Calcestruzzo armato: cos'è, caratteristiche, utilizzi

Il calcestruzzo armato è diventato il materiale da costruzione maggiormente utilizzato per realizzare strutture portanti degli edifici e non solo. Inventato verso la fine del 1800 nel corso del primo novecento si è sviluppato ed evoluto sempre di più fino ai gironi nostri. Apprezzato da architetti e ingegneri questo materiale ha permesso di realizzare opere e strutture impensabili prima che venisse scoperto. Vediamo quindi cos'è il calcestruzzo armato, quali sono i suoi utilizzi e le sue caratteristiche.

Cantiere con realizzazione di opere in calcestruzzo armato
(foto di Mrdidg - Fonte: pixabay.com)

Indice

1. Cos'è il calcestruzzo armato
   
• Aderenza tra acciaio e calcestruzzo
• Dilatazione termica
• Protezione dell'acciaio
  
2. Armatura metallica e tipologie di calcestruzzo armato
   
3. Collaborazione statica tra calcestruzzo armato e armatura metallica
4. Proprietà e prove del calcestruzzo
5. Principali utilizzi del calcestruzzo armato
   

 

Cos'è il calcestruzzo armato

Si chiama calcestruzzo armato, o conglomerato cementizio armato, o più comunemente cemento armato (C.A.), il materiale ottenuto inglobando nel calcestruzzo (acqua, sabbia, cemento e aggregati) un'armatura metallica costituita di barre d'acciaio opportunamente conformate, la cui funzione è quella assorbire gli sforzi di trazione che  il calcestruzzo, da solo, non è in grado di sopportare.

Il calcestruzzo armato in realtà non è un materiale in senso stretto, bensì un materiale composto, nel quale la collaborazione statica fra il calcestruzzo e l'acciaio è basata sull'esistenza di alcune condizioni fondamentali:

• aderenza tra acciaio e calcestruzzo
• dilatazione termica
• protezione dell'acciaio.

 

Aderenza tra acciaio e calcestruzzo

L'aderenza consente il trasferimento degli sforzi tra le barre di acciaio e il calcestruzzo nel quale sono inglobate, in modo da ottenere il miglior grado di partecipazione di entrambi i componenti. Essa dipende dai seguenti fattori:

• tipo e grado di rugosità della superficie delle barre di acciaio;
• stato superficiale delle barre, specialmente in relazione ai fenomeni di ossidazione;
• completo inglobamento dell'armatura nel calcestruzzo;
• resistenza e compattezza del calcestruzzo. 

 

Dilatazione termica

I coefficienti di dilatazione del calcestruzzo e dell'acciaio sono approssimativamente uguali; se così non fosse, le variazioni di temperatura produrrebbero allungamenti diversi, con conseguenti stati di coazione tra i due materiali, che ne renderebbero impossibile l'unione.

Protezione dell'acciaio

L'armatura metallica viene protetta dagli agenti aggressivi esterni grazie al fatto di essere inglobata nel calcestruzzo. A contatto del calcestruzzo, essa non subisce inoltre alcun danno perchè tra i due materiali non si sviluppano reazioni chimiche. Il grado di protezione dipende dalla qualità e dalla compattezza del calcestruzzo e dallo spessore di ricopertura delle barre (il cosiddetto copriferro).

Armatura metallica e tipologie di calcestruzzo armato

L'armatura metallica del calcestruzzo armato ordinario è costituita di barre di acciaio ad aderenza migliorata, dette anche tondi o più semplicemente ferri d'armatura, variamente conformate per assumere una posizione precisa che consenta loro di assorbire gli sforzi di trazione che si presentano all'interno della struttura. La resistenza a compressione del calcestruzzo dipende, oltre che dalla buona qualità dei materiali impiegati, anche da parecchi altri fattori legati alle modalità di confezionamento, di getto e di maturazione.

A seconda della conformazione e delle specifiche funzioni, gli elementi che compongono l'armatura metallica sono:

• armatura principale, 
• armatura secondaria,
• staffe,
• spezzoni,
• reggistaffe. 

Il posizionamento dell'armatura metallica deve essere posta in modo tale che possa assorbire le sollecitazioni previste. A farlo sono i tecnici progettisti che attraverso disegni esecutivi danno le seguenti indicazioni: 

• il tipo di acciaio da impiegare,
• le dimensioni della sezione di ogni elemento dell'armatura,
• la posizione che ciascun elemento dell'armatura deve assumere all'interno della struttura.

 

A seconda invece del modo in cui agisce l'armatura metallica, il calcestruzzo armato può essere:

• Calcestruzzo armato normale (C.A.): se le barre metalliche vengono semplicemente inglobate nel calcestruzzo, dando luogo a quella che viene detta armatura lenta;
• Calcestruzzo armato precompresso (C.A.P.): se l'armatura è sottoposta a uno stato di tensione. In base alle modalità di applicazione di tale stato tensionale si distinguono due tipi di calcestruzzo:

• calcestruzzo armato precompresso ad armatura pre-tesa
• calcestruzzo armato precompresso ad armatura post-tesa.

 

Collaborazione statica tra calcestruzzo e armatura metallica

Sebbene il calcestruzzo sia molto resistente a compressione, esso può essere impiegato con funzioni strutturali soltanto per realizzare elementi massicci, all'interno dei quali le tensioni siano trascurabili. Esso non è infatti in grado di resistere a sforzi di trazione, in presenza dei quali si può rompere in modo imprevedibile.

L'acciaio presenta invece una elevatissima resistenza a trazione, anche quando viene ridotto a sezioni limitate. Se viene quindi realizzata ad esempio una trave in calcestruzzo inglobando barre d'acciaio longitudinali nella parte tesa della sua sezione, ciascuno dei due materiali concorrerà a conferire una maggiore resistenza e un miglior comportamento statico a tutto il sistema: l'acciaio assorbirà gli sforzi di trazione, togliendo questa funzione al calcestruzzo; il calcestruzzo assorbirà gli sforzi di compressione in qualsiasi zona della sezione si manifestino.

Proprietà e prove del calcestruzzo

Il calcestruzzo, come e più di ogni altro materiale da costruzione, deve essere sottoposto a prove per valutarne le proprietà e di conseguenza l'idoneità agli impieghi specifici ai quali è destinato.

Nel caso in cui esso debba essere adoperato come componente del cemento armato, il controllo della sua resistenza da luogo a una serie di operazioni e di adempimenti importanti e elicati, che la normativa affida ai responsabili di cantiere e al direttore dei lavori. Il solo controllo della qualità dei materiali impiegati è insufficiente per garantire che l'opera finale abbia la resistenza prevista dal progettista; l'effettiva resistenza sarà valutabile attraverso i risultati delle prove eseguite sui campioni prelevati in cantiere con specifiche modalità.

Principali utilizzi del calcestruzzo armato

La realizzazione di un'opera in calcestruzzo armato richiede una serie di operazioni che si possono sintetizzare nel seguente modo:

• costruzione delle casseforme
• preparazione e montaggio dell'armatura metallica,
• confezionamento e trasporto in opera del calcestruzzo,
• getto e costipamento del calcestruzzo,
• maturazione del calcestruzzo,
• disarmo della casseratura.

 

La sequenza di queste operazioni sono fondamentali per la corretta esecuzione a regola d'arte dell'opera. Il calcestruzzo armato grazie alle sue qualità e caratteristiche fisiche e meccaniche viene impiegato per la realizzazione di elementi strutturali di qualsiasi tipo. Il calcestruzzo armato viene ad esempio utilizzato per realizzare la struttura portante degli edifici con travi e pilastri (dalla singola abitazione al grattacielo), ma anche per realizzare ponti, dighe, fondazioni, muri di contenimento, etc. Il calcestruzzo armato viene anche utilizzato per realizzare manufatti di calcestruzzo prefabbricato. Questo materiale ha consentito di realizzare opere sempre più grandi e con costi minori semplificando anche le fasi di lavorazione e velocizzando i tempi di cantiere.

 

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