Community
 
Aggiungi lista preferiti Aggiungi lista nera Invia ad un amico
------------------
Crea
Profilo
Blog
Video
Sito
Foto
Amici
   
 
 
3  Gli aggregati

Gli aggregati sono materiali granulari che costituiscono la matrice resistente del calcestruzzo e mediamente rappresentano il 60 - 80% del volume complessivo del conglomerato. La loro fondamentale importanza ha determinato una complessa e articolata legislazione per la classificazione e per i criteri di accettazione del materiale. La resistenza meccanica del calcestruzzo indurito dipende direttamente dalle caratteristiche chimico-fisiche degli aggregati mentre il cemento ha il compito di mantenere uniti i materiali costituenti il conglomerato.

Il termine "inerte" è stato utilizzato in passato come sinonimo di aggregato in riferimento alla natura non reattiva del materiale. Il termine "aggregato", invece, si riferisce al fatto che il materiale viene tenuto unito dalla pasta legante. I due termini non vengono più utilizzati come equivalenti e il termine "inerte" dovrebbe essere abbandonato.

Gli aggregati possiedono vari nome a seconda della pezzatura che li caratterizza: così la sabbia ha i granuli più piccoli del sabbione e i ciottoli hanno una granulometria più grande della ghiaia.

Se l’aggregato è fine la miscela di acqua, cemento e aggregati è comunemente chiamata malta mentre se gli aggregati sono grossi viene denominata calcestruzzo. La distinzione tra malta e calcestruzzo, quindi, in prima approssimazione è dovuta alle dimensioni degli aggregati anche se questa differenza è molto arbitraria.

Le motivazioni che hanno giustificato l’aggiunta degli aggregati alla pasta di cemento sono molteplici. Innanzi tutto gli aggregati hanno un costo molto inferiore rispetto la pasta di cemento e risulta molto vantaggioso inserire una grande quantità di questi materiali nella pasta cementizia.

Le ragioni più importanti sono però di carattere tecnico; la pasta cementizia durante l’indurimento subisce un forte ritiro se non accompagnato da una certa quantità di aggregato che realizza una struttura pressochè indeformabile. L’inserimento di materiali più resistenti alle aggressioni ambientali (gli aggregati) costituiscono una solida base per ottenere un prodotto più durevole. Non si deve dimenticare, inoltre, che le caratteristiche del calcestruzzo indurito, resistenza meccanica, il modulo elastico, resistenza all’abrasione, dipendono essenzialmente dagli aggregati.
 
 

3.1 Classificazione degli aggregati
Gli aggregati che vengono utilizzati per la produzione di calcestruzzo possono variare, per dimensione, da alcune decine di micron ad alcuni centimetri.

Una classificazione principale degli aggregati può essere realizzata considerando la natura degli stessi:

I primi possono essere utilizzati come sono mentre quelli artificiali si ottengono dalla lavorazione di materie prime organiche e inorganiche.
 
AGGREGATI NATURALI
Denominazione
Provenienza
Forma e struttura
sabbie, ghiaie
cave, letti di fiume, mare
granuli arrotondati, struttura più o meno compatta
sabbie, pietrischi
rocce, tramite frantumazione
forma irregolare a spigoli vivi
pomice, tufo, lava, ecc.
eruzione vulcanica, tramite eventuale frantumazione
forma arrotondata o irregolare, struttura porosa o vetrosa
barite (solfato di bario), minerali di ferro (magnetite, limonite)
roccia frantumata
forma irregolare, struttura compatta

 
 
AGGREGATI ARTIFICIALI
Denominazione
Provenienza
Forma e struttura
MINERALI TRATTATI
argilla espansa, scisti espansi
argilla o scisti con trattamento ad alta temperatura
granuli sferici, superficie chiusa, struttura cellulare, forma irregolare da struttura porosa
vermiculite
materiali micacei riscaldati (600 – 1000°C)
forma parallelepipeda, struttura lamellare, superficie liscia
perlite
roccia vulcanica vetrosa, trattata a 850 – 1000°C
forma tondeggiante, struttura cellulare, superficie vetrosa e porosa
RESIDUI INDUSTRIALI
ceneri volanti sinterizzate
residui della combustione del carbone, trattati fino a sinterizzazione (parziale fusione)
noduli tondeggianti, superficie chiusa
loppe espanse
scorie d’altoforno, con trattamento di espansione della scoria fusa
forma irregolare, struttura spugnosa
clinker
combustione del carbone
noduli chiusi, superficie ruvida
MATERIALI ORGANICI
particelle di legno
lavorazione del legno
forma irregolare (trucioli, schegge, segatura)
polistirolo espanso
processo di polimerizzazione
forma sferica, struttura cellulare chiusa

Tutti gli aggregati naturali provengono da una massa rocciosa più grande che a seguito di processi naturali (erosione, abrasione, ecc.) o artificiali (frantumazione) è stata trasformata in frammenti lapidei. Questi materiali, quindi, possiedono le caratteristiche della roccia a cui appartengono: la composizione chimica e mineralogica, le caratteristiche petrografiche, la massa volumica, la resistenza meccanica, il colore. Esistono, però, alcune proprietà, come la dimensione e la tessitura, che non dipendono dalla roccia originaria ma che influenzano sensibilmente le caratteristiche del calcestruzzo.

Gli aggregati possono essere divisi in due categorie:

I primi sono prelevati direttamente in cave a cielo aperto o alluvionali e vengono utilizzati dopo una breve operazione di classificazione. Questi sono caratterizzati da una superficie esterna a spigoli smussati risultato di una complesso e prolungato fenomeno di erosione e abrasione di rocce originarie.

Gli aggregati prodotti per frantumazione, invece, sono caratterizzati da una superficie a spigoli vivi in quanto si ottengono per macinazione di rocce naturali in apposite macchine chiamate mulini.

Per quanto riguarda la nomenclatura le rocce esse sono suddivise in:

La rocce magmatiche (o eruttive) formatesi per il raffreddamento di masse fuse si dividono in effusive ed intrusive a seconda che il raffreddamento del liquido è stato veloce o lento. Nel primo caso si originano rocce a grana molto fina mista ad una struttura vetrosa; nel secondo le rocce sono costituite da cristalli ben accresciuti per il lento raffreddamento.

Le rocce sedimentarie provengono dal deposito di materiali generati dall’azione disgregante di rocce preesistenti: acqua, vento, gelo, ossidazione, ecc. esse hanno subito successivamente un processo di ricristallizzazione e di cementazione al quale si da il nome di diagenesi. Le rocce calcaree, per esempio, hanno subito la diagenesi più facilmente dei materiali silicei ed argillosi.

Le rocce metamorfiche si sono formate da quelle eruttive e sedimentarie a seguito di complesse azioni chimico, fisiche e meccaniche all’interno della crosta terrestre.
 
 

ROCCE MAGMATICHE
intrusive

(a grana grossa)

granito
sienite
diorite
peridotite
pegmatite
effusive

(a grana fine)

ossidiana-pomice
liparite
andesite
trachite
basalto
tufo vulcanico
pozzolana
ROCCE SEDIMENTARIE
da sedimenti clastici
incoerenti
ghiaia e sabbia grossa
sabbia fine
argilla
coerenti
conglomerati
arenaria
quarzite
argillite
siltite
da sedimenti organici
rocce carbonatiche
calcare
dolomia
marna
tufo calcareo
da sedimenti chimici
rocce silicee
selce
ROCCE METAMORFICHE
marmo
quarzite
ardesia
scisto
scisto cristallino
gneiss
argilloscisto
talcoscisto
roccia serpentinosa

 
    3.2 Caratteristiche principali
La qualità di un aggregato dipende essenzialmente dalla sua natura petrografica e dalla sua composizione mineralogica. Diversi gruppi di rocce danno origine agli aggregati naturali: quarzite, calcare, basalto, granito, porfido. I minerali più importanti contenuti in essi sono i minerali silicei e ferromagnesiaci, i carbonati, i solfati, gli ossidi.

Specialmente per gli aggregati di nuova provenienza è importante effettuare un esame petrografico per determinare la natura e la composizione mineralogica, l’esame può essere soltanto visivo oppure richiedere l’impiego di mezzi e strumenti complessi.

Infatti, alcuni minerali soltanto apparentemente sono inerti ma in realtà possono reagire e distruggere la compattezza del calcestruzzo. Altre rocce contengono abbondanti quantità di miche, le quali, per la forma laminare, indebolisce la struttura del conglomerato.

In particolari condizioni di esposizione alcuni minerali costituenti le rocce risulterebbero reattivi con la pasta di cemento e sono pericolosi per l’integrità dei manufatti.

I pori dell’inerte possono essere chiusi o aperti. I più grandi di essi possono essere osservati a occhio nudo, mentre i più piccoli arrivano ad un minimo di qualche decina di micron. La porosità è espressa come la frazione o la percentuale di volume occupata dai pori rispetto al volume totale del granulo. Tenuto conto della dimensione dei pori dell’aggregato la pasta cementizia non può entrarvi quando gli aggregati sono mescolati con l’acqua ed il cemento per confezionare il calcestruzzo. D’altra parte l’acqua presente nell’atmosfera o in quella d’impasto può entrare in tutto o in parte nei pori dell’inerte determinando situazioni igrometriche diverse dell’aggregato delle quali occorre tenere conto per calcolare la composizione del calcestruzzo ed in particolare il rapporto acqua / cemento. E’ necessario, infatti, tenere presente che l’acqua assorbita dall’aggregato non modifica il rapporto acqua / cemento della pasta cementizia circostante.

La porosità può essere determinata attraverso il volume di acqua assorbita o mediante intrusione forzata di mercurio e può assumere valori molto diversi da zero nelle rocce molto compatte fino a qualche decina di percentuale.

La massa volumica è il peso di un materiale per unità di volume espresso generalmente in chilogrammi per metro cubo. La determinazione di questo parametro è indispensabile per valutare la composizione delle miscele di calcestruzzo.

Per gli aggregati si possono definire diversi valori di massa volumica:

       
      3.2.4 Granulometria
Per confezionare un buon calcestruzzo si cerca di ottimizzare la massa volumica impiegando la massima quantità di aggregato possibile. Questa situazione è raggiungibile se gli aggregati hanno dimensioni assortite in modo che quelli piccoli possano penetrare nei vuoti lasciati dai grandi.

L’analisi granulometrica è una prova molto importante per gli aggregati. Essa si esegue disponendo i setacci con aperture crescenti in un apposito strumento che mediante vibrazione determina la classificazione del materiale introdotto sul setaccio più alto.

Figura 3.1: Esempio di curve granulometriche.

Sottoponendo un peso noto del campione si determinano le percentuali in peso di trattenuti parziali alle varie aperture e con questi dati si può tracciare un grafico chiamata "curva granulometrica dei passanti".
Dalla curva granulometrica dipende direttamente la lavorabilità del calcestruzzo. Un impasto preparato con un aggregato aventi granuli di grandi dimensioni risulta poco lavorabile perché la scorrevolezza tra gli aggregati grossi è modesta. Per rendere lavorabile questo impasto occorre una quantità di acqua considerevole. La stessa cosa accade se si confeziona calcestruzzo con aggregati fini perché si aumenta la superficie specifica delle particelle che lo compongono. La minima richiesta d’acqua si ha, quindi, con una distribuzione granulometrica ottimale caratterizzato dalla presenza di più classi granulometriche di aggregato.

La stessa distribuzione ottimale determina un più alto valore di massa volumica del prodotto confezionato perché le classi granulometriche che compongono la miscela di aggregati sono tali da poter rendere minimi i vuoti presenti all’interno in quanto le particelle fini riescono a saturare i vuoti lasciati da quelle grandi.

La curva di distribuzione granulometrica ottimale può essere determinata sperimentalmente ma è possibile limitare lo studio della miscela alla verifica di curve di riferimento che la letteratura tecnica può fornire. Tra le più importanti possiamo ricordare la curva di:

dove Pi è la percentuale di passante al setaccio di apertura d e D è la massima apertura del setaccio;


3.2.5 Umidità


I granuli degli aggregati normalmente possiedono una percentuale d’acqua e solo in particolari condizioni sono completamente asciutti. La condizione di questo costituente nei confronti dell’umidità è molto importante per valutare la giusta quantità di acqua da utilizzare per produrre il calcestruzzo. Se l’aggregato è asciutto assorbe una parte dell’acqua d’impasto riducendo quella necessaria per la miscela mentre se è bagnato l’acqua di superficie si aggiunge a quella già presente determinando un eccesso della stessa.

In generale un aggregato può presentare quattro situazioni nei confronti dell’acqua:

Figura 3.2: a) aggregato asciutto; b) umido (la porosità chiusa non contiene acqua); c) saturo a superficie asciutta; d) bagnato.
La conoscenza del grado di umidità dell’aggregato è molto importante anche perché il suo valore varia continuamente nel tempo a seconda del tipo di deposito e della posizione del materiale all’interno del deposito stesso. L’umidità inoltre fornisce un parametro utile per valutare porosità, resistenza e gelività del materiale:

> assorbimento Þ > porosità

> porosità Þ < resistenza

> porosità Þ > gelività

      3.2.6 Forma e tessitura
Gli aggregati possono essere caratterizzati da spigoli vivi o smussati e inoltre in forma sferoidale o con una dimensione maggiore di altre (allungati) o con una dimensione minore delle atre (piatti). Per avere la stessa lavorabilità del calcestruzzo fresco l’impiego di aggregati con forma spigolosa comporta una maggiore richiesta d’acqua perché la scorrevolezza di questi materiali è minore rispetto quelli a spigoli smussati.

Nella tabella seguente viene riportata la classificazione degli aggregati in base alla forma dei granuli.
 

Classificazione della forma
Descrizione degli inerti
Arrotondata

Irregolare

Piatta

Angolare

Allungata

Piatta ed allungata

privi di spigoli, rotondeggianti

parzialmente arrotondati ma irregolarmente

piccolo spessore rispetto alle altre dimensioni

con spigoli ben definiti

con una dimensione molto maggiore delle altre

più lunghi che larghi, ma poco spessi

Le proprietà fisiche del calcestruzzo sono anche influenzati dalla tessitura superficiale degli aggregati.
La superficie dei granuli può essere lucida o opaca, liscia o ruvida e può determinare una maggiore o minore aderenza con la pasta cementizia e una diversa richiesta d’acqua a parità di lavorabilità.

      3.2.7 Resistenza meccanica
In generale le rocce più resistenti sono quelle caratterizzate dalla più alta massa volumica, da una grana più fine e da una struttura più uniforme. Anche la composizione mineralogica influenza la resistenza meccanica; in generale i silicati sono più resistenti dei carbonati ma la presenza di materiali argillosi può compromettere le proprietà meccaniche degli aggregati.

Nella tabella seguente sono riportati i valori di resistenza a compressione, a trazione ed a taglio delle rocce più comuni.
 

Roccia
Resistenza
  Compressione  Trazione  Taglio 
Granito

diorite

Dolerite

Gabbro

Basalto

Arenaria

Scisto argilloso

Calcare

Dolomia

Quarzite

Gneiss

Marmo

Scisto ardesiaco

1000-2500

1800-3000

2000-3500

1800-3000

1500-3000

200-1700

100-1000

300-2500

800-2500

1500-3000

500-2000

1000-2500

1000-2000

70-250

150-300

150-350

150-300

100-300

40-250

20-100

50-250

150-250

100-300

40-200

70-200

70-200

140-500

250-600

200-600

80-400

30-300

100-500

200-600

150-300

La durezza delle rocce, da considerarsi distinta dalla durezza dei minerali, può essere definita come la resistenza all’usura del materiale. Essa può essere determinata con metodi rigorosamente standardizzati attraversi i quali si tenta di riprodurre l’azione meccanica dovuta all’attrito, al rotolamento, alla perforazione, ecc. In generale la durezza diminuisce nel seguente ordine decrescente: porfido, quarzifero, quarzite, diorite, granito, arenaria silicica, basalto, calcare, arenaria calcarea.

Il metodo più impiegato per valutare la resistenza all’attrito degli aggregati è la cosiddetta prova Los Angeles. essa consiste nel far rotolare all’interno di un tamburo girevole l’aggregato con una determinata carica abrasiva costituito da sfere di acciaio di dimensione e peso normalizzati. Dopo un numero prefissato di rivoluzioni del cilindro l’aggregato è lavato, asciugato e setacciato su un vaglio di riferimento. La diminuzione percentuale in peso rispetto a quello originale fornisce il valore Los Angeles.

      3.2.8 Resistenza al gelo
La gelività degli aggregati indica la tendenza degli stessi a fratturarsi a seguito della formazione di ghiaccio all’interno dei suoi pori. E’ noto che nella solidificazione dell’acqua si verifica un aumento di volume di circa il 9 %. Ciò significa che se in una cavità chiusa è presente più del 90 % di acqua, l’aumento di volume crea una sollecitazione che può provocare la rottura del materiale entro il quale la cavità è contenuta.

Perché l’azione disgregante del gelo si manifesti è necessario che l’aggregato sia poroso e che contenga una quantità sufficiente di acqua. Se i pori sono piccoli, ad esempio, la resistenza meccanica del materiale supera la sollecitazione relativamente piccola provocata dal ghiaccio. Inoltre se la quantità d’acqua presente all’interno dell’aggregato fosse bassa l’aumento di volume conseguente alla formazione del ghiaccio potrebbe essere ospitato all’interno dei suoi pori.

La misura della gelività è molto importante perché questo parametro è anche un indicatore di qualità del materiale: la gelività indica la porosità dell’aggregato e di conseguenza la minore resistenza meccanica e durabilità anche se nel calcestruzzo i granuli sono avvolti dalla pasta cementizia che migliora il comportamento.

    3.3 Normativa
La normativa di riferimento per gli aggregati è molto complessa. La legge base sulle opere in conglomerato cementizio armato normale e precompresso del 5 novembre 1971 n. 1086 rinvia per la procedura di accettazione degli aggregati ai decreti ministeriali successivi. In questo periodo sono in vigore i seguenti decreti: Sono rivolti entrambi alle strutture in cemento armato normale ed in precompresso ed alle strutture metalliche ma mentre la prima è basata sulle tensioni ammissibile la seconda consente l’utilizzo degli stati limiti. Queste in tema di aggregati fanno riferimento alla UNI 9858 del 31/05/91 "Calcestruzzo. Prestazioni, produzione, posa in opera e criteri di conformità " la quale rimanda alla norma UNI 8520 che con le sue 22 parti rappresenta un’importante guida nella classificazione, accettazione ed impiego degli aggregati per calcestruzzi.

Recentemente questa normativa è stata rivista e modificata in alcune parte con aggiornamenti ed in alcuni casi sostituita da nuove normative europee con la sigla EN UNI perché l’ente di unificazione italiana (UNI) ha tradotto e catalogato le norme europee (EN).

Nella pagina seguente sono riportati i riferimenti normativi in tema di aggregati e vengono riportati anche le parti aggiornate recentemente e trasformate dalla UNI 8520 alle EN UNI .

Le caratteristiche degli aggregati sono distinte in:

Gli aggregati vengono suddivisi in tre categorie di diverso livello qualitativo: Un aggregato risulta di categoria A, B o C quando soddisfa tutti i requisiti fondamentali relativi a quella specifica categoria. Per un aggregato può essere richiesto di soddisfare per una specifica categoria una o più caratteristiche aggiuntive. La scelta di un aggregato che soddisfi le categorie A o B è legata alla classe di esposizione della struttura cui è destinato il calcestruzzo.

Le caratteristiche fondamentali ed aggiuntive, i requisiti per le singole categorie ed i metodi di prova sono riportati nella UNI 8520-2.
 

 
Norme in vigore
Norme abrogate
Definizione, classificazione e caratteristiche. UNI 8520-1
6/’99
 
Requisiti UNI 8520-2
5/’97
 
Campionamento EN UNI 932-1
1/’98
UNI 8520-3
Esame petrografico EN UNI 932-3
2/’98
UNI 8520-4
Analisi granulometrica EN UNI 933-1

EN UNI 933-2

4/’99
UNI 8550-5
Determinazione della massa volumica EN UNI 1097-3
10/’99
UNI 8520-6
Determinazione del passante al setaccio 0.075 UNI 8520-7
11/’84
 
Determinazione del contenuto di grumi di argilla e particelle friabili. UNI 8520-8
6/’99
 
Determinazione del contenuto di particelle leggere e frustoli vegetali EN UNI 1744-1
10/’99
UNI 8520-9
Determinazione della degradabilità mediante solfati UNI 8520-10
1/’85
 
Determinazione del contenuto di solfati EN UNI 1744-1
10/’99
UNI 8520-11
Determinazione del contenuto di cloruri solubili in acqua EN UNI 1744-1
10/’99
UNI 8520-12
Determinazione della massa volumica e dell’assorbimento degli aggregati fini UNI 8520-13
11/’84
 
Determinazione colorimetrica del contenuto di sostanze organiche negli aggregati fini EN UNI 1744-1
10/’99
UNI 8520-14
Determinazione dell’equivalente in sabbia e del valore di blu negli aggregati fini UNI 8520-15
10/’86
 
Determinazione della massa volumica e dell’assorbimento degli aggregati grossi UNI 8520-16
10/’84
 
Determinazione della resistenza a compressione degli aggregati grossi UNI 8520-17
10/’84
 
Determinazione dei coefficienti di forma e di appiattimento EN UNI 933-3
10/’98
UNI 8520-18
Determinazione della perdita di massa degli aggregati grossi EN UNI 1097-2
10/’99
UNI 8520-19
Determinazione della sensibilità al gelo e disgelo degli aggregati grossi UNI 8520-20
10/’86
 
Confronto in calcestruzzo con aggregati di caratteristiche note UNI 8520-22
6/’99