1.600 Kg/m3 e resistenze fino a 25 N/mm2. Leca Strutturale e Leca Terrecotte: prodotti con cicli di lavorazione e argille speciali, sono caratterizzati da un grado di espansione inferiore rispetto al Leca tradizionale, con un nucleo poroso interno meno espanso ed una struttura esterna clinkerizzata più spessa e resistente. Questa differente struttura dei granuli conferisce a Leca Strutturale e Leca Terrecotte un peso specifico maggiore ed una resistenza alla compressione dei granuli decisamente superiore (vedi tabella seguente). La maggiore resistenza dei granuli consente di realizzare conglomerati con caratteristiche paragonabili a quelle dei calcestruzzi tradizionali. La forma non sferica, unita ad una superficie rugosa garantisce un elevato grado di adesione con la pasta cementizia e quindi ottime prestazioni, nel caso di cemento armato, in termini di aderenza ferro/calcestruzzo. Per questi motivi sono particolarmente indicati come inerti per calcestruzzi strutturali leggeri con resistenze alla compressione da 25 sino a 70 N/mm2.

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STRUZZI STRUTTURALI LECA

Denominazione

0-2

2-3

3-8

Densità in mucchio Kg/m3 circa

700

480

380

Resistenza alla frantumazione dei granuli (UNI EN 13055-1) N/mm2

4,5

2,5

1,5

0,12

0,10

0,09

Conducibilità termica λ W/mK Reazione al fuoco

Euroclasse A1 (Incombustibile)

LECA STRUTTURALE

Denominazione

0-5

5 - 15

0 - 15

Densità in mucchio Kg/m circa

800

650

730

Resistenza alla frantumazione dei granuli (UNI EN 13055-1) N/mm2

10,0

4,5

6,0

Conducibilità termica λ W/mK

0,12

0,12

0,13

3

Reazione al fuoco

Euroclasse A1 (Incombustibile) La cottura a 1.200 °C e il processo di espansione.

LECA TERRECOTTE

Denominazione

0-6

6 - 12

0 - 12

Densità in mucchio Kg/m3 circa

950

800

900

Resistenza alla frantumazione dei granuli (UNI EN 13055-1) N/mm2

12,0

7,0

7,5

Reazione al fuoco

Euroclasse A1 (Incombustibile)

La voce “Denominazione” non si riferisce al diametro in mm dei granuli di Leca ma è un’indicazione di carattere commerciale. Le densità e le resistenze riportate sono indicative e medie sui controlli annuali di produzione di ogni Unità Produttiva con uno scostamento del ± 15% come da Norma UNI. Per informazioni più dettagliate e aggiornate richiedere le schede di prodotto di ogni unità produttiva o visitare il sito www.laterlite.net

CAMPI MEDI PRESTAZIONALI DEI CALCESTRUZZI CON LECA, LECA STRUTTURALE E LECA TERRECOTTE Granulo di Leca (in alto) e Leca Strutturale (in basso): la struttura porosa del materiale costituente il granulo è racchiusa in una scorza dura e resistente.

Il “mucchio” di argilla espansa Leca in stabilimento.

9

NORMATIVA 4. LA NORMATIVA Da molti anni ormai la normativa italiana si occupa compiutamente e con chiarezza dei calcestruzzi leggeri strutturali. Vediamo quindi a quali regole si fa riferimento – oggi - in ambito internazionale e nazionale, quali sono le procedure di calcolo che si adottano e quali le particolarità specifiche per i calcestruzzi leggeri di argilla espansa.

4.1 LE NORME TECNICHE INTERNAZIONALI Preliminarmente è opportuno un riferimento alle normative internazionali che si articolano in codici di calcolo e normative tecniche specifiche per l’applicazione dei calcestruzzi leggeri strutturali. L’ampia disponibilità di letteratura e di riferimenti normativi sono dimostrazione di quanto approfondita sia la sperimentazione internazionale e di quanto diffuso sia l’impiego di questi materiali anche per grandi opere. In letteratura internazionale i calcestruzzi leggeri strutturali sono definiti “Structural Lightweight Aggregate Concrete”, generalmente richiamati con l’acronimo “LWAC”. Le più importanti norme che si occupano di calcestruzzi leggeri strutturali sono edite da enti normativi e/o di ricerca internazionali quali: CEN - Ente Normativo Europeo (norme ENV, prEN ed EN, www.cennorm.be), FIB International Federation for Structural Concrete/fedèration internationale du bèton (costituitasi dalla fusione di CEB e FIP, bollettini e Model Code, www.fib.epfl.ch), American Concrete Institute (guide ACI, www.aci-int.org). Si occupano di questi calcestruzzi anche norme tecniche nazionali di molti Paesi quali: DIN (Germania – www.din.de), BS (Regno Unito - www.bsi-global.com), ASTM (Stati Uniti - www.astm.org), NS (Norvegia - www.standard.no), NEN (Olanda -www.nni.nl) ed altre ancora. Tra tutte queste in seguito citiamo informazioni estratte da:

(1) Pubblicato in Gazzetta Ufficiale del 5 febbraio 1996 e di seguito indicato come “Norme Tecniche del 1996”. (2) È in previsione per il 2008 l’entrata in vigore delle “Norme Tecniche per le Costruzioni” da parte del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti. (3) Pubblicato su Gazzetta Ufficiale n. 65 del 18 marzo 1992 e di seguito indicato come “Norme Tecniche del 1992”. (4) Circolare n. 252 AA.GG./S.T.C , pubblicata su Gazzetta Ufficiale del 26 novembre 1996 e di seguito, indicata come “Circolare ‘96”. (5) Circolare n. 37406/STC del 24.06.1993, pubblicata su Gazzetta Ufficiale del 16 agosto 1993 e di seguito, indicata come “Circolare ‘93”.

• UNI ENV 1992-1-4:1995 Eurocodice 2: Progettazione delle strutture di calcestruzzo - Parte 1-5: Regole generali - Calcestruzzo a struttura chiusa realizzato con aggregati leggeri. Fornisce una base generale per il progetto di edifici e di opere di ingegneria civile realizzati con calcestruzzo, armato e precompresso, con struttura chiusa prodotto con aggregati leggeri, così come definito nella ENV 206. • UNI ENV 1992-1-1:1993 Eurocodice 2: Progettazione delle strutture di calcestruzzo - Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici. Fornisce le basi generali per la progettazione di edifici e di opere di ingegneria civile di calcestruzzo armato ordinario e precompresso realizzato con aggregati di massa volumica normale. • ACI 211.2-91: Standard Practice for selecting proportions for Structural Lightweight Concrete, 1991; • ACI 213R-87: Guide for structural Lightweight Aggregate Concrete, 1987; • ACI SP-136: Structural Lightweight Aggregate Concrete Performace, 1992.

4.2 LA NORMATIVA NAZIONALE In Italia è d’obbligo il riferimento al Decreto 9 gennaio 1996 del Ministero dei Lavori Pubblici(1) “Norme tecniche per il calcolo, l’esecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale, precompresso e per le strutture metalliche” di seguito indicato come “Norme Tecniche del 1996”(2). Queste norme sono relative al calcolo e alla verifica con il metodo semiprobabilistico agli stati limite e consentono anche l’applicazione delle norme europee sperimentali “Eurocodice 2 – Progettazione delle strutture di calcestruzzo, parte 1-1, regole generali e regole per gli edifici”, con alcune modifiche ed integrazioni particolari. Per quanto relativo al calcolo con il metodo alle tensioni ammissibili il Decreto 9 gennaio 1996 rinvia al precedente Decreto 14 Febbraio 1992(3), di analogo contenuto.

10

L’obbligo di progettare in conformità ai citati decreti ed alle relative norme tecniche è sancito dalla legge 5 novembre 1971 n. 1086. Entrambi i Decreti si occupano espressamente di conglomerati cementizi con aggregati “ordinari”, ma la Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici del 15 ottobre 1996(4) (di seguito indicata come “Circolare ‘96”) fornisce precisazioni, modifiche ed integrazioni, ai decreti sopra richiamati per i conglomerati cementizi confezionati con aggregati leggeri di argilla espansa. In merito al calcolo con il metodo delle tensioni ammissibili si fa invece riferimento alla analoga Circolare del Ministero dei lavori Pubblici del 24.06.1993(5) (di seguito indicata come “Circolare ‘93”). Le prescrizioni contenute in questi documenti si rifanno a esperienze effettuate negli anni ‘70 e ‘80 e risultano quindi conservative rispetto alle prestazioni ottenibili con le nuove argille espanse (Leca Strutturale e Leca Terrecotte), appositamente studiate per ottenere le caratteristiche tecniche degli attuali calcestruzzi strutturali leggeri ad elevate prestazioni. I conglomerati cementizi di argilla espansa possono così essere utilizzati sia con armatura normale che con armatura di precompressione, con modalità e regole di calcolo del tutto analoghe ai calcestruzzi ordinari.

La Circolare ‘96 richiama inoltre alcune norme UNI (www.unicei.it) specifiche per i calcestruzzi di aggregati leggeri tra le quali: UNI 7548 - 1 - Calcestruzzo leggero - Definizione e classificazione UNI 7548 - 2 - Calcestruzzo leggero - Determinazione della massa volumica UNI 13055 - 1 - Aggregati leggeri per calcestruzzo, malte e malte per iniezione.

11

L’AGGREGATO LEGGERO Estratto dalla “Circolare ‘96” … E. Strutture in conglomerato cementizio con armatura normale o di precompressione e confezionato con aggregati leggeri artificiali. Per le opere e gli elementi strutturali in conglomerato cementizio confezionato con aggregati leggeri artificiali così come definito in E.1 e con armatura ordinaria e/o presollecitata, si applicano le norme relative ai calcestruzzi ordinari (Norme Tecniche Parte 1° e relativi allegati), modificate ed integrate dalle norme seguenti. E.1 Calcestruzzo leggero strutturale Si definisce calcestruzzo leggero strutturale, un conglomerato cementizio a struttura chiusa ottenuto sostituendo tutto o in parte l’inerte ordinario con aggregato leggero artificiale costituito da argilla o scisti espansi. E.2.2 Caratteristiche dei granuli … per granuli di argilla espansa … si richiede: superficie a struttura prevalentemente chiusa con esclusione di frazioni granulometriche ottenute per frantumazione successiva alla cottura

12

5. CARATTERISTICHE DELL’AGGREGATO LEGGERO Per gli aggregati ordinari le Norme Tecniche ‘96 prevedono indicazioni relativamente alla non gelività e non frantumabilità degli stessi, alla assenza di sostanze organiche, o di altri “inquinanti”, oltre che alla dimensione massima dell’aggregato. Nella Circolare ‘96 è dedicato ampio spazio alla definizione delle caratteristiche dell’aggregato leggero. È bene sottolineare che, in ogni caso, è ammesso solamente l’utilizzo di aggregati leggeri di argilla o scisti espansi. Questo aggregato infatti ha caratteristiche particolari, che necessariamente entrano in gioco nella realizzazione del calcestruzzo e che consentono di modularne densità e resistenza.

5.1. LA MASSA VOLUMICA DELL’AGGREGATO Trattando di aggregato “leggero” la prima definizione è proprio relativa alla massa volumica dell’aggregato. Si determinano: • la massa volumica dei granuli (rapporto tra massa del granulo essiccato ed il suo volume), giacché questa è modificabile mediante lo stesso processo di produzione (maggiore o minore espansione); • la massa volumica dell’aggregato in mucchio, cioè la massa tipica dell’aggregato quando si trova sfuso in un mucchio. La Circolare ‘96 consiglia, in prima approssimazione, di stimare la massa volumica media dei granuli moltiplicando per 1,7 la massa volumica in mucchio degli stessi. Entrando nel dettaglio sperimentale, i valori di massa volumica da considerarsi in fase di confezionamento della miscela, sono riportati in tabella.

Si definisce massa volumica media dei granuli il rapporto tra la massa del materiale essiccato ed il suo volume, delimitato dalla superficie dei granuli stessi. Il valore della massa volumica del granulo si può determinare con le procedure indicate nella norma UNI EN 13055-1.

Argilla espansa

massa volumica media granuli (kg/m3)

massa volumica in mucchio (kg/m3)

Coeff.

Leca 3-8

685

380

1,80

Leca Strutturale 0-5

1.665

800

1,85

Leca Strutturale 5-15

1.260

650

1,80

Si definisce massa volumica dell'aggregato leggero in mucchio (peso in mucchio) la massa di un volume unitario di aggregato, comprendendo nella misura i vuoti dei granuli e fra i granuli. Il suo valore si può determinare con le procedure indicate nella norma UNI EN 13055-1. Per gli aggregati di argilla espansa, in via approssimata, la massa volumica media dei granuli può stimarsi moltiplicando per 1,7 la massa volumica in mucchio.

Leca strutturale 0-15

1.390

730

1,80

Leca Terrecotte 0-6

1.760

950

1,85

Leca Terrecotte 6-12

1.400

800

1,75

Leca Terrecotte 0-12

1.620

900

1,80

La voce “Denominazione” non si riferisce al diametro in mm dei granuli di Leca ma è un’indicazione di carattere commerciale. Le densità e le resistenze riportate sono indicative e medie sui controlli annuali di produzione di ogni Unità Produttiva con uno scostamento del ± 15% come da Norma UNI. Per informazioni più dettagliate e aggiornate richiedere le schede di prodotto di ogni unità produttiva o visitare il sito www.laterlite.net Laboratorio: procedure per le misure della massa volumica.

5.2 IL COEFFICIENTE DI IMBIBIZIONE L’aggregato leggero può assorbire acqua, aspetto da non trascurare perché influenza le condizioni di lavorabilità dell’impasto. Periodicamente, presso le unità produttive, si realizzano prove per monitorare il coefficiente di imbibizione delle varie tipologie di argilla espansa e se ne controllano i limiti di assorbimento verificandone la conformità con le prescrizioni normative. I dati medi sono riportati in tabella: Argilla espansa

massa volumica in mucchio (kg/m3)

assorbimento a 30 minuti a 1 giorno

Leca 3-8

380

12%

18%

Leca Strutturale 0-3

800

4%

7%

Leca Strutturale 3-15

650

6%

9%

Leca Strutturale 0-15

730

5%

7%

Leca Terrecotte 0-6

950

4%

6%

Leca Terrecotte 6-12

800

5%

7%

Leca Terrecotte 0-12

900

4%

6%

Il coefficiente di imbibizione dell’aggregato leggero è definito nella Circolare 96 come quantità d’acqua che l’aggregato leggero può assorbire, in determinate condizioni, espressa in per cento della sua massa. Il suo valore va determinato con le procedure indicate nella norma UNI EN 13055-1. Il coefficiente di imbibizione determinato dopo 30 min. deve essere non maggiore del 10% per aggregati con massa volumica in mucchio superiore a 500 kg/m3, e 15% per aggregati con massa volumica in mucchio non superiore a 500 kg/m3.

Laboratorio: controllo delle caratteristiche tecniche.

La voce “Denominazione” non si riferisce al diametro in mm dei granuli di Leca ma è un’indicazione di carattere commerciale. Le densità e le resistenze riportate sono indicative e medie sui controlli annuali di produzione di ogni Unità Produttiva con uno scostamento del ± 15% come da Norma UNI. Per informazioni più dettagliate e aggiornate richiedere le schede di prodotto di ogni unità produttiva o visitare il sito www.laterlite.net

5.3 LA RESISTENZA ALLA FRANTUMAZIONE DEI GRANULI Per individuare univocamente la resistenza dei granuli di argilla espansa si fa riferimento alla UNI EN 13055-1 in cui si definisce in Kg/cm2 il valore di “resistenza alla frantumazione dei granuli”. Tale valore è indicato come la pressione necessaria per imprimere una deformazione prestabilita ad un campione normato di aggregato leggero. Per i diversi tipi di argilla espansa Leca sono riportate le resistenze alla frantumazione dei granuli. Argilla espansa

Resistenza alla frantumazione dei granuli [N/mm2]

Leca 3-8

1,5

Leca Strutturale 0-5

10,0

Leca Strutturale 5-15

4,5

Leca Strutturale 0-15

6,0

Leca Terrecotte 0-6

12,0

Leca Terrecotte 6-12

7,0

Leca Terrecotte 0-12

7,5

La voce “Denominazione” non si riferisce al diametro in mm dei granuli di Leca ma è un’indicazione di carattere commerciale. Le densità e le resistenze riportate sono indicative e medie sui controlli annuali di produzione di ogni Unità Produttiva con uno scostamento del ± 15% come da Norma UNI. Per informazioni più dettagliate e aggiornate richiedere le schede di prodotto di ogni unità produttiva o visitare il sito www.laterlite.net

La resistenza alla frantumazione dell’aggregato influisce sulla resistenza a compressione del calcestruzzo leggero strutturale: appare evidente come, ben modulando la scelta degli aggregati leggeri, si possano ottenere calcestruzzi con elevati valori di Rck.

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COMPOSIZIONE DEL CALCEST 6.1 LEGANTE Le caratteristiche prestazionali di un calcestruzzo leggero possono essere fortemente influenzate dalla tipologia dell’aggregato leggero che lo costituisce ma in linea di massima, come del resto accade anche nel calcestruzzo tradizionale, grande influenza ha la qualità della pasta cementizia. Tutti le prescrizioni tecniche e gli accorgimenti tecnologici che costituiscono il corretto proporzionamento del tipo e del dosaggio di cemento nel calcestruzzo tradizionale vanno tenute in considerazione anche nel confezionamento dei calcestruzzi leggeri strutturali. La scelta dei vari tipi di cemento in funzione delle loro proprietà, la dipendenza della resistenza dal rapporto acqua/cemento, i quantitativi d’acqua in funzione dalla massima dimensione dell’aggregato grosso e l’utilizzo di additivi, rimangono capisaldi del mix design anche nel caso di calcestruzzi leggeri.

6.2 AGGREGATI

La Circolare ’96 stabilisce che l’acqua assorbita si assume pari all’assorbimento in peso a 30 min. misurato secondo UNI EN 13055-1. In mancanza di una determinazione diretta, tale assorbimento può essere valutato pari al 10% del peso dell'aggregato leggero presente nell'impasto.Il corretto dosaggio di acqua pertanto risulta dalla somma dell’acqua efficace e dell’acqua assorbita, detraendo però da quest’ultima l’acqua contenuta nella sabbia naturale e, convenzionalmente, il 40% dell’acqua contenuta come umidità di equilibrio con l’ambiente dell’aggregato leggero. Detto contenuto va di volta in volta determinato preliminarmente all’impasto.

Secondo la definizione di calcestruzzo leggero strutturale riportata nelle “Norme Tecniche ‘96” la sostituzione dell’aggregato tradizionale con argilla espansa può essere totale o parziale. Per garantire curve granulometriche idonee ad un conglomerato con ottimale assortimento degli aggregati è preferibile integrare la curva dell’aggregato leggero (Leca, Leca Strutturale o Leca Terrecotte) con inerte tradizionale fine. L’aggiunta di sabbie fini (0-3 o 0-4), naturali o di frantumazione, chiude l’assortimento granulometrico (che, per quanto riguarda l’argilla espansa per calcestruzzi, è generalmente povero di parti fini) e consente così di realizzare calcestruzzi a struttura chiusa, compatti, resistenti e durevoli. Il corretto proporzionamento fra il quantitativo di sabbia e quello di aggregato Leca consente anche di calibrare la densità del calcestruzzo che ricordiamo è una variabile in più rispetto ai tradizionali 2200-2400 Kg/m3 del calcestruzzo ordinario. Il confezionamento dei calcestruzzi strutturali leggeri non esclude l’inserimento di aggiunte minerali, collaboranti o meno con il legante. Fumo di silice, ceneri volanti, calcare e altri filler sono consigliati per aumentare la reologia dell’impasto specialmente per calcestruzzi leggeri da pompare e per calcestruzzi leggeri autocompattanti (tecnologia SCC - Self Compacting Concrete).

6.3 ACQUA L’aggregato leggero oltre ad avere un proprio contenuto di umidità in condizioni di equilibrio con l’ambiente, può anche assorbire una certa quantità d’acqua durante le fasi di mescolazione. È necessario tenere conto di entrambi questi aspetti nella determinazione dell’acqua necessaria all’impasto, oltre che dell’umidità contenuta nell’aggregato tradizionale. In sintesi al quantitativo d’acqua necessario per la lavorabilità richiesta si deve aggiungere l’acqua assorbita dagli aggregati leggeri e sottrarre l’acqua corrispondente al contenuto di umidità degli aggregati (leggeri e normali) al momento dell’impasto. Si definiscono: - acqua efficace: contenuta nella pasta cementizia, condiziona la lavorabilità e la resistenza del calcestruzzo leggero. Aumentando il quantitativo di acqua efficace si ottengono, a parità di dimensione massima dell’aggregato grosso, calcestruzzi più lavorabili e, a parità di quantitativo di cemento, resistenze inferiori. Valgono ovviamente anche i viceversa (vedi schema nella pagina a lato); - acqua assorbita dall’aggregato leggero nel periodo di tempo tra miscelazione e posa in opera. Le relazioni elementari indicate nello schema a lato possono essere modificate introducendo nell’impasto, idonei additivi riduttori d’acqua (fluidificanti, superfluidificanti, ecc…).

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RUZZO

Secco

0-2%

0-1%

0-1%

Umido

2-8%

1-4%

1-3%

Bagnato

8-15%

4-7%

3-7%

Saturo

>15%

> 7%

> 7%

Risultati sperimentali condotti da Laterlite, svoltisi presso i laboratori Enco, hanno individuato che le condizioni di saturazione a superficie asciutta (s.s.a.), indispensabili per il calcolo del contenuto di acqua efficace al fine del proporzionamento della miscela, si raggiungono con un’umidità di circa il 7% per Leca Strutturale e per Leca Terrecotte.

6.4 ARIA L’aria occlusa contribuisce alla lavorabilità del calcestruzzo e alla sua resistenza al gelo; tuttavia ne riduce la resistenza a compressione. Un eccesso di aria inglobata è generalmente segnalato dal riscontro di una massa volumica del calcestruzzo, a fresco, inferiore alle attese. La prova che generalmente viene effettuata al momento del getto, per individuare i quantitativi d’aria occlusa nella pasta cementizia, si svolge con l’utilizzo di un porosimetro. Tale strumento, forzando a pressione dei quantitativi misurabili di aria dentro ad un provino di calcestruzzo fresco, ne quantifica i vuoti residui. Questo tipo di prova non è significativo per i calcestruzzi leggeri strutturali con argilla espansa. L’aria in pressione si insinua infatti nelle microcavità contenute nei grani di argilla espansa inficiando così il risultato.

Acqua efficace

Lavorabilità

Resistenza

(a pari Dmax) (a pari Cemento)

Â

Leca Terrecotte

Â

Leca Strutturale

Â

Leca

Â

Condizione del materiale

Andamento qualitativo della lavorabilità e della resistenza al variare del quantitativo di acqua efficace nell’impasto.

 Â

A titolo orientativo si riportano informazioni circa il contenuto di umidità dell’argilla espansa in mucchio in alcune situazioni tipiche espresso come percentuale del peso proprio a secco in mucchio:

Secondo la Circolare ‘96 l’aria occlusa è misurata dai vuoti residui di assestamento dell’impasto ed ha un volume che può considerarsi mediamente compreso tra il 2,5% ed il 3,5% del volume del calcestruzzo assestato. La quantità di aria occlusa può essere aumentata a mezzo di additivi aeranti (vedi EN 934-2), comunque non superando il 7% del volume del calcestruzzo assestato.

6.5 ADDITIVI L’impiego dei più comuni additivi presenti sul mercato del calcestruzzo preconfezionato e prefabbricato, non vede alcun tipo di limitazione né di carattere chimico-fisico, né di carattere tecnologico, nell’ambito dei calcestruzzi strutturali leggeri. Fluidificanti, superfluidificanti, aeranti, acceleranti, anti-gelo e tutti gli altri prodotti della chimica per il calcestruzzo possono essere introdotti nel mix design secondo i dosaggi prescritti dal produttore. I maggiori produttori di additivi forniscono prodotti specifici per l’impiego nei calcestruzzi leggeri. Come per i conglomerati tradizionali è sempre consigliabile una preventiva prova sperimentale per il controllo dell’efficacia “quantitativo di additivo - effetto sull’impasto”. Nell’esecuzione dell’impasto è consigliabile aggiungere gli additivi al termine del mescolamento per evitarne l’assorbimento da parte degli aggregati.

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PROPRIETÀ REOLOGICHE 7. LE PROPRIETÀ REOLOGICHE Tra le caratteristiche prime che orientano il progettista nella scelta del calcestruzzo idoneo per il cantiere c’è sicuramente la lavorabilità. Il tipo di struttura da realizzare, il grado e la tipologia di armatura, la qualità della mano d’opera, la distanza del cantiere dal centro di produzione, le condizioni di messa in opera e di stagionatura, sono tutte caratteristiche che influenzano “a monte” la progettazione del calcestruzzo e ne richiedono una precisa indicazione sulla classe di consistenza.

7.1 LAVORABILITÀ La consistenza del calcestruzzo leggero strutturale può essere determinata con le medesime classi (da S1 a S5) del calcestruzzo tradizionale (UNI EN 12350-2). Talvolta però, specialmente per densità inferiori a 1800 Kg/m3 si verifica che, pochi istanti dopo che il calcestruzzo viene sformato dal cono di Abrams, si assiste ad un cedimento dovuto a leggera rottura per taglio. Questo fenomeno è giustificato dal fatto che la prova di slump sfrutta il peso proprio del provino per valutarne l’assestamento “a gravità”. Nei calcestruzzi leggeri il diverso peso del calcestruzzo rispetto al tradizionale condiziona l’attendibilità della prova. Per tale ragione si preferisce spesso valutare il grado di lavorabilità con la prova di spandimento in cui si valuta l’aumento (percentuale o assoluto) del diametro di una focaccia di calcestruzzo sottoposta a 15 colpi della piastra su cui poggia. Nella tabella è riportata la classificazione secondo UNI 9417. Prova di spandimento secondo UNI 9417 % (diametro di partenza 35 mm) FA1 < 40

FA2 42-62

FA3 64-82

FA4 84-100

FA5 >100

FB3 420-480

FB4 490-550

FB5 >560

3 mm (diametro di partenza 20 mm) FB1