Come calcolare il peso del calcestruzzo e il peso di 1m³ di cemento

Per calcolare i peso del calcestruzzo forse è meglio prima capire cos’è realmente. Il Calcestruzzo (cls) è un impasto formato da sabbia, ghiaia, pietrisco, additivi, che si lega con acqua e calce idraulica oppure cemento. Tale composto, in particolar modo, viene adoperato principalmente per costruire le strutture portanti di molte opere del settore dell’edilizia: travi, pilastri, muri, platee, plinti. Il suo peso (massa volumica) si aggira intorno ai 2300 kg/ m³.

I parametri utili per calcolare il calcestruzzo

Tra i parametri meccanici la principale qualità ricercata nel materiale “calcestruzzo” è la resistenza meccanica, in second’ordine sono rilevanti anche modulo elastico e coefficiente di Poisson.

Per calcolare tale peso bisogna prendere in considerazione i principali parametri meccanici sono rappresentati dalla Resistenza Caratteristica Cubica (RcK), modulo elastico e coefficiente di Poisson.

La resistenza meccanica è valutata a dopo 28 giorni di maturazione in acqua a 20°C di provini cubici di lato 15cm la resistenza meccanica è misurata tramite prova a compressione che misura la forza necessaria per far collassare il campione per schiacciamento. Il valore di resistenza di un singolo prelievo composto usualmente da almeno due provini non è però sufficiente a determinare la resistenza caratteristica cubica, perché il materiale presenta una ineliminabile variabilità delle sue caratteristiche; la Resistenza Caratteristica Cubica è la resistenza con una probabilità di superamento del 95%, ossia 95 campioni su 100 presentano una resistenza meccanica superiore. Per elementi non portanti può variare dai 150 ai 250 kg/cm² mentre per elementi strutturali le normative vigenti richiedono una resistenza caratteristica minia di 300kg/cm² (tipicamente espressa in unità ingegneristiche, ossia 30Mpa, N/mm²).

Il peso specifico/massa volumica di un calcestruzzo strutturale armato è solitamente 2300-2400kg/m³. Gli altri parametri dipendono anche dalla quantità di armatura e da altri elementi. Grazie al contributo dell’acciaio, il peso del Calcestruzzo può arrivare fino a 2500 kg.

Calcestruzzi non strutturali confezionati con aggregati non leggeri presentano solitamente un peso specifico/massa volumica lievemente più basso, di 2100-2200kg/m³

Peso per metro cubo di cemento e diverse tipologie di calcestruzzi

Il proporzionamento del calcestruzzo può avvenire in due modi: una modalità semplificata, basata sul proporzionamento per volume ed una più rigorosa in cui i componenti sono dosati in peso.

Nei cantieri più semplici, quando non ci sono particolari prescrizioni prestazionali si può confezionare 1m³ di un buon calcestruzzo non-strutturale impiegando almeno 300chilogrammi di cemento cui aggiungere 150 litri d’acqua, 0,4 m³ di sabbia (aggregato fine) e 0,8 m³ di ghiaia (aggregato grosso).

I volumi indicati sono apparenti: la sabbia va a riempire i vuoti tra i granuli di ghiaia e la malta – composta miscelando acqua e cemento – riempie i vuoti lasciati liberi dalla sabbia.

La quantità d’acqua utilizzata per confezionare il calcestruzzo influisce sulla scorrevolezza dell’impasto allo stato fresco; la capacità del calcestruzzo di scorrere e fluire nei casseri è chiamata lavorabilità ed è solitamente misurata utilizzando il cono di Abrams: al crescere del contenuto d’acqua e quindi della lavorabilità abbiamo le seguenti classi di consistenza:

• S1 consistenza di terra umida, abbassamento al cono da 1 a 4cm
• S2 costistenza plastica, abbassamento al cono da 5 a 9cm
• S3 consistenza semifluida, abbassamento al cono da 10 a 15cm
• S4 consistenza fluida, abbassamento al cono da 16 a 21cm
• S5 consistenza superfluida, abbassamento al cono oltre 22cm

A questi componenti si possono aggiungere, additivi liquidi od aggiunte minerali che modificano sia le proprietà fisiche dei calcestruzzi:

• additivi fluidificanti e viscosizzanti modificano lavorabilità e consistenza,
• additivi acceleranti e ritardanti alterano il tempo di presa e lo sviluppo dell’indurimento
• agenti espansivi che riducono i fenomeni di ritiro della pasta di cemento
• aggiunte minerali che permettono di ottenere manufatti impermeabili all’acqua.

Per ottenere dei calcestruzzi leggeri occorre sostituire gli aggregati – solitamente nelle pezzature grosse – con aggregati leggeri e porosi come le pomici, le argille espanse, la perlite.

Di solito il calcestruzzo indurito viene classificato tenendo conto proprio in apposite classi che indichiamo di seguito e che sono definite dalla UNI EN 206-1:2006:

• Calcestruzzo normale: si caratterizza per la presenza di una massa volumica dopo che viene sottoposta ad essicazione in stufa che oltrepassa i 2.000 kg/ m³ ma non risulta mai essere superiore ai 2.600 kg/ m³.
• Calcestruzzo leggero: si caratterizza per la presenza di una massa volumica dopo che viene sottoposta ad essicazione in stufa che varia dagli 800 kg/ m³ ai 2.000 kg/ m³;
• Calcestruzzo pesante: si caratterizza per la presenza una massa volumica dopo che viene sottoposta ad essicazione in stufa. Essa oltrepassa i 2.600 kg/ m³

Peso, massa volumica o densità?

Quando deve misurare il peso di un materiale usualmente si utilizza il termine densità.

Tale termine è però corretto quando ci si riferisce ad una sostanza di specie chimica ben definita – acqua, olio, ferro – mentre per le sostanze composte da più costituenti o da specie chimiche differenti è più corretto utilizzare il termine “massa volumica”, ossia una misura di massa per unità di volume.

Questo è indubbiamente il caso del calcestruzzo di cemento che una miscela di più sostanze le quali a loro volta – con l’esclusione dell’acqua – non sono specie chimiche semplici ma sono a loro volta costituite da innumerevoli sostanze elementari.