Caratteristiche vincenti
I motivi per i quali il cemento armato è uno dei materiali strutturali più usati e conosciuti si possono riassumere in tre concetti: facilità di lavorazione, flessibilità, basso costo. Non per nulla, una versione rudimentale di calcestruzzo era già utilizzata ai tempi dei romani, anche se non ancora "armato". La nascita del cemento armato vero e proprio avvenne poco dopo la metà del 1800 grazie a un giardiniere francese che, nel fabbricare dei vasi di fiori, intuì come le gabbie di metallo avessero la proprietà di non staccarsi con facilità dal calcestruzzo, fornendo una sorta di scheletro di sostegno. L’utilizzo del cemento armato investì dapprima il campo dei cantieri navali e, quindi, quello dell’edilizia. Oggi il cemento armato è il materiale più utilizzato non solo nella costruzione di edifici, ma anche per acquedotti, ponti, gallerie e viadotti. I suoi ingredienti sono una miscela di sabbia, ghiaia e acqua e delle barre di acciaio che vengono poste all’interno.
Ricetta
Generalmente, le proporzioni tra gli elementi che servono a formare il calcestruzzo sono: 1 parte di cemento, 2 di sabbia, 4 di ghiaia e 1 di acqua. Prima si mescolano sabbia e ghiaia, facendo attenzione che siano ben asciutte e che non formino grumi. Quindi si aggiunge il cemento e l’acqua a piccole dosi fino ad ottenere un impasto consistente ma lavorabile. Il suo indurimento non è immediato e, quindi, la posa può avvenire con una relativa calma. Il cemento è gettato all’interno dei "casseri", ovvero gli involucri, generalmente in legno, che contengono il calcestruzzo e che devono essere mantenuti per tutta la fase di indurimento. Caratteristiche e procedimento rendono il cemento armato ideale per la realizzazione della parte strutturale degli edifici, garantendo uno scheletro che sostenga tutta la costruzione e che sia più relativamente economico. Inoltre, i due elementi si completano l’un l’altro: il calcestruzzo è molto resistente alla compressione ma non alla trazione, mentre l’acciaio ha un grande resistenza proprio su questo secondo versante. Per questo, le barre d’acciaio, che hanno generalmente un diametro compreso tra i 4 e i 32 millimetri e vengono sagomate a seconda delle necessità, vengono annegate nel calcestruzzo proprio nelle zone sottoposte al maggior sforzo di trazione. L’aderenza tra i due materiali è ottimale, anche perché i loro coefficienti di dilatazione sono sostanzialmente uguali, particolare che evita che le variazioni di temperatura possano far staccare gli elementi gli uni dagli altri.
Barre d'acciaio
Le barre d’acciaio impiegate nella realizzazione del cemento armato possono essere utilizzate in due modi: ovvero, usando la terminologia tecnica, come "armatura corrente" o "staffe". Queste ultime sono generalmente di diametro minore e fungono da collegamento tra altre barre più grosse, creando delle sorta di gabbie della dimensione necessaria al bisogno di volta in volta stabilito. Il cemento armato, però, non è solo usato nelle grandi costruzioni, ma trova molte applicazioni anche nella realizzazione di solai e di manufatti e può essere utilizzato anche in officina per la produzione di prefabbricati ed elementi come pilastri e travi. Generalmente la produzione in officina è meno frequente perché decisamente più costosa e, quindi, viene usata soprattutto per quegli elementi che richiedono dei rigorosi controlli di qualità e di resistenza.
Durata e sicurezza
Contrariamente a quanto si pensò per diversi anni, quando inizialmente venne utilizzato il cemento armato per le costruzioni, il materiale in questione non è eterno e i suoi componenti possono subire il degrado conseguente a fattori naturali come il sale presente nell’acqua e nell’aria delle zone costiere, o industriali, come i fumi particolarmente acidi di alcune produzioni. L’acciaio, se non adeguatamente protetto e ricoperto dal calcestruzzo, è soggetto all’ossidazione, che ne aumenta il volume e, conseguentemente, può arrivare a compromettere il calcestruzzo che lo copre. Ultimamente è stato sperimentato un cemento armato realizzato con barre di acciaio inossidabile, ma i costi di questo materiale sono al momento altissimi e, quindi, utilizzati solo laddove la manutenzione sia molto difficile o l’azione degli agenti ossidanti particolarmente forte (si pensi, per esempio, alle dighe o alle strutture portuali) ci sia Per quanto riguarda la sicurezza, va anche detto che il cemento armato è un materiale indispensabile nelle costruzioni delle zone sismiche, laddove sia necessario avere costruzioni in grado di assorbire le spinte orizzontali generate dal sisma.
Domande frequenti
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Qual è la composizione esatta del calcestruzzo per il cemento armato?La ricetta standard prevede una miscela precisa di quattro ingredienti principali: una parte di cemento, due parti di sabbia, quattro parti di ghiaia e una parte di acqua. È fondamentale che sabbia e ghiaia siano perfettamente asciutte e prive di grumi prima di iniziare l'unione. Si procede mescolando prima gli aggregati solidi, poi aggiungendo lentamente cemento e acqua fino a ottenere un impasto omogeneo, consistente ma ancora lavorabile. Questa proporzione garantisce le giuste caratteristiche meccaniche per resistere alle sollecitazioni strutturali.
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Perché si usa l'acciaio insieme al cemento nel cemento armato?Il cemento armato sfrutta la sinergia tra due materiali complementari: il calcestruzzo offre un'eccellente resistenza alla compressione, ma è fragile sotto trazione; l'acciaio, invece, resiste benissimo agli sforzi di trazione. Le barre metalliche vengono posizionate strategicamente nelle zone soggette a questi stress. Inoltre, entrambi i materiali hanno coefficienti di dilatazione termica simili, il che significa che si espandono e contraggono allo stesso modo con le variazioni di temperatura, evitando distacchi o crepe tra i due componenti.
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Quanto dura il cemento armato e quali fattori ne compromettono la durata?Il cemento armato non è eterno e può subire degrado nel tempo. I nemici principali sono l'umidità, il sale marino nelle zone costiere e i fumi acidi industriali. Se l'acciaio non è sufficientemente protetto dal calcestruzzo, può ossidarsi: questa ruggine occupa più volume del metallo originale, generando pressioni interne che fanno crepare e sfaldare il calcestruzzo circostante. Per ambienti estremamente aggressivi, esistono acciai inossidabili, ma il costo elevato ne limita l'uso a opere speciali come dighe o porti.
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Come funziona l'indurimento e qual è il ruolo dei casseri?L'indurimento del calcestruzzo non è immediato, permettendo tempi di posa rilassati. Durante questa fase critica, il materiale fresco viene versato all'interno di casseforme, o casseri, che sono stampi rigidi (spesso in legno o metallo) che definiscono la forma finale dell'elemento strutturale. I casseri devono rimanere in sede per tutto il periodo di presa e indurimento, sostenendo il peso del materiale umido finché non sviluppa sufficiente resistenza meccanica autonoma per essere lasciato scoperto.
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Cosa sono le staffe nel cemento armato e a cosa servono?Nel linguaggio tecnico, oltre alle barre longitudinali dette 'armatura corrente', si utilizzano le 'staffe'. Sono anelli o gabbie di acciaio, generalmente di diametro inferiore rispetto alle barre principali, che avvolgono l'armatura longitudinale. La loro funzione primaria è tenere insieme le barre principali, impedendo loro di spostarsi durante il getto del calcestruzzo e formando una struttura rigida e coesa. Inoltre, contribuiscono a resistere agli sforzi trasversali e migliorano la duttilità complessiva dell'elemento strutturale.
