Le strutture in conglomerato cementizio armato, parte 2

Le strutture in conglomerato cementizio armato

Introduzione

Avendo analizzato in modo analitico tutte le fasi che portano alla definizione e alla realizzazione di un'opera in calcestruzzo, tenendo conto che prima di tutto vi è la progettazione, ossia il progetto strutturale e delle armature, e dopodiché vi è la realizzazione tramite la predisposizione delle casseforme, la predisposizione delle armature, il getto di cls e infine il disarmo. Di conseguenza, si giunge a dover analizzare tutti gli elementi che compongono una struttura in cls cementizio armato.

La foto risulta essere particolarmente esplicativa e raffigura una struttura in cls armato di Pierluigi Nervi, il maestro dell’ingegneria italiana. Nell’immagine viene rappresentato un dettaglio della cupola del palazzetto dello sport a Roma, la struttura è realizzata intorno agli anni '50. Pierluigi Nervi dimostra quelle che erano, e che sono tutt’ora, le grandi potenzialità del calcestruzzo armato.

Ovvero, prendere quello che è stato il grande entusiasmo di tutti i progettisti dell’epoca a partire dagli anni '20 e '30, quando questo nuovo materiale irrompe nel panorama costruttivo europeo. Potenzialità che non potevano essere raggiunte con una struttura in muratura, come coprire grandi luci, avere delle conformazioni stilistiche e una certa libertà anche espressiva dovuta alla plasmabilità del cls che prende la forma della cassaforma, ovviamente in cui si getta.

Questo grande entusiasmo verso il calcestruzzo come materiale principe, soprattutto nei primi anni quando ancora non esisteva una disciplina scientificamente regolata, ossia manuali di dimensionamento, ecc., ha portato a opere in cls che sono andate a degradarsi e rovinarsi molto velocemente. Grazie però, in seguito alla nascita dei brevetti e dei manuali di dimensionamento, tutti i progettisti si sono adeguati e ciò ha portato a creare opere di grande spessore proprio come quella di Pierluigi Nervi.

Strutture in calcestruzzo cementizio armato

In generale, quando si parla di strutture in calcestruzzo cementizio armato si va a parlare di strutture a telaio, strutture intelaiate, ossia dove si ha un collegamento virtuoso tra travi e pilastri. Quest’ultimo, ossia il collegamento tra travi e pilastri, è un incastro, cioè un mutuo incastro elastico di tutte le membrature ed è per tale motivo che vengono definite strutture a telaio o gabbie in conglomerato cementizio armato; le quali proprio per via della loro struttura riescono ad assorbire anche le spinte orizzontali che nelle strutture in acciaio erano assorbite dalla presenza dei controventi diagonali.

Quindi, tutta la struttura a telaio riesce a resistere e a assorbire le spinte orizzontali, ma anche nelle strutture in conglomerato cementizio armato è possibile inserire dei controventi, i quali però non sono degli elementi in acciaio a croce di Sant’Andrea (come visto precedentemente nelle strutture in acciaio) bensì possono essere delle pareti opportunamente disposte in pianta che sono dei sistemi rigidi nei confronti delle spinte orizzontali oppure possono essere dei veri e propri nuclei, solitamente il nucleo che contiene il corpo scala, quindi un nucleo rigido che rappresenta esteticamente un controvento per assorbire la massima porzione di azioni orizzontali.

Elementi di una struttura in conglomerato cementizio

• Opere di sostegno verticali: I pilastri
• Opere di sostegno orizzontale: Le travi
• I telai (travi + pilastri)

L'immagine di fianco riportata rappresenta una struttura intelaiata che poggia su un piano interrato, ancora in muratura portante mentre in elevazione si ha la presenza di travi che si agganciano ai vari pilastri. Dopodiché tra i vari interassi vi è l’orditura del solaio.

Di conseguenza, si ha che il solaio scarica sulla trave, che poi scarica sul pilastro, il quale infine scarica sulla fondazione. Notiamo fin da subito, a primo occhio, la differenza tra questa tipologia di costruzione intelaiata con un sistema costruttivo in muratura portante, poiché quest’ultimo era costituito da murature piuttosto importanti (dal punto di vista dello spessore), tutte le pareti erano portanti e di conseguenza vi era una pianta con una conformazione planimetrica decisamente vincolata dalla struttura.

Invece con la costruzione intelaiata si ha un minimo ingombro della struttura poiché i pilastri hanno in pianta appunto un minimo ingombro consentendo di andare a conformare un impianto planimetrico molto flessibile, qui risulta poi immediato ai 5 principi di Le Corbusier che si basavano proprio sulle nuove potenzialità della struttura intelaiata tra cui “la pianta libera”. Questa certamente è dovuta al sistema costruttivo in calcestruzzo cementizio armato perché non era possibile una pianta libera con una costruzione in muratura.

Tale discorso vale anche per la “facciata libera” (altro principio) lo spazio di parete presente tra pilastro e pilastro in una struttura intelaiata, è completamente flessibile infatti alla parete piena, vi si può sostituire un’ampia vetrata, avere entrambe o una parete opaca. Quindi tale sistema costruttivo a telaio ha aperto la strada ad un modo di progettare e fare l’architettura completamente diverso e innovativo rispetto a quella che era stata la produzione architettonica dei secoli precedenti.

Tompagno

Nota: tamponamento, tamponatura o muro di tompagno è la parete di chiusura tra due pilastri di una struttura intelaiata. L'ingegnere l'ha nominata ma poi ha cambiato discorso.

In immagine ancora una volta ritroviamo l’istituto di case popolari a Salerno (visto precedentemente). Nella foto si può osservare il cantiere durante la costruzione dell’edificio, infatti, si ritrovano i pilastri, le travi ed in alcuni punti ancora la puntellatura, per via del fatto che si stava procedendo ancora a costruire i piani successivi, inoltre si può osservare anche i tompagni realizzati con muratura. Il tompagno è l’elemento di tamponatura che deve (come si analizzerà con gli argomenti finali del corso) rispondere a delle precise caratteristiche di sostenibilità; quindi, tutto il progetto dell’involucro deve essere opportunamente calibrato rapporto a quelle che sono le proprietà energetiche, estetiche, funzionali e tecnologiche della nuova costruzione appunto per rispondere a requisiti del fare architettonico del 2021.

1. Strutture di sostegno verticali: I pilastri

I pilastri in conglomerato cementizio armato sono caratterizzati da:

• Un limitato ingombro della loro struttura rispetto alla conformazione planimetrica dell’edificio;
• Rapidità di esecuzione;
• Collegamento intimo con tutti i sostegni orizzontali.

Il pilastro è collegato alla fondazione che può essere su plinto isolato o su trave rovescia. La fondazione su plinto è di tipo diretto e isolata; quindi, la fondazione non è collegata a tutti gli altri plinti e ciò ha comportato un po’ l’abbandono di questa tipologia, soprattutto per rispondere a delle precise caratteristiche di resistenza da sisma.

Per cui in zone sismiche ma anche in generale non si impiega più la fondazione su plinti e si ricorre, sempre nell’ambito delle fondazioni di tipo diretto, a fondazioni su travi rovesce, dove si ha sempre una sorta di plinto ma che viene inglobato ad una trave, la quale può essere ordita sia solo longitudinalmente (cioè come in immagine) oppure anche trasversalmente, ovvero in entrambi i sensi (longitudinale e ortogonale).

Nota: le fondazioni verranno trattate ampiamente nel loro capitolo, queste sono solo delle prime indicazioni generali.

Le armature che fuoriescono dalla sezione della fondazione devono essere corrispondenti sia per dimensione che per disposizione a quelli del pilastro, in modo tale da avere un ottimo collegamento con quest’ultimo e far sì che il collegamento trave-pilastro attraverso i ferri di armatura sia completamente solidale. Le armature vengono unite a quelle sporgenti dalla fondazione per sovrapposizione, ovvero si realizzano le casseforme di fondazione, si dispongono le armature, si realizza il getto di conglomerato facendo, appunto, fuoriuscire le barre di armatura della fondazione, dopodiché quando bisognerà realizzare il pilastro, le barre di quest’ultimo (il pilastro) dovranno unirsi per sovrapposizione alle barre della fondazione.

La sovrapposizione deve avvenire secondo una determinata lunghezza, la quale secondo la norma tecnica è di almeno 40 volte il diametro del tondino, quando però non vi è abbastanza spazio può essere realizzata una giunzione del tipo testa a testa con delle piastrine di ausilio per la connessione di tutti questi vari elementi metallici. A loro volta anche le armature del pilastro devono fuoriuscire (quando ad esempio si è completato il getto del pilastro del pianoterra) dalla testa del pilastro per potersi collegare alle armature del pilastro sovrastante oppure per essere piegare ad angolo rette ed essere collegate alle piastre degli elementi in calcestruzzo armato dei solai.

1.1 Casseforme per i pilastri

Quindi anche in questo caso il processo costruttivo rimane invariato rispetto a quello visto precedentemente. Ossia, bisogna prima di tutto realizzare la cassaforma del pilastro che dipende dalla sezione e dalla forma che il pilastro deve avere. La cassaforma può essere costituita il più delle volte da:

• Una scatola rettangolare con pannelli di compensato se il pilastro è rettangolare;
• Un tubo cilindrico che è fatto spesso in acciaio o di materiale plastico, realizzato con delle grappe per agevolare successivamente il disarmo;
• Un tubo cilindrico in cartone paraffinato, disarmato distaccando tutti questi strati di cartone.

Quindi solitamente si ha per pilastri a sezione quadrate e rettangolari delle casseforme lignee con tutte le apposite puntellature del caso mentre per sezioni circolari si avranno casseforme costituite da materiali plastico o in acciaio.

Nota: l’ingegnere non ha spiegato molto chiaramente questa prima parte delle casseforme è consigliato riprendere ciò che è scritto sulla slide. L’opera di puntellatura (come già analizzata precedentemente) risulta essere particolarmente importate perché va a solidarizzare il tutto così che quando si va a realizzare il getto, la cassaforma non si spancia ovvero il cassero non si apre, in modo tale da contenere il getto ed evitare quindi qualsiasi ribaltamento.

1.2 Armatura dei pilastri

Realizzato tutto il progetto della cassaforma, realizzato il cassero con tutti i puntelli, si va successivamente a disporre l’armatura dei pilastri. Solitamente l’armatura di un pilastro è certamente verificata in base alle sollecitazioni a cui è sottoposto un pilastro, generalmente un pilastro in strutture in conglomerato è sottoposto a pressoflessione ossia non è sollecitato ad un carico normale ma ad un carico che produce appunto una pressione ed una inflessione.

Quindi in base alle sollecitazioni bisogna capire quanti ferri porre all’interno e soprattutto quali tondini, ossia che diametro scegliere. In un pilastro solitamente si rinvengono barre verticali e orizzontali, queste due tipologie di armatura in un pilastro hanno funzioni diverse. Infatti, le barre verticali che generalmente presentano un diametro compreso tra Φ 12 e Φ 20, sono disposte lungo il perimetro della pianta del pilastro ossia in corrispondenza degli spigoli (se siamo di fronte ad un pilastro di forma quadrata, rettangolare o poligonale), ed in prevalenza nelle zone tese delle strutture pressoinflesse.

Queste barre possono essere 4, 6, 8 in base alle sollecitazioni e collaborano proprio con il calcestruzzo a rispondere alle sollecitazioni di compressione e soprattutto a quelle di trazioni, quando si hanno carichi orizzontali dovuti al vento o scosse sismiche oppure quando siamo in sollecitazione deviata. Invece le staffe orizzontali, costituite da tondini di ferro di piccolo diametro (ossia Φ 6 e Φ 8 mm, raramente Φ 10), vengono avvolte intorno alle barre verticali innanzitutto per tenerle tutte insieme e poi per impedire che queste, sotto carico, si curvino verso l’esterno ossia si spanciano (mentre verso l’interno la curvatura delle barre è impedita dal calcestruzzo).

Il passo e di conseguenza il numero delle staffe orizzontali viene garantito dalle norme tecniche (NTC 2018) che indica appunto quale sia il passo minimo delle staffe orizzontali che risulta comunque sempre in funzione del diametro dei tondini delle barre.

• Staffe indipendenti tra loro: nel caso specifico (in immagine) si ha questo pilastro quadrato con 8 tondini di armatura verticale e delle staffe che tengono il tutto insieme, le due parti terminali della staffa orizzontale vengono in un angolo piegati così da ancorare maggiormente la staffatura al tondino di acciaio verticale.
• Staffe continue ad elica: si può inoltre avere quest’altra conformazione costituita da una staffatura continua ad elica, la quale arriva già direttamente sotto forma di elica in cantiere e deve essere quindi soltanto messa in opera.

Nota: Questi appena indicati sono le diverse tipologie di staffature che possiamo rinvenire in un pilastro. Le staffe continue ad elica giungono in cantiere in spire compresse che vengono allungate fino a ottenere il passo di staffa desiderato e poi legate alle barre verticali mediante filo di ferro. Vengono usate perlopiù quando le barre verticali sono disposte secondo un perimetro circolare o quadrato. Le norme stabiliscono che per quanto riguarda il passo delle staffe continue ad elica non deve essere inferiore a 1/5 del diametro del nucleo di calcestruzzo compreso fra i ferri verticali.

Le staffe separate sono più economiche di quelle continue ad elica e vengono usate anche quando i ferri d’armatura sono disposti in circolo. Si usano, però, perlopiù quando le barre verticali sono disposte secondo un perimetro rettangolare. La distanza è pari a 10 volte il diametro delle barre di armature, oppure pari alla metà della minima sezione trasversale del pilastro, se questa è inferiore a 10d; ovviamente tutto questo è regolato dalle norme tecniche precisamente dalle NTC del 2018.

Nell’analisi delle strutture in armatura, si è visto che man mano che si saliva in altezza la sezione della muratura poteva diminuire poiché il carico andava anch’esso via via a diminuirsi, infatti il carico che doveva sopportare l’ultimo piano era inferiore rispetto a quello del piano terra. Ebbene, ciò accade anche per strutture intelaiate poiché si riduce la sezione dei pilastri arrivando ad una sezione minima di 0,25 x 0,25 m per l’ultimo piano.

Tali riseghe vanno realizzate in modo tale che la risultante dei carichi relativa ad ogni sezione resti baricentrica (come nel disegno a sinistra) mentre non è possibile quando siamo di fronte a pilastri perimetrali (come nell’immagine a destra), ossia quando la risega non è speculare o simmetrica in entrambi i lati.

In merito all’armatura quando si ha una risega avviene il cosiddetto ammarro dei ferri longitudinali ovvero viene fatto in modo che il prolungamento dei ferri del pilastro inferiore si sovrappongano a quelli del pilastro superiore, con una sovrapposizione di almeno 30 volte il diametro del tondino ripiegandone poi l’estremità ad uncino.

In determinate situazioni di natura statica o strutturale possono essere sfruttate delle sorte di cerniere nei collegamenti definite “semicerniere”. Quest’ultime si ottengono incrociando ad “X” (come in immagine) i ferri longitudinali dell’armatura. Solitamente tali sistemi possono essere perfezionati interrompendo il getto di calcestruzzo in corrispondenza della cerniera, utilizzando delle lastre di piombo o feltro bitumato e poi staffando in maniera molto robusta le armature terminali del pilastro così da andare a diminuire o andare a circoscrivere il più possibile i carichi nel punto di contatto della struttura. Questa soluzione risulta essere non molto impiegata.

1.3 Getto dei pilastri

Una volta realizzata la cassaforma, una volta predisposta l’armatura, si può andare a realizzare il getto di calcestruzzo che solitamente viene interrotto quando bisogna poi realizzare la trave orizzontale e costruire di seguito l’orizzontamento, il solaio. Solitamente le strutture di fondazione, i pilastri, ecc. devono essere realizzati senza l’interruzione di getto, risulta chiaro e ben si comprende che realizzare l’interruzione del getto in un pilastro non è certamente un dato a favore per la solidarietà dell’elemento verticale o della struttura in elevazione.

Quindi, quando bisogna realizzare l’interruzione di getto vi deve essere l’accortezza di andare poi a corrugare la superficie indurita del calcestruzzo precedentemente gettato, in modo tale che quando si va a realizzare superiormente il getto per la nuova costruzione si ha una maggiore solidarietà tra i vari elementi. Altra accortezza da adempiere è che l’interruzione e la ripresa del getto debba avvenire nelle zone meno sollecitate.