Aggregati riciclati nel c.a.: comportamento di nodi travi-pilastro sotto l'azione di carichi ciclici

L’EFFETTO DEGLI AGGREGATI IN CALCESTRUZZO RICICLATO SUL COMPORTAMENTO DI NODI TRAVE-PILASTRO IN C.A. SOTTO L’AZIONE DI CARICHI CICLICI

ABSTRACT
È stato studiato il comportamento sotto l’azione di carichi ciclici di tre nodi trave-pilastro in calcestruzzo armato, realizzati in scala 2:3 rispetto alle dimensioni reali e progettati con riferimento all’Eurocodice 8. Uno dei nodi è stato confezionato con calcestruzzo ordinario, mentre gli altri due con calcestruzzo contenente il 30% di aggregato grosso da calcestruzzo riciclato, in parziale sostituzione dell’aggregato grosso naturale. Per questi due nodi si sono tenuti in opportuna considerazione la minor resistenza a trazione ed il minor modulo elastico del calcestruzzo con aggregati riciclati.
I risultati sperimentali hanno messo in evidenza un comportamento del calcestruzzo con aggregati riciclati sotto l’azione di carichi ciclici del tutto simile a quello del calcestruzzo ordinario.

1. INTRODUZIONE
Fra le possibili soluzioni per una maggiore sostenibilità ambientale dell’industria delle costruzioni, l’uso di aggregati riciclati provenienti dalla demolizione di opere civili nella produzione di calcestruzzo strutturale assume sempre maggiore considerazione. Questo approccio consente di ridurre il consumo di risorse non rinnovabili riconducibile alle operazioni di estrazione in cava e, nello stesso tempo, di ridurre il volume di macerie conferite in discarica. Recenti dati di letteratura [1-7] hanno dimostrato che l’impiego di quantità relativamente modeste di aggregati riciclati non modifica sostanzialmente le proprietà del calcestruzzo. Questi risultati hanno attualmente consentito di autorizzare, in diverse normative tecniche per le costruzioni, l’uso fino al 30% di aggregati grossi da calcestruzzo riciclato nella produzione di calcestruzzo strutturale.
La caratteristica principale degli aggregati in calcestruzzo riciclato è costituita dalla malta adesa alla loro superficie, che è responsabile del diverso comportamento meccanico del calcestruzzo con aggregati riciclati rispetto a quello con aggregati naturali [8-10]. Molti studi sono stati condotti per analizzare l’influenza della quantità e della qualità della malta adesa alla superficie degli aggregati da calcestruzzo riciclato, concludendo che quantità crescenti di malta aumentano le differenze nelle proprietà meccaniche [11-12] e che questo avviene indipendentemente dalla classe di resistenza del calcestruzzo che ha dato origine all’aggregato riciclato [8,13-18].
Molti autori hanno anche studiato l’influenza di tecnologie diverse di riciclaggio, di differenti tecniche di stagionatura [16] e di proporzionamento delle miscele [6-7], allo scopo di individuare procedure diverse da quelle abitualmente adottate per il calcestruzzo ordinario in grado di migliorare le prestazioni meccaniche del calcestruzzo con aggregati riciclati. I risultati di questi studi hanno mostrato, in alcuni casi, resistenze a compressione simili a quelle del calcestruzzo ordinario. In questo ambito di ricerca, buoni risultati, con resistenze a compressione uguali a quelle del calcestruzzo ordinario, sono stati ottenuti utilizzando fumo di silice e/o metacaolino come materiali cementizi supplementari [19].
Molti studi concordano che, anche a parità di resistenza a compressione, il calcestruzzo con aggregati riciclati mostra in ogni caso una minore resistenza a trazione ed una diminuzione della tensione di aderenza con l’armatura [11,20-21], che sono entrambi importanti fattori che influenzano il comportamento del calcestruzzo armato sotto l’azione di carichi ciclici. Peraltro, studi condotti per valutare la variazione del modulo elastico confermano che tale variazione è compresa fra il 3% ed il 15% per sostituzioni di aggregato inferiori al 50% [2-22]. Xiao et al [1] mettono anche in evidenza che le usuali correlazioni fra resistenza a compressione e modulo elastico statico valide per il calcestruzzo ordinario non sono altrettanto idonee per il calcestruzzo con aggregati riciclati.
In questo lavoro viene studiato il comportamento di nodi trave-pilastro progettati secondo l’Eurocodice 8, considerando tuttavia che tali raccomandazioni non prendono in esame le caratteristiche degli aggregati riciclati. Per questo motivo si è progettato un nodo trave-pilastro in calcestruzzo armato con aggregati riciclati tenendo conto della minore resistenza a trazione e del minor modulo elastico di questo tipo di calcestruzzo, ed il suo comportamento sotto l’azione di carichi ciclici è stato confrontato con quello di un calcestruzzo ordinario.

2. PARTE SPERIMENTALE

2.1 Materiali
Si sono confezionate due miscele di calcestruzzo, una con soli aggregati naturali (calcare frantumato) e l’altra sostituendo il 30% dell’aggregato grosso naturale con aggregato grosso in calcestruzzo riciclato. Le due miscele avevano lo stesso rapporto acqua-cemento pari a 0,53 e la stessa lavorabilità (slump 160-210 mm). Come dimostrato dal proporzionamento delle miscele riportato in Tabella 1, il dosaggio di cemento (CEM II-A/L 42.5 R), di acqua di impasto e di superfluidificante (1,0% in peso del cemento), così come le quantità di sabbia fine (0-4 mm), sabbia grossa (0-5 mm) e pietrisco (11-22 mm) sono stati mantenuti costanti. Le due miscele differivano solo per la frazione di pietrischetto (6-12 mm), che nel calcestruzzo ordinario era costituita da 525 kg/m3 di aggregato naturale di frantumazione (massa volumica di 2580 kg/m3 ed assorbimento d’acqua del 2.2%), mentre nel calcestruzzo con aggregati riciclati da 500 kg/m3 di calcestruzzo di riciclo frantumato (massa volumica di 2470 kg/m3 ed assorbimento d’acqua del 7.0%). La distribuzione granulometrica dei diversi aggregati impiegati per la preparazione delle miscele è riportata in Figura 1.

Come indicato in Tabella 1, si sono confezionati due nodi in calcestruzzo con aggregati riciclati, tipo A e tipo B, le cui miscele, nonostante identiche, sono considerate diverse perché preparate in tempi diversi con calcestruzzo riciclato di caratteristiche non note e probabilmente diverse anche se fornito dallo stesso impianto di riciclaggio. Per questo motivo le due miscele, impiegate per il confezionamento dei due nodi, sono state entrambe caratterizzate meccanicamente.

2.2 Sperimentazione
L’analisi del comportamento sotto l’azione di carichi ciclici del calcestruzzo armato confezionato con aggregati riciclati è stata effettuata su due tipi di nodi trave-pilastro (tipo A e tipo B), entrambi in scala 2:3 rispetto alle dimensioni reali (Figura 2), caratterizzati da diversa geometria ed armatura. I nodi sono stati realizzati da una impresa edile e stagionati all’aria a temperatura ambiente per riprodurre le reali condizioni in cantiere.

Si sono realizzati due nodi di tipo A, uno in calcestruzzo ordinario e l’altro in calcestruzzo con aggregati riciclati, secondo le specifiche dell’Eurocodice 8. La sezione adottata per il pilastro era di 200 x 200 mm con una altezza di 1950 mm, armata con 8 barre longitudinali ø12 e staffe ø6 ogni 100 mm infittite ogni 50 mm nel nodo. La sezione della trave era di 200 x 200 mm con una lunghezza di 1650 mm, con doppia armatura longitudinale (3+3ø12) e staffe ø6 ogni 100 mm infittite ogni 50 mm nel nodo. Le prove sui nodi di tipo A sono state effettuate con un carico assiale sul pilastro, trascurabile.
Un solo nodo di tipo B è stato realizzato in calcestruzzo con aggregati riciclati sostituendo il 30% dell’aggregato grosso con aggregati da calcestruzzo riciclato. La sezione adottata per il pilastro era di 250 x 280 mm con una altezza di 1950 mm, armata con 8 barre longitudinali ø12 e staffe ø6 ogni 100 mm infittite ogni 50 mm nel nodo. La sezione della trave era di 200 x 250 mm con una lunghezza di 1650 mm, con doppia armatura longitudinale (3+3 ø12) e staffe ø6 ogni 100 mm infittite ogni 50 mm nel nodo. In questo caso, durante la prova è stato applicato al pilastro un carico assiale costante pari a 200 kN.
Il nodo di tipo B è stato cautelativamente progettato limitando il valore della tensione di trazione principale sviluppata nel nucleo del nodo a quello della tensione di trazione del calcestruzzo con aggregati riciclati impiegato. Inoltre, il coefficiente γ_Rd (da assumere non inferiore a 1,2), che tiene conto della sovraresistenza dovuta all’incrudimento dell’acciaio secondo l’Eurocodice 8, nel progetto del nodo di tipo B è stato assunto in modo tale da tener conto del minor modulo elastico del calcestruzzo con aggregati riciclati. In effetti, un minor modulo elastico provoca deformazioni maggiori nel nucleo del nodo, inducendo in esso tensioni più alte, il cui effetto può essere compensato aumentando il valore del coefficiente di sovraresistenza γ_Rd a 1,4.

Nell'articolo completo:

3. RISULTATI E DISCUSSIONE
3.1         Proprietà meccaniche del calcestruzzo
3.1.1      Resistenza a compressione
3.1.2      Resistenza a trazione
3.2         Prove di carico ciclico sui nodi
3.2.1     Nodi di tipo A
3.2.1.1 Analisi dell’energia dissipata
3.2.2    Nodo di tipo B
3.2.2.1 Valori caratteristici dell’inviluppo
4. CONCLUSIONI