Il calcetrsuzzo armato, parte 1

Il calcestruzzo cementizio (o conglomerato cementizio)

Introduzione

L'analisi (avvenuta nelle lezioni precedenti) sui materiali ferrosi, sulla ghisa e l'acciaio, evidenziandone le innovazioni di tale tecnologia, il loro apporto nell'evoluzione architettonica e quindi anche dei sistemi tecnologici, a partire dall'800 ma soprattutto verso la fine dell'800, ha permesso di osservare un importante passaggio. Ovvero il passaggio, da un'architettura massiva basata sulla struttura muraria portante che al di là di alcune modanature, fregi e abbellimenti architettonici di facciata, non consentiva nessun tipo di espressività o di snellimento dell'architettura, a una struttura intelaiata che con l'utilizzo dell'acciaio ha permesso la realizzazione di edifici multipiano, prima impensabili.

Il conglomerato cementizio e in particolare quello armato apre un vero e proprio nuovo mondo agli inizi dell'800, che in qualche modo ha rivoluzionato l'espressività di pensare e progettare l'architettura. Prima di passare direttamente all'osservazione degli aspetti produttivi e prestazionali bisogna comprendere che cosa ha significato l'utilizzo del cemento armato nel 900 fino anche ai nostri giorni.

Esponenti e innovazioni

Auguste Perret con Pioniere, può considerarsi sicuramente l'edificio multipiano chiamato Casa in rue Franklin a Parigi, considerato come il primo edificio in cemento armato. Grande esponente nell'utilizzo di questa tecnologia è sicuramente Luis Kahn, come si può anche intuire nel Salk Institute, in California del 1959. Come possiamo osservare dall'immagine la possibilità di utilizzare questo nuovo materiale, rispetto all'acciaio, garantiva nuove possibilità espressive grazie proprio alla modellabilità e alla plasmabilità del calcestruzzo armato. Questa sua capacità permetteva di rendere reali qualsiasi forma pensata e renderla poi un elemento monolitico (il professore fa un paragone con il DAS e la sua plasmabilità che poi essiccando permetteva di ottenere questo elemento monolitico).

Le Corbusier risulta uno dei massimi esponenti nell'utilizzo di questa tecnica, che poi incarna nei suoi principi essenziali. Il cemento armato dà poi vita a una vera e propria corrente espressiva e architettonica definita "brutalismo" per questa sua possibilità di essere utilizzata a faccia vista, senza una finitura esterna. Il termine brutalismo nasce dal termine francese "béton brut" cioè cemento grezzo e tale corrente espressiva è stato il tentativo di superamento del movimento moderno.

Possiamo quindi intuire quale era e quale è stata la potenzialità espressiva del cemento armato. Caratteristica che si può intuire anche in questo complesso residenziale progettato in occasione dell'Expo di Montreal del 1967 da Moshe Safdie (Sciafdì). Possiamo ben osservare che tipo di rivoluzione e di trasformazione si ottiene rispetto alla configurazione classica, tradizionale, bloccata della struttura in muratura portante. Chiaramente la plasmabilità e la possibilità di modellare il materiale dava la possibilità al progettista di potersi esprimere attraverso anche un linguaggio che fondeva nel suo insieme architettura e scultura, possiamo infatti osservare come alcune architetture in cemento armato sembrino delle vere e proprie sculture. Tutto ciò era possibile solo grazie alla particolarità del materiale.

Si riesce grazie a ciò a giungere ai nostri giorni e come esempio odierno ritroviamo la stazione marittima (2016) a Salerno di Zaha Hadid, che ha queste forme molto sinuose, grazie appunto all'utilizzo di un particolare cemento a faccia vista. Questo tipo di espressività sarebbe stata impensabile con un'architettura con struttura in acciaio se non attraverso una progettazione molto complessa e articolata di uno scheletro strutturale e poi un rivestimento esterno. Il tutto è ottenuto e reso possibile con un unico materiale, con apposite casseforme dove all'interno viene gettato/versato questo materiale che poi assume le forme volute e desiderate.

Tutto ciò ci fa comprendere come questo materiale è stato utilizzato per tutto il 900 ma anche ai giorni nostri, ed il suo massimo sviluppo è avvenuto sicuramente intorno alla metà del 900 quando sono state esplorate queste nuove e inedite potenzialità espressive. Chiaramente tutto ciò vale anche oggi giorno anche se ai nostri giorni si stanno facendo delle valutazioni di opportunità dell'utilizzo del cemento armato in termini di sostenibilità del processo costruttivo. Si intende una valutazione di sostenibilità del ciclo di vita ovvero di tutte le fasi del processo edilizio fino alla sua dismissione e siccome il cemento armato per sua natura produce rifiuti in sede di demolizione e dismissione, quindi alla fine del ciclo di vita, porta la rivalutazione di questo tipo di materiale.

I conglomerati

È opportuno fare chiarezza sulle definizioni, il conglomerato è un materiale composito ottenuto dalla miscelazione di diverse sostanze che reagiscono tra loro grazie a delle reazioni chimiche trasformando un conglomerato, cioè un’imposta fluido in un elemento monolitico o compatto, simile a un materiale lapideo. Le malte e i conglomerati utilizzati nelle costruzioni sono calcestruzzi dove i componenti principali di questi elementi sono l'acqua, il legante (ovvero quel prodotto o elemento che lega, cioè mantiene quella funzione di legare gli altri componenti reagendo con l'acqua) e gli aggregati. Per aggregati intendiamo gli inerti ed eventuali additivi, ovvero sostanze chimiche che intervengono per migliorare in determinate situazioni climatiche ed altre situazioni la resa del materiale.

Nel trattare le definizioni risulta importante comprendere quali sono le differenze di quando di parla malta, pasta e calcestruzzo ovvero:

• Pasta: è un impasto di solo legante ed acqua, in cui il rapporto tra i componenti varia normalmente tra i 0,25 e 0,50.
• Malta: è un livello successivo, questa viene prodotta dalla miscela di acqua, legante (ovvero la pasta) e sabbia cioè un aggregato del diametro inferiore ai 5mm. Per migliorare poi eventuali prestazioni della malta possono essere aggiunti degli additivi.
• Calcestruzzo: è una miscela di legante, acqua, sabbia e pietrisco o ghiaia (aggregato o inerti di diametro superiore ai 5mm) ed eventuali additivi.

NOTA: Nel caso in cui il calcestruzzo sia armato si andrà a parlare di conglomerato cementizio armato. Il termine calcestruzzo "calcis structio", deriva dal latino ovvero struttura costruita con calce.

Il calcestruzzo o conglomerato cementizio, si ottiene mescolando:

• Legante: il cemento, il legante prevalentemente utilizzato è il cui prestazioni condizionano la resa dell'intero impasto, poiché il legante svolge un ruolo fondamentale, essenziale, grazie alla propria reazione chimica di solidificazione che ha con l'acqua dell'impasto.
• Aggregati: sono gli elementi di riempimento che non svolgono nessuna reazione chimica se non quella di essere rappresi o tenuti insieme dalla pasta appunto di cemento e acqua. Gli aggregati sono degli elementi lapidei più o meno fini e sono: ghiaia e pietrisco (aggregati grossi), sabbia (aggregati fini).
• Acqua: anch’essa ha un ruolo importante nella reazione insieme al cemento, va inoltre opportunamente dosata, poiché il suo dosaggio determina caratteristiche finali della resa del calcestruzzo.
• Additivi: infine, si lascia che l'impasto così ottenuto si rapprenda e indurisca ovvero faccia le fasi di presa e indurimento.

Una volta realizzato il confezionamento del conglomerato cementizio con questi ingredienti (quelli sopra descritti) inizia ad innescarsi immediatamente un processo chimico che si innesca tra l'acqua e il cemento, ovvero il "fenomeno della presa". Tale fenomeno è istantaneo ed è di breve durata, poiché inizia dalle 6 ore del confezionamento e termina all'incirca dopo 24 ore dal confezionamento stesso. Successivamente questo fenomeno di presa vi è il "fenomeno dell'indurimento", anche se in realtà non vi è una delimitazione netta marcata tra queste due fasi, l'indurimento del calcestruzzo a seconda poi di tutta una serie di caratteristiche come la dimensione o la geometria, può durare dai 2 ai 14 giorni. Durante questo periodo si attivano delle reazioni chimiche tra l'acqua e il cemento che rilasciano un quantitativo di energia che manifesta sotto forma di calore, definito calore di idratazione. Questo rilascio di calore dà luogo alla formazione di cristalli resistenti che legano tra loro le particelle dell'aggregato. Durante il processo chimico dell'indurimento il calcestruzzo subisce un lieve ritiro dovuto all'evaporazione dell'acqua di impasto.

Cemento

Il cemento, come già descritto, svolge la proprietà di legante ovvero di tenere insieme all'interno dell'impasto i vari tipi di inerti. Si può, di congruenza dire che il cemento svolge un ruolo essenziale e di grande importanza, poiché la qualità finale del calcestruzzo dipende poi, anche, dalla qualità del cemento utilizzato nell'impasto. Il cemento per via della sua composizione è un legante idraulico. Si possono avere due tipologie di cementi:

• Cementi naturali: si ottengono mediante la calcinazione di calcari argillosi naturali, che contengono più del 22% di silicati di alluminio. Questa tipologia di cementi viene prodotta con una cottura inferiore rispetto a quelli artificiali, ovvero una cottura che avviene intorno agli 800°.
• Cementi artificiali: vengono prodotti attraverso la cottura di miscele di calce e argilla fino alla temperatura di incipiente fusione, ovvero fino allo stadio precedente alla fusione. Per poter fare ciò risulta necessario dover elevare la temperatura di cottura fino a 1400°, allorché avviene il processo di clinkerizzazione.

I cementi vengono classificati a seconda della finezza di macinazione e in base alla durata della presa e ai risultati conseguenti alle prove di schiacciamento dei cubetti di calcestruzzo indurito dopo 28 giorni, dopo quattro settimane dal getto del calcestruzzo. Poiché è appunto dopo 28 giorni che si ritiene che il calcestruzzo raggiunga la massima durezza ovvero dopo 28 giorni gli incrementi di resistenza meccanica sono trascurabili. Il cemento Portland è poi diventato il tipo di cemento più utilizzato proprio per le sue caratteristiche di resistenza nel confezionamento dei calcestruzzi.

Di conseguenza si comprende che il cemento Portland consiste nel confezionamento di un prodotto in maniera artificiale portando diversi ingredienti a una elevata temperatura, fino allo stadio prossimo di fusione. Sono differenti i vantaggi di un cemento Portland di alta qualità (poiché ne esistono tipologie di qualità minore o bassa), questi vantaggi sono:

• Per via di questa ultima caratteristica ovvero per via della possibilità di confezionare il cemento Portland con gli ingredienti voluti è possibile acquistare il prodotto in base a quelle che sono le esigenze progettuali, si intende per tali la forma dell'architettura ma anche fattori esterni come il contesto climatico e ambientale.

Quest'ultimo svantaggio ci riporta al discorso precedentemente introdotto.