1st Workshop on The New Boundaries of Structural Concrete

ORGANIZING COMMITTEE

Antonio Grimaldi, Emidio Nigro, Giovanni Plizzari, Roberto Realfonzo, Michele Valente

SCIENTIFIC COMMITTEE

Luigi Ascione, Mario Alberto Chiorino, Raffaele Cioffi, Mario Collepardi, Edoardo Cosenza, Ciro Faella, Loredana Incarnato, Giacomo Moriconi, Paolo Riva, Marco Savoia

SECRETARY

Annalisa Napoli, Bruno Nunziata, Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Salerno, Via Ponte Don Mellilo, 84084 Fisciano, te./fax 089964085

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During the last 30 years, concrete technology has made considerable advances and provided new and high performance materials suitable for satisfying the requirements of designers and construction companies. In the beginning, research achievements mainly concerned compression strength. The increase of the concrete strength was made possible due to a reduction of the water- cement (w/c) ratio up to a value of about 0.40. Below this value, it was not possible to assure the workability of the mixture for practical applications.

Later on, with the aim of reducing the placement costs, superplasticizers have been developed, which also allowed to further reduce the w/c ratio with the consequent benefits in terms of strength. The development of new generations of superplasticizers has then allowed for the production of self-compacting concrete (SCC), which often represents the only solution suitable for the realization of earthquake-resistant RC joints, where the reinforcement density makes the placement of ordinary concrete very difficult, because of the reduced spacing among rebars.

Research efforts in last few years mainly focused the attention on material and structural durability which is a critical issue for the sustainability of the constructions. Actually, concrete durability represents one of the revolutionary novelties of the new Italian building code (D.M. 14-1-2008) that, for the first time, introduces the concept of “nominal life” of a structure in a mandatory document, defined as the “number of years in which the structure, although subjected to ordinary maintenance, has to accomplish the function to which is devoted”.

A durable structure requires the use of materials having an enhanced quality. The choice of durable materials is also a convenience’ choice as the increase of costs for improving the material performance is generally minimal if compared with the construction costs. In addition, it is further convenient when considering the maintenance costs not to say the lawyer expenses when the controversy goes into a court. In order to increase the “nominal life” of RC structures (and so, to enhance their durability), the concrete porosity has to be reduced so that a better protection of steel reinforcement is assured. This implies the reduction of the w/c ratio which should be very low when the external environment is very aggressive. The lower w/c ratio required for structural durability implies a higher concrete strength which, for the new Italian structural code, can have a class strength up to C70/85, characterized by a characteristic value of the compressive strength (measured on cubic specimens) not lower than 85 N/mm2. Once a lower concrete porosity is assured, protection of steel reinforcement also requires a control of cracks occurring in the structure. This can be addressed by means of a correct placement of the rebars and, if necessary, also by adding fibers to the concrete matrix; special types and contents of fibers have to be chosen according to the required performance.

Fiber Reinforced Concrete (FRC) is one of the materials that, together with the alloys of aluminum, the alloys of copper, the fiber reinforced polymer materials, the panels with collaborating polyurethane or polystyrene, non-traditional wall materials, the structural glass and the non-metallic reinforcement, has been mentioned in the Italian structural code. For this reason, with the preliminary approval of Central Technical Service of the Infrastructure Department, FRC can be used for the structural members. The Department of Infrastructure has under preparation specific Guidelines on the use of fiber-reinforced concrete for which the “Guide for the Design and Construction of Fiber-Reinforced Concrete Structures” - edited by the National Research Council - is already available (CNR DT 2004).

A new concrete performance which will have an increasing importance in the design regulations is represented by shrinkage, aimed at reducing the cracking of the structure. This need is already a priority in industrial concrete pavements and will become more relevant for other structural elements since the increase of concrete strength made the autogenous shrinkage significant. The new Fib Model Code – reference document for several international structural codes – includes specific design regulations for the new materials.

In summary, it is evident that the research and technological development have allowed concrete to be keep up with time, by continuing to represent an optimal choice for the realization of constructions more and more demanding in terms of safety, durability and sustainability. However, this modern know-how has not been completely understood by many structural designers that, often, make still use of “out-of-date” concretes. This anomaly is mainly due to the lack of regular meetings between concrete technologists and structural engineers. This is one of the main motivations which encouraged to organize the first Workshop on “The new boundaries of structural concrete” held at the University of Salerno in April 22-23, 2010. The Workshop has been organized through a joint collaboration between the Department of Civil Engineering of the University of Salerno and the American Concrete Institute Italy Chapter. Experts in concrete technology and structural engineering from universities, industry and construction companies joined this event.

This volume collects the papers presented at the workshop, divided in the following four sessions:

Session A – Performance and life-cycle costs of new concrete structures Session B – Controlled-performance concrete
Session C - New scenarios for concrete
Session D – Concrete quality control on site

Four invited lectures opened the two workshop days, while each session was preceded by a General Lecture dealing with the specific topic of the session. Two “Honorary Members” of ACI International, namely Professors Mario Collepardi and Surendra Shah, were present at the workshop and gave invited lectures.

The Workshop aimed to put together experts in concrete technology and structural engineering to discuss about the future of concrete, which is more and more devoted to the improvement of the performances, durability and care for the environment, without significantly affecting the costs. Several scientific contributes on the use of recycled aggregates in concrete – obtained by demolition or industrial waste (such as pneumatics) – have been also presented at the workshop. Other papers have dealt with the problem of the structural rehabilitation by following the new earthquake-resistance’s requirements of the constructions.

The Proceedings can be requested in hard copy or PDF format to the Secretary of ACI ITALY CHAPTER

Prefazione

di Antonio Grimaldi, Giovanni Plizzari e Roberto Realfonzo

La tecnologia del calcestruzzo ha fatto passi da gigante negli ultimi 30 anni ed ha messo a disposizione del mondo delle costruzioni un materiale sempre più idoneo a soddisfare le esigenze della progettazione, essendo in grado di raggiungere “elevate prestazioni”.

All’inizio queste riguardavano prevalentemente la resistenza a compressione. L’incremento di resistenza del calcestruzzo è stato possibile grazie ad una riduzione del rapporto tra l’acqua ed il cemento (a/c) fino ad un valore di circa 0.40, al di sotto del quale risultava impossibile garantire la lavorabilità dell’impasto necessaria per le applicazioni pratiche. Successivamente, al fine di ridurre i costi di posa in opera, sono stati sviluppati additivi fluidificanti che, parallelamente all’aumento di lavorabilità, hanno consentito di ridurre ulteriormente il rapporto a/c con i conseguenti benefici in termini di resistenza. Lo sviluppo di fluidificanti di nuova generazione ha poi consentito la produzione di calcestruzzo autocompattante (SCC), che rappresenta spesso l’unica soluzione praticabile per la realizzazione di nodi strutturali in calcestruzzo armato sismoresistenti, dove la concentrazione di armatura è tale da rendere difficilmente utilizzabile un calcestruzzo ordinario, a causa dei limitatissimi spazi presenti tra i ferri d’armatura in fase di getto.

Negli ultimi anni si è parlato molto di durabilità delle strutture, requisito importante per la sostenibilità delle costruzioni. La durabilità del calcestruzzo rappresenta una delle novità rivoluzionarie della nuova Normativa Tecnica per le Costruzioni (D.M. 14-1-2008) che, per la prima volta, introduce in un documento cogente il concetto di “vita nominale” di un’opera strutturale, intesa come il “numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata”. Una struttura durevole richiede l’uso di materiali di migliore qualità. La scelta di materiali durevoli è anche una scelta di convenienza poiché l’incremento di costo per aumentare le prestazioni del materiale è generalmente minimo se rapportato ai costi della costruzione finita, ed è conveniente se rapportato ai costi di manutenzione che si aggiungono alle spese legali in caso di contenzioso. Nel caso di strutture in c.a. per prolungare la “vita nominale” (e quindi aumentare la durabilità) è necessario ridurre la porosità del conglomerato, al fine di assicurare una maggiore protezione alle armature metalliche. Ciò significa necessariamente ridurre il rapporto a/c, tanto più quanto maggiore è l’aggressività dell’ambiente esterno, rappresentata dalla classe di esposizione ambientale. Il riferimento ad un minor rapporto a/c per garantire la necessaria durabilità dell’opera si traduce, necessariamente, in una maggior resistenza del materiale; per la nuova normativa, il calcestruzzo può raggiungere la classe di resistenza C70/85, caratterizzata da un valore di resistenza caratteristica a compressione (misurata su cubi) non inferiore a 85 N/mm2. Garantita una minor porosità del calcestruzzo, la protezione delle armature richiede anche un controllo dell’ampiezza delle fessure eventualmente presenti nella struttura. Questo può essere ottenuto con una corretta disposizione delle barre di armatura ma anche, ove necessario, con l’aggiunta di fibre nell’impasto, scelte con la corretta tipologia e dosaggio.

Il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC) è uno dei materiali che, con le leghe di alluminio, le leghe di rame, i materiali polimerici fibrorinforzati, i pannelli con poliuretano o polistirolo collaborante, i materiali murari non tradizionali, il vetro strutturale e le armature non metalliche, ha trovato per la prima volta “uno spazio ufficiale” all’interno della normativa tecnica italiana e che, con la preventiva approvazione del Servizio Tecnico Centrale del Ministero delle Infrastrutture, potrà essere utilizzato per la realizzazione degli elementi strutturali. Il Ministero delle Infrastrutture ha in preparazione specifiche Linee Guida per l’utilizzo di calcestruzzi fibro-rinforzati, per i quali sono già disponibili le istruzioni CNR per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Collaudo di elementi strutturali (CNR DT 204). Una nuova prestazione del calcestruzzo che troverà ampio spazio nelle prescrizioni progettuali è rappresentata dal contenimento del ritiro, finalizzato soprattutto alla limitazione della fessurazione dell’opera. Questa esigenza è già molto sentita per le pavimentazioni industriali che fanno largo uso di calcestruzzo e diventerà sempre più importante per altri elementi strutturali, anche in considerazione del fatto che l’aumento di resistenza del calcestruzzo ha reso significativa la componente autogena del ritiro del materiale. Il nuovo Codice Modello del fib - documento di riferimento per tante normative internazionali - riserva ampio spazio ai nuovi materiali per i quali vengono date specifiche regole di progettazione.

In conclusione, risulta evidente che la ricerca e lo sviluppo tecnologico hanno consentito al calcestruzzo di mantenersi al passo con i tempi, continuando a rappresentare un’ottima scelta per la realizzazione di costruzioni sempre più esigenti in termini di sicurezza, durabilità e sostenibilità. Questo moderno know-how non è però stato ancora del tutto recepito dai progettisti delle strutture che, spesso, fanno ancora uso di calcestruzzi che i tecnologi del materiale non esitano a definire “obsoleti”. Questa anomalia nasce prevalentemente dal fatto che fino ad oggi sono state poche, ed evidentemente insufficienti, le occasioni di un reale confronto tra tecnologi e strutturisti. Ed è questa una delle principali ragioni che ci ha spronato ad organizzare il primo workshop su “The new boundaries of structural concrete” che si è svolto il 22 e 23 aprile 2010 presso il Campus di Fisciano dell’Università di Salerno.

Il workshop è il risultato della collaborazione tra il Dipartimento di Ingegneria Civile dell'Ateneo salernitano e l'American Concrete Institute Italy Chapter. All’evento hanno partecipato esperti di tecnologia del calcestruzzo e di ingegneria delle strutture, provenienti dall'Accademia, dall'Industria e dal mondo delle professioni.

Questo volume raccoglie le memorie dei lavori presentati, suddivise nelle seguenti quattro sessioni:

Sessione A – Prestazione e costi delle strutture in calcestruzzo nella vita nominale
Sessione B – Calcestruzzi a prestazione controllata
Sessione C - Nuove prospettive per il calcestruzzo
Sessione D – Controlli sul calcestruzzo in opera
L'apertura delle due giornate è stata affidata ad altrettante relazioni su Invito, mentre ciascuna Sessione è stata preceduta da una Relazione Generale riguardante il tema specifico della sessione. Tra gli altri erano presenti due “Honorary Member” di ACI International: i professori Mario Collepardi e Surendra Shah.

La manifestazione, com’era nelle nostre intenzioni, è stata un’occasione di scambio interdisciplinare tra esperti di tecnologia del calcestruzzo e di progettazione strutturale, per confrontarsi e discutere sul futuro del calcestruzzo, un futuro sempre più orientato al miglioramento delle prestazioni, alla durabilità e all’attenzione all’ambiente, senza incidere eccessivamente sui costi.

Durante il workshop sono state presentate anche numerose memorie sull’utilizzo nel calcestruzzo di aggregati riciclati, ricavati da demolizioni o da scarti industriali (come i pneumatici). Altri lavori hanno riguardato il problema della riabilitazione strutturale di strutture in modo da rimetterle in sicurezza, anche in considerazione delle nuove esigenze di sismoresistenza delle costruzioni.

Il volume può essere richiesto, in versione cartacea o in formato PDF, alla Segreteria ACI ITALY CHAPTER