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