Proprietà e Prove dei Materiali da Costruzione: Calcestruzzo, Acciaio, Bitume

Intorpidimento del Calcestruzzo

L'intorpidimento è l'aumento del volume di sabbia o calcestruzzo nel tempo. È tanto maggiore quanto più fine è la sabbia o il cemento, a seguito dell'assorbimento di acqua.

Prova al Tavolo di Scosse (Slump Test)

La prova al tavolo di scosse misura l'aumento del diametro della base inferiore di un tronco di cono posizionato su un tavolo circolare quando viene sottoposto a 15 colpi, con un'altezza di caduta di 12 mm per 15 secondi. L'indice di coerenza classifica il calcestruzzo come segue:

• 0-30: asciutto
• 30-50: plastico
• 50-70: morbido
• 70-100: fluido
• > 100: liquido

Consistometro di Vebe per Calcestruzzo

Il consistometro di Vebe è molto utile per calcestruzzi molto secchi o rinforzati con fibre. Misura il tempo impiegato da un tronco di cono (cono di Abrams), posto in un contenitore cilindrico su un tavolo vibrante, per deformarsi e assumere la forma del contenitore. Fornisce un'idea approssimativa della lavorabilità (docilità). La classificazione della consistenza in base al tempo è:

• 30-18 s: estremamente secca
• 18-10 s: molto secca
• 10-5 s: secca

Tempi inferiori a 3 s o superiori a 30 s non sono raccomandati.

Segregazione del Calcestruzzo

Le miscele di calcestruzzo sono inclini alla segregazione se poco lavorabili, estremamente fluide o con grandi quantità di sabbia. Può anche essere causata da operazioni inappropriate. La segregazione può essere evitata attraverso un'attenta progettazione della miscela e una gestione accurata del calcestruzzo. Additivi aeranti e ceneri volanti possono ridurre la segregazione. È importante evitare vibrazioni eccessivamente lunghe e l'uso di aggregati grossi e fini con densità molto diverse.

Essudazione (Bleeding)

L'essudazione è una forma di segregazione in cui l'acqua tende a risalire a causa dell'incapacità degli aggregati di trattenerla in modo compatto. L'acqua che raggiunge la superficie evapora, ma se il tasso di evaporazione è più veloce della risalita dell'acqua, si possono creare fessurazioni da ritiro plastico e una striscia di impermeabilità e resistenza capillare che contrasta il gelo. Cementi con basso contenuto di alluminato tricalcico, ceneri volanti e additivi aeranti (che creano bollicine d'aria che agiscono come fini) possono ridurre l'essudazione. Un calcestruzzo con buona coesione non dovrebbe presentare segregazione o essudazione.

Prova di Trazione Indiretta (Brasiliana)

Si utilizzano campioni cilindrici, gli stessi impiegati per le prove di compressione, che vengono sottoposti a compressione tra due generatrici opposte fino alla rottura lungo un piano diametrale. Il carico deve essere applicato a una velocità di 1,5 N/mm². La resistenza a trazione pura è circa l'85% della resistenza a trazione indiretta, e la dispersione dei risultati è molto piccola.

Prova a Flessione del Calcestruzzo

Si applica un carico a una velocità di 1,6 N/mm² al minuto su due rulli posti a 1/3 della luce (distanza tra gli appoggi). In questo modo, si crea una zona centrale dove il momento flettente è massimo, garantendo che il campione si rompa nell'area più debole del calcestruzzo. Il risultato della prova di trazione indiretta è circa il 45% inferiore rispetto a quello della prova a flessione.

Allungamento del Calcestruzzo

L'allungamento è la capacità di un calcestruzzo di sopportare, senza rottura, la deformazione prodotta da una tensione di trazione. Dipende dalla duttilità della pasta e dall'adesione di questa agli aggregati. Un calcestruzzo più resistente tende ad avere una minore capacità di allungamento.

Specifiche del Calcestruzzo

Nella specifica del calcestruzzo devono essere indicati:

• Resistenza caratteristica
• Contenuto di cemento per m³
• Tipo e marca di cemento
• Dimensione massima degli aggregati
• Consistenza
• Rapporto acqua/cemento (a/c)
• Tipo di additivo (se presente)
• Origine e serie delle aggiunte

Deformazione e Tensione nell'Acciaio

Nella prima sezione, le deformazioni sono proporzionali ai carichi. Il limite massimo di tensione è chiamato limite di proporzionalità (σ_p). Arriva un momento in cui la tensione aumenta, ma non l'allungamento; il campione torna ancora alle sue dimensioni originali, purché la tensione non superi il limite strettamente elastico (σ_e). Il carico di snervamento è lo stress che provoca una deformazione permanente dello 0,2%. Se aumentiamo il carico, l'estensione continua, mentre lo stress non aumenta e potrebbe addirittura diminuire; questo punto è il carico di snervamento o di resa, e oltre questo valore, la deformazione è permanente. Questa discontinuità è chiamata fase di rilassamento o limite di snervamento. Se continuiamo ad aumentare la tensione, si raggiunge il carico di rottura (σ_r), che è il carico massimo sopportabile. Il carico che separa le due parti (elastica e plastica) sarà inferiore al carico ultimo, e anche se il provino non è visibilmente rotto, si sono verificate microfratture. Un carico di rottura visibile è chiamato stress finale (σ_u).

Elasticità:

proprietà di recuperare la forma iniziale al cessare della causa della deformazione.

Plasticità:

proprietà di deformarsi senza recuperare la sua forma iniziale.

Duttilità:

attitudine ad essere teso e trasformarsi in filo per trazione.

Malleabilità:

attitudine a essere trasformato in film da sollecitazioni di compressione.

Incrudimento:

proprietà di aumentare la resistenza come conseguenza della deformazione.

Fragilità:

si verifica quando il materiale ha superato il suo limite elastico e non ha plasticità.

Durezza:

capacità di resistere alla deformazione.

Bitume

Il bitume è una miscela di idrocarburi naturali e pirogeni o loro combinazioni, che può essere liquida, semisolida o solida.

Catrame

Il catrame è ottenuto dalla distillazione distruttiva di materia organica, come carbone, scisti e legno.

Proprietà di Bitume e Catrame

Viscosità

La viscosità è la resistenza al flusso dovuta agli attriti interni; influenza l'adesività, la lavorabilità e il dosaggio. Nel bitume, la viscosità relativa è determinata come il tempo necessario per fluire attraverso un foro in determinate condizioni. Nel catrame, si utilizza il viscosimetro Engler (EVT) per determinare il tempo e la temperatura a cui il tempo di scorrimento è di 50 secondi.

Coerenza e Penetrazione

Il test di coerenza-penetrazione è il più ampiamente usato. La penetrazione diminuisce con l'aumento della densità e della viscosità. Consiste nel determinare la penetrazione di un ago nel campione per 5 secondi. Viene eseguito tre volte e si calcola la media.

Sensibilità Termica (Punto di Rammollimento)

La sensibilità termica (punto di rammollimento) è la capacità del bitume di variare la sua viscosità in funzione della temperatura. Il punto di rammollimento è la temperatura alla quale un disco di bitume si ammorbidisce al punto da permettere a una sfera d'acciaio di toccare il fondo del contenitore.

Duttilità

La duttilità è la capacità di deformarsi senza rompersi. Il materiale deve sopportare l'allungamento senza che appaiano crepe, ma la duttilità non deve essere eccessivamente elevata per evitare ondulazioni. Il test misura l'allungamento di un campione a 25 °C e a una velocità di 5 cm/min.

Fragilità

La fragilità è la perdita di duttilità a bassa temperatura.

Adesione Aggregato-Legante

L'adesione aggregato-legante è un legame chimico e ionico influenzato dall'umidità degli aggregati. Ad esempio, il bitume ha una migliore adesione con aggregati calcarei rispetto a quelli silicei.