Il calcestruzzo armato è diventato il materiale da costruzione maggiormente utilizzato per realizzare strutture portanti degli edifici e non solo.
Inventato verso la fine dell’Ottocento, si è sviluppato ed evoluto sempre di più fino ad arrivare ai giorni nostri.
Approfondiamo 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.
Tipologie di calcestruzzo armato
In base alle caratteristiche e alla natura dei componenti i calcestruzzi si distinguono in:
- Normali: ottenuti da impasti di legante, aggregati, acqua ed eventuali additivi che a maturazione avvenuta acquistano massa volumica (peso specifico) di 2200 – 2500 kg/mc con un valore medio di 2300 kg/mc. L’inserimento di barre di acciaio consente di ottenere elementi resistenti anche a trazione e strutture portanti di forma anche complessa;
- Leggeri: sono usati per la realizzazione di elementi prefabbricati e sono ottenuti sostituendo agli aggregati normali altri materiali leggeri in granuli, come argilla espansa, vermiculite espansa, perlite espansa, etc. La massa volumica è minore con valori che oscillano tra 800 e 1400 kg/mc e fino a 2000 kg/mc per calcestruzzi leggeri strutturali. In generale possiamo stabilire un valore medio di 1400 kg/mc.
- Pesanti: nell’impasto, la sabbia viene sostituita con elementi chimici a elevato peso molecolare e il suo peso specifico varia dai 2600 kg/mc ai 3300 kg/mc. In questo caso il peso specifico del calcestruzzo pesante ha un valore medio di 2950 kg/mc.
Esistono altre due tipologie di calcestruzzo utilizzate in edilizia:
- Alveolari: formati con particolari aggregati che lasciano numerosissimi interstizi vuoti tra i granuli. Vengono utilizzati quando si ha necessità di leggerezza e isolamento termico, ad esempio per realizzare riempimenti, o sottofondi;
- Cellulari: ottenuti da impasti addizionati con sostanze che formano minutissimi vacuoli nella massa del materiale.
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 armato
Nel caso in cui esso debba essere adoperato come componente del
cemento armato, il controllo della sua resistenza dà luogo a una serie di operazioni e di adempimenti importanti e delicati, 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 (carote) estratte attraverso una tecnica chiamata carotaggio.
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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