Calcestruzzo
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Il calcestruzzo è un conglomerato costituito da una miscela di legante idraulico (cemento) o aereo (calce di solito), inerti (sabbia e ghiaia) ed acqua. Il legante, idratandosi con l'acqua, indurisce e conferisce alla miscela una compattezza ed una resistenza tali da renderlo simile ad una roccia. É oggi utilizzato per generare le parti strutturali di un edificio.
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[modifica] Storia del calcestruzzo
Il notevole pregio riconosciuto al calcestruzzo dai suoi primi utilizzatori era la possibilità di ottenere rocce artificiali di qualsivoglia forma.
Nella tecnica edilizia romana fu inventato e adoperato per la prima volta il cementizio, ossia una miscela di malta (calce mescolata con sabbia o pozzolana) e coementa, ossia sassi o schegge di pietra.
La notevole diffusione del calcestruzzo si è però avuta con l'avvento del cemento armato. Il composto infatti ha ottima resistenza a compressione ma scadente resistenza a trazione e questo ne ha limitato l'uso per millenni. Alla metà dell'800 si incominciò ad annegare barre di acciaio in una matrice di calcestruzzo ottenendo uno dei primi esempi di materiali compositi, composti nei quali due differenti materiali partecipano insieme per contribuire in modi diversi a resistere alle varie sollecitazioni. L'acciaio conferisce al composto quella resistenza alla trazione ed alla flessione di cui è carente il calcestruzzo.
Negli ultimi decenni la tecnologia del calcestruzzo si è notevolmente evoluta in seguito all'introduzione di aggiunte e addittivi accessori che vanno a modificare comportamento e prestazioni delle miscele, tale approccio è tipico della produzione industrializzata del calcestruzzo da parte di operatori e società specializzati nella sola produzione e consegna di tale materiale, che in tale modo solo in occasioni particolari o ambiti ristretti viene ancora confezionato nel cantiere.
Un'ulteriore decisa evoluzione nell'utilizzo del materiale si ha nel passaggio da un criterio quantitativo della caratterizzazione delle miscele (sostanzialmente il contenuto di cemento) ad un criterio prestazionale basato su prove di rottura del materiale ottenuto e su una qualifica preliminare degli impasti. Ovviamente tale aproccio va visto nell'ottica di una produzione industrializzata basata su impianti industriali in genere esterni al singolo cantiere, e su una adeguata struttura tecnologica e gestionale.
Oggi si possono ottenere anche manufatti prefabbricati estremamente resistenti con la tecnica della precompressione delle travi in calcestruzzo armato: è il cosiddetto cemento armato precompresso.
Il parametro cardine della resistenza del calcestruzzo realizzato con gli ordinari leganti è il rapporto acqua/cemento, ovvero a parità di contenuto di cemento risulta maggiormente resistente una miscela con un minore contenuto di acqua. Il contenuto teorico ottimale di acqua ai fini della resistenza sarebbe quello stechiometrico pari a 0,28 che consiste nella sola acqua necessaria all'idratazione del legante.
Nella realtà tale contenuto di acqua non consente di idratare tutta la massa di cemento perché, trattandosi di un rapporto stechiometrico (e quindi un rapporto 1:1 tra particelle d'acqua e di cemento), non è possibile garantire il contatto di ogni granello di cemento con ogni particella d'acqua. Un rapporto a/c così ridotto conduce pertanto a miscele talmente asciutte da avere l'aspetto di un terreno appena umido e quindi impossibili da lavorare. Si opera perciò con rapporti acqua/cemento più alti e tipicamente tra lo 0,45 e 0,65. Nel suddetto intervallo di valori, al diminuire del rapporto a/c si ha un aumento della durabilità dei manufatti, a discapito però della lavorabilità in fase di posa in opera. Per tale ragione, nelle miscele reali, operando con valori di a/c inferiori a 0,55-0,60 si ricorre all'uso di additivi chimici finalizzati ad indurre una maggiore fluidità della miscela a parità di contenuto di acqua. L'acqua citata nel rapporto acqua/cemento è l'acqua globalmente disponibile per l'idratazione, quindi può contribuire anche acqua libera contenuta negli aggregati bagnati o umidi.
La quantità d'acqua contenuta nell'impasto influisce anche sulla maturazione del conglomerato cementizio: un rapporto molto elevato, superiore a 0,60 può indurre un'evaporazione intensa nella fase di presa del legante, generando delle micro lesioni all'interno del manufatto che ne possono pregiudicare il comportamento futuro. Appositi additivi servono anche ad impedire che ciò avvenga.
Nei manuali, in particolare quelli più datati, per la confezione di un metro cubo di calcestruzzo si trova indicata una miscela composta all'incirca da 0.4 m³ di sabbia, 0.8 m³ di inerti grossi (ghiaia o pietrisco), dai 200 ai 400 kg di cemento a seconda delle caratteristiche meccaniche richieste e acqua nella misura del 40-50% in peso del cemento.
Altro dato fondamentale per determinare le caratteristiche del moderno calcestruzzo è la qualità del cemento: vi sono diversi tipi di cemento per diverse esigenze, sostanzialmente classificati in base alla resistenza caratteristica del legante. Tale valore, espresso in Kg/cmq (o, nel S.I., in kN/mq), per il cemento convenzionale va dal valore 225 al valore 525. Maggiore è questo valore, maggiore sarà la resistenza del calcestruzzo (dosando saggiamente inerti e acqua), e maggiore sarà il costo complessivo dell'opera. Oggi si classifica la qualità del calcestruzzo non in base alla resistenza del solo legante ma a quella dell'intero agglomerato di legante, inerti e acqua solidificati.
Quando si demolisce un manufatto di calcestruzzo, armato o no, si può determinare la qualità della struttura analizzandone i frammenti. Un buon calcestruzzo si riconosce dallo spacco che ha provocato il distacco del frammento: se la frattura ha investito in egual modo sia il legante che gli inerti, come se questi fossero un unico materiale, allora il calcestruzzo era di ottima qualità; se, viceversa, gli inerti rimangono integri e lo spacco riguarda solamente il cemento, allora il manufatto era di cattiva qualità.
[modifica] Confezionamento, trasporto e getto in opera
Il confezionamento del calcestruzzo è oggi effettuato nelle centrali di betonaggio,o in appositi impianti di cantiere, ed è quasi scomparso il confezionamento artigianale-manuale, se non per piccolissime quantità. Di conseguenza, le indicazioni sulle quantità dei singoli componenti hanno perso di significato. Oggi si tende infatti a richiedere un calcestruzzo con prestazioni ben definite e la sua composizione, in base ai requisiti che esso dovrà possedere, è oggetto di un apposito studio, chiamato mix design, che tiene conto di numerose variabili quali resistenza, durabilità, aggressività dell'ambiente, contenuto d'aria inglobata, rapporto acqua/cemento, additivi e via dicendo.
Il calcestruzzo, una volta in cantiere, va gettato in un apposita cassaforma. Esso, infatti, ha l'apparenza di un fluido denso privo di forma: la cassaforma serve, appunto, a dare forma al calcestruzzo e a creare, quindi, pilastri, travi, solai, solette, fondazioni e quant'altro.
Una volta gettato nella cassaforma, il calcestruzzo va opportunamente vibrato, onde evitare la formazione di bolle d'aria all'interno del manufatto, che potrebbero accorciare drasticamente la vita dell'acciaio annegato, oltre a creare pericolose discontinuità nel materiale.
[modifica] Maturazione del calcestruzzo
Una volta messo a riposo nella cassaforma, il calcestruzzo ha bisogno di maturare per un certo periodo. É questo il periodo in cui l'acqua reagisce con il cemento generando il fenomeno dell'idratazione, che trasforma i granelli di cemento in cristalli che, interagendo tra loro, induriscono il manufatto.
Durante la maturazione il calcestruzzo ha bisogno di respirare, perché il processo di idratazione riscalda il manufatto e, di conseguenza, l'acqua tende a evaporare. Non solo: il processo di idratazione ha bisogno di ossigeno e, quindi, di aria. La cassaforma non deve quindi essere ermetica o di materiali non traspiranti. In quest'ottica la cassaforma in legno è molto valida.
Durante la maturazione è bene non accelerare ne rallentare eccessivamente l'evaporazione dell'acqua, perché il primo caso può generare lesioni, il secondo può impedire una corretta idratazione dell'intero conglomerato. Il clima, in questa fase, è di fondamentale importanza: aria secca può accelerare l'evaporazione dell'acqua, mentre un clima umido o una giornata piovosa possono rallentarla. Anche la temperatura dell'aria è importante: temperature troppo elevate (superiori ai 30-35°C) possono generare eccessiva evaporazione, mentre temperature troppo basse (inferiori allo 0°) possono produrre dannosissimi cristalli di ghiaccio nella struttura che, sciogliendosi, lasciano pericolosi vuoti e lesioni nella struttura. Gli additivi nel conglomerato sono scelti anche in base al clima durante il quale dovrà avvenire la maturazione del calcestruzzo, onde evitare i predetti problemi.
Si deve oltretutto fare attenzione allo spessore del manufatto: se l'elemento strutturale che stiamo gettando ha il lato minore molto grande (superiore a 60-70cm) la parte centrale del conglomerato può non arrivare ad avere contatto con l'ossigeno, rimanendo, di fatto, molle. Questo fenomeno si verificava spesso nelle strutture romane, che raggiungevano tranquillamente spessori superiori ai 2 m. Il Pantheon, per esempio, ha questa caratteristica: la parte centrale dei muri più spessi (spessore maggiore di 4 m) non ha mai completato il processo di idratazione ed è ancora allo stato semi-solido, dopo 1900 anni.
[modifica] Voci correlate
