Il cemento armato è un materiale storico con funzione strutturale, che ha caratterizzato il patrimonio edilizio contemporaneo ma non sempre in maniera positiva.
Il Cemento armato
La storia di questo straordinario materiale composito ha poco più di cento anni.
Quasi tutte le prime sperimentazioni e applicazioni nacquero dalla ricerca di materiali strutturali resistenti al fuoco, il motto era infatti mai più incendi disastrosi.
In un primo tempo il nuovo materiale, che è essenzialmente strutturale, non fu impiegato in modo appropriato; il calcestruzzo armato veniva volutamente adoperato senza richiamare l’attenzione sulla novità del sistema costruttivo e quindi l’aspetto esteriore non differiva da quello della pietra, oppure l’ossatura portante era interamente ricoperta da ingombranti e pesanti decorazioni allora in voga.
Si deve soprattutto all’intuizione e alla genialità di A. Perret se il cemento armato ha poi trovato il giusto ruolo, che ha caratterizzato gran parte dell’architettura contemporanea.
Tecnologia del cemento armato
Il principio di costruzione del cemento armato è basato sulle caratteristiche peculiari dei due componenti: il calcestruzzo, che può sopportare grandi sforzi di compressione; l’acciaio, che può sopportare grandi sforzi di trazione.
Se nella zona tesa dell’elemento strutturale si dispone opportunamente un’armatura di acciaio, si ottiene un materiale composito di grande capacità di resistenza, basato sulla mutua collaborazione di acciaio e calcestruzzo, per cui gli sforzi di compressione sono assorbiti dal calcestruzzo e gli sforzi di trazione dall’acciaio.
Nelle strutture inflesse sono anche presenti sforzi di taglio, che possono essere assorbiti in parte dal calcestruzzo oppure da una apposita armatura di acciaio disposta convenientemente.
Si può distinguere quindi l’armatura del C.A. in tre categorie:
- 1 armatura principale, quella che assorbe gli sforzi di trazione;
- 2 armatura secondaria, quella per gli sforzi di taglio;
- 3 armatura complementare, quella che non ha un preciso compito statico, ma si rende necessaria per il posizionamento delle altre due (ferri reggistaffe, ripartitori, ecc.).
Spesso, la buona riuscita dell’opera in C.A. è proprio dovuta alla presenza di quest’ultima armatura complementare, che ha anche il compito importantissimo di evitare le fessurazioni nella massa del calcestruzzo, le quali possono verificarsi per fenomeni di ritiro e di dilatazione.
Qualità del calcestruzzo per le opere in cemento armato
I componenti dell’impasto di calcestruzzo sono: il cemento, gli inerti (sabbia, pietrisco o ghiaia), l’acqua e additivi eventuali.
I principali tipi di cementi impiegati nei conglomerati sono:
- cementi normali, contraddistinti dalla sigla R, 325, impressa sui sacchi di confezionatura;
- cementi ad alta resistenza, sigla R, 425;
- cementi ad alta resistenza e a rapido indurimento, R, 525;
- cementi alluminosi, R, 525;
- cementi per sbarramenti di ritenuta, R, 225.
Le norme italiane sui cementi stabiliscono i limiti di resistenza meccanica.
È opportuno che all’inizio dei lavori di costruzione di un edificio di una certa importanza, un campione del cemento che si impiegherà sia inviato a un laboratorio ufficiale per le prove essenziali. Il certificato del laboratorio attestante i risultati delle prove sul cemento è un documento utile e a volte indispensabile, che si allega alla contabilità dei lavori.
Dosaggio del cemento nel calcestruzzo
Aumentando la quantità del cemento nell’impasto, ferme restando le qualità e quantità degli altri componenti, si ottiene un calcestruzzo di maggiore resistenza.
Quindi la dosatura del cemento è in funzione dell’uso del calcestruzzo; dove occorra una grande resistenza, come per il cemento armato o strutture molto sollecitate, si impiegherà una quantità elevata di cemento; il contrario per quei lavori dove il calcestruzzo è sottoposto a piccoli sforzi.
Per le opere in cemento armato, l’esperienza ha dimostrato che l’armatura in ferro resta inalterata nel tempo (non si ossida) per la funzione protettiva esercitata dal cemento; perché questa azione sia efficace e duratura occorre che la quantità di cemento non sia inferiore a 3 ql per metro cubo di impasto.
Se la struttura è all’esterno, come le parti terminali delle coperture e dei terrazzi, e sottoposta all’azione dell’acqua e del gelo, sarà opportuno aumentare la dosatura del cemento, elevandola a 400 kg per m3, per una più efficace protezione.
Per strutture portanti e per il cemento armato, si consiglia l’impiego di calcestruzzi con almeno due inerti a granulometria variabile.
L’acqua è indispensabile nel calcestruzzo per determinare la reazione di idratazione del cemento, fenomeno di presa; per questa azione chimica è sufficiente una quantità di 30 litri circa, per 100 kg di cemento. Un eccesso notevole di acqua comporta il rischio gravissimo della separazione degli inerti, che tendono a stratificarsi in base al loro peso specifico, alterando completamente le caratteristiche granulometriche del calcestruzzo.
La consistenza del calcestruzzo può essere modificata, ferma restando la quantità di acqua, con l’aggiunta di particolari sostanze lubrificanti che non alterino il meccanismo di presa del cemento. L’additivo più usato è il cloruro di calcio, che si aggiunge all’acqua per abbassare la temperatura di congelamento dell’acqua o per determinare una protezione dal gelo.
Altri tipi di additivi sono gli aereanti, sostanze a base di resine, grassi e oli vari, che risultano solubili nell’acqua di impasto. Gli aereanti migliorano la lavorabilità dell’impasto, ma determinano una porosità, che risulta negativa ai fini della resistenza.
Acciaio per cemento armato e cemento armato precompresso
Nelle strutture in cemento armato l’acciaio è quasi sempre di sezione circolare.
Vengono usate barre tonde lisce, trafilate a freddo, di diametro variabile da 4 a 30 mm; la lunghezza delle barre è di circa 12 m. In commercio esistono tutti i diametri pari, mentre i dispari vengono prodotti per diametri inferiori a 10 mm.
Tra la barra di ferro e il conglomerato di cemento che la riveste si stabilisce una forza di aderenza, per cui la barra non può scorrere nel calcestruzzo, e ciò garantisce la stabilità della struttura.
A migliorare tale aderenza sono stati studiati profili di barre di vario tipo, detti appunto ad aderenza migliorata. Per aumentare la resistenza allo scorrimento le barre lisce vengono piegate a uncino alle estremità.
I ferri devono trovarsi nel calcestruzzo a determinate costanti distanze regolamentari dai bordi, e a determinate distanze tra di loro e questo è possibile solo con una gabbia ben fatta e soprattutto ben collegata.
Il cemento armato precompresso consiste nel creare una forte compressione nella trave di calcestruzzo scarica.
La precompressione è indotta dall’acciaio ad altissima resistenza, detto anche acciaio armonico, che viene teso o prima che il calcestruzzo venga gettato nella forma, o dopo che il calcestruzzo ha compiuto il processo di indurimento, a seconda del metodo usato.
L’adozione del cemento armato precompresso risulta particolarmente costoso per l’elevata qualità del calcestruzzo, per l’acciaio ad alto limite elastico, per le maestranze altamente qualificate e per l’impiego di apparecchiature costose per la tesatura dei cavi e per il controllo delle tensioni, pertanto risulta conveniente solo per le grandi opere.
Pro e contro del calcestruzzo armato
Le strutture in conglomerato cementizio esposte alle intemperie o poste lungo i litorali marini subiscono un rapido fenomeno di degrado per effetto dell’acqua, dell’anidride carbonica e solforosa e della salsedine, oppure a causa di difetti di impermeabilizzazione o ancora, per la presenza di particolari costruttivi che favoriscono il ristagno d’acqua.
La principale causa del degrado del calcestruzzo è la sua carbonatazione: il calcestruzzo si sfalda e le eventuali armature in ferro vengono rapidamente corrose.
Tuttavia, le strutture in conglomerato di cemento armato presentano una notevole resistenza alle alte temperature, che possono derivare dagli incendi.
Perché gli effetti del calore possano produrre seri inconvenienti, è necessario che la temperatura raggiunga valori tra 500 e 600 °C; in tal caso il calcestruzzo perde completamente l’acqua contenuta nella sua massa e la resistenza si riduce a circa la metà.
Il calcestruzzo che ha subìto temperature maggiori a 300 °C si riconosce a vista, perché assume una colorazione rosa.
Inoltre, la massa termica del calcestruzzo permette l'accumulo di calore durante l'inverno e il raffrescamento dell'edificio durante l'estate, rendendo gli ambienti più confortevoli.
Particolare attenzione però va posta in corrispondenza della giunzione pilastri-tamponature per evitare i cosiddetti ponti termici, responsabili della creazione di muffe e condense.
Il calcestruzzo ha la capacità di assorbire l'energia prodotta dalle onde d'urto; la sicurezza è la seconda caratteristica naturale del calcestruzzo; la vita di servizio nella progettazione di strutture di calcestruzzo viene stabilita da un minimo di 50 anni a un massimo di 200 anni.
Ripristino del cemento armato
Per risanare in modo profondo e duraturo un manufatto in cemento armato, occorre intervenire tempestivamente scegliendo il ciclo di materiali adatti e proteggendo il ripristino, evitando così un successivo rischio di carbonatazione.
Le malte da ripristino Colorificio Paulin sono studiate per rispondere in modo efficace a queste esigenze perché composte da cementi ad elevate prestazioni, additi vati con resine che favoriscono l’aderenza e fibre antiritiro altamente lavorabili.
Per la buona riuscita del ripristino del calcestruzzo armato di terrazze e balconi, un’operazione fondamentale è l’eliminazione dei difetti d’impermeabilizzazione.
La DiaSen ha sviluppato e perfezionato prodotti di semplice e rapida applicazione che permettono di risolvere in modo facile, sicuro e definitivo i problemi tipici dell’edilizia quali le lesioni del cemento e le infiltrazioni d’acqua.
Trattamento delle superfici del calcestruzzo
Si va sempre più diffondendo la tecnica del calcestruzzo a faccia vista.
Per ottenere un soddisfacente aspetto estetico occorre una esecuzione accurata delle casseforme, che verranno poi trattate con sostanze oleose per facilitare il distacco del calcestruzzo; questo deve essere ben vibrato e con basso rapporto acqua-cemento.
La superficie del getto risulterà omogenea, senza difetti, cavità, e contenente la riproduzione esatta della fibratura del legno delle tavole dei casseri, particolarmente apprezzata.
Un altro trattamento spesso usato per ottenere particolari effetti è la scalpellatura della superficie del getto, che mette a nudo la struttura granulare del calcestruzzo.
Il cemento bianco si presta assai bene per la confezione di calcestruzzi da lasciare a vista e ha una resistenza meccanica superiore a quella dei comuni cementi Portland e quindi si ottengono calcestruzzi migliori sotto ogni punto di vista.
