Alla metà dell’Ottocento risale l’invenzione del calcestruzzo armato (o conglomerato cementizio armato). È un sistema di struttura resistente e solida, molto usato per ogni genere di ossature di edifici, coperture, ponti e simili, e anche per tubi, manufatti, etc.
L’abbreviazione c.a. indica nel linguaggio comune il cemento armato, che sarebbe corretto definire calcestruzzo armato.
Esso è composto di calcestruzzo cementizio (conglomerato di inerti quali sabbia, ghiaia, pietrisco, uniti insieme dal cemento) rinforzato all’interno da elementi di acciaio, normalmente sotto forma di tondo nervato (fino a pochi decenni fa si utilizzava il tondo liscio) o rete elettrosaldata.
Il calcestruzzo armato, per il quale si possiede ormai più di un secolo di esperienza e che si è quindi rivelato sicuro anche nel tempo, è il più moderno fra i sistemi di costruzione.
È questo conglomerato cementizio armato che ha reso possibile la trasformazione, talvolta mostruosa, delle moderne città. Per avere un’idea di quanto esso sia usato, basta pensare che solo in Italia vengono consumati ogni anno circa 3 milioni di tonnellate di ferro tondo per c.a.
CARATTERISTICHE
Il calcestruzzo armato unisce così i pregi di due componenti:
- calcestruzzo –> alta resistenza alla pressione
- acciaio –> alta resistenza alla trazione
Si ottiene in tal modo una struttura particolarmente resistente a tutti i tipi di sforzo. Per di più tale struttura non ha praticamente bisogno di importanti manutenzioni, almeno nei primi decenni di vita.
Contrariamente alla semplice muratura e similmente alle strutture in acciaio e in legno, il calcestruzzo armato sfrutta anche l’elasticità del materiale, per sopportare, anziché le sole sollecitazioni di compressione (come avviene nella muratura), pure quelle di trazione.
Le due peculiarità dei materiali
Mentre nelle strutture in acciaio o in legno le due diverse funzioni sono esercitate da uno stesso materiale, capace di resistere ugualmente ad entrambe, nel calcestruzzo armato esse sono suddivise tra:
- il cemento: che assorbe la sola compressione
- l’acciaio: che assorbe principalmente la tensione
È infatti noto, per esempio, che una trave appoggiata agli estremi, sotto il carico, tende ad inflettersi e ad assumere una forma curva per cui le fibre superiori della trave si accorciano in seguito a compressione, mentre quelle inferiori si allungano essendo poste in tensione. Le due zone della sezione sono divise da un asse neutro, lungo cui avviene questa inversione e dove gli sforzi sono nulli.
Per armare il calcestruzzo si collocano, nella parte inferiore della trave, alcuni tondini di acciaio (salvo alcuni casi, si tratta di acciaio al carbonio) che assorbono la trazione, mentre nella parte superiore il calcestruzzo resiste alla sola compressione; nel calcolo della struttura si trascura la porzione di calcestruzzo situata nella zona tesa. Si ha così una razionale suddivisione del lavoro, secondo le diverse proprietà dei due materiali.
La distribuzione degli sforzi può naturalmente essere assai diversa da questo caso elementare, secondo le condizioni d’appoggio (o d’incastro) e di carico.
Il calcolo, in genere molto complesso, permette di seguire l’andamento degli sforzi e di collocare le barre di acciaio nella quantità e nella posizione volute per assorbire gli sforzi calcolati in base alle condizioni di carico, al peso proprio, etc.
Questo sistema permette di costruire le strutture più complesse e ardite, ed è in genere economicamente conveniente, anche per quanto riguarda la rapidità di esecuzione.
REALIZZAZIONE DI OPERE IN CALCESTRUZZO
1. Casseforme
Il primo lavoro da predisporre è quello delle casseforme, che sono le forme dentro le quali sarà gettato il calcestruzzo; sino a poco tempo fa, le casseforme erano generalmente in legno, oggi esistono sistemi di casseratura e casseforme per calcestruzzo per ogni esigenza in diversi materiali (in lamiera, polistirene espanso, materiali plastici, etc.).
2. Armatura
Dentro le casseforme si sistemano le armature in acciaio, costituite da barre a sezione circolare. Questi tondini sono opportunamente sagomati e curvati ai loro estremi e nei giunti, in forma di ganci, per opporsi ad ogni scorrimento, già reso comunque assai difficile dalla forte aderenza che si produce tra calcestruzzo e acciaio nervato.
I tondi sono collegati da staffe trasversali di acciaio aventi diametro inferiore, unite da legature in filo di ferro o saldate, in modo da formare le cosiddette gabbie, poi collocate nelle casseforme alla voluta distanza dal fondo e dalle pareti, in maniera ch’esse siano circondate dal calcestruzzo.
3. Getto
Si procede poi al getto, ossia alla colata dell’impasto di calcestruzzo nelle casseforme.
Dopo un congruo periodo di tempo, che dipende dalla qualità del cemento adoperato nel calcestruzzo (28 giorni col cemento normale, poche decine di ore per cementi speciali a rapida presa), si esegue il disarmo, ossia si tolgono le casseforme ed i relativi sostegni, ottenendo così la struttura finita.
IMPIEGHI
Le forme più comunemente adoperate sono i pilastri, le travi (orizzontali o inclinate) e le solette, che sono strutture piane più o meno sottili; sui pilastri poggiano le travi, che a loro volta sorreggono le solette; queste formano, per esempio, i piani dei solai, dei balconi e delle coperture.
Si costruiscono anche strutture a sbalzo, ossia incastrate da un lato e libere dall’altro, dai semplici balconi, fino alle grandiose coperture per le tribune degli stadi sportivi.
Il calcestruzzo armato si adopera pure per la fabbricazione in stabilimento di pali e di sostegni (per esempio per linee elettriche), e anche di tubazioni per impianti idrici, costruite in opera, talora grandiose e sottoposte ad enormi pressioni. Inoltre l’industria produce già da tempo molti pezzi staccati destinati all’edilizia, come travetti per solati (anche precompressi), pannelli, etc.
Data la delicatezza del calcolo e la precisione di lavoro necessaria nell’esecuzione di tutte le opere in calcestruzzo armato, esiste un regolamento con norme di legge molto rigorose per i calcoli, le prove di resistenza del calcestruzzo e dell’acciaio, e per l’esecuzione dei lavori.
PROVINI
Le prove di compressione del calcestruzzo si eseguono preparando, con impasto prelevato in cantiere, appositi cubetti. A maturazione avvenuta, i campioni vengono schiacciati fino alla rottura da speciali macchine con pressione crescente e misurabile.
Anche l’acciaio è sottoposto a prove meccaniche di trazione fino a rottura, in cui viene determinata:
- la resistenza a snervamento
- la resistenza e deformazione ultima
Queste prove si eseguono misurando il carico. I valori dei carichi di rottura risultanti da tali controlli obbligatori debbono essere compresi entro limiti rigorosamente determinati.