Materiali per l'architettura

C’E’ DIFFERENZA CALCESTRUZZO E CEMENTO!!!

Storia:

Ai romani il “calcestruzzo” era noto come: “Opus caementicium”: composizione simile a oggi, ma leganti diversi.

Usato per elementi costruttivi o anche per finitura di strade, percorsi, sapevano già grande resistenza meccanica di

questo materiale. Testimonianze grazie a Vitruvio in trattato “De Architectura”. (COLLEGAMENTO lezione laterizi)

Pantheon:

Cupola straordinaria per dimensioni, tipologia costruttiva e materiali: uso di

materiali più leggeri dall’imposta della volta alla sommità (oculo centrale). A

una certa ora e certo giorno, il sole entra dall’oculo e illumina porta d’ingresso

da cui entra imperatore illuminato da luce divina.

Parte sommitale: strati di calcestruzzo alternati a scaglie di tufo e scorie

vulcaniche, facendo si che la stratigrafia si assottigli, si alleggerisca sempre più

fino all’oculo centrale.

100 anni fa: restauro sui cassettoni dell’imposta dell’oculo; grazie a cui

abbiamo grande conoscenza della stratigrafia della cupola.

Guscio di Bini:

Analogia: Pantheon con “guscio di Bini”, Dante Bini, arch. di Modena

famoso in tutto mondo grazie a brevetto di cupole interamente fatte in

getto di calcestruzzo: gonfiando pallone ad aria, che fa da cassero, lo si

ricopre di calcestruzzo. Interamente realizzata in calcestruzzo armato in

tutte le componenti.

Utilizzo per struttura particolari nel corso della storia grazie al

calcestruzzo, ora immaginiamo per struttura dritte portanti, per avere

resistenza meccanica e fuoco.

Inizio 1900: sviluppo del calcestruzzo armato.

Differenza tra opus caementicium VS calcestruzzo armato: la differenza sta nel tipo di inerti utilizzati come leganti.

Antichi romani utilizzavano il cemento pozzolanico/calce idraulica; oggi: cemento portland!!!

Calcestruzzo primo elemento del tutto artificiale che vediamo.

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Composizione:

Dosi: 1 parte di cemento portland, 2 parti di sabbia, 4 parti di ghiaia/pietrisco, 1 parte di h2o.

A questi dobbiamo aggiungere anche gli additivi,

comunemente impiegati nel confezionamento del

calcestruzzo.

1. Cemento:

componente attivo per realizzazione calcestruzzo, ma da solo non reagisce (polvere); a contatto con h2o

crea gel/miscela morbida, semiliquida che crea calcestruzzo insieme ad inerti (sabbia, ghiaia).

Oggi calcestruzzo si può fare con diversi tipi di cemento: portland, presa rapida, d’alto forno, pozzolanico,

alluminoso.

3 macrocategorie:

1. Cementi normali R,325

2. Cementi ad alta resistenza R,425

3. Cementi ad alta resistenza ed a rapido indurimento R,525

2. Inerti

altrettanto rilevanti in produzione calcestruzzo. Possono essere: sabbia,

pietrisco, ghiaia. È importante conoscere la granulometria, pezzatura,

dimensione dei pezzetti che costituiscono gli inerti. Questo perché la

granulometria deve essere il più diversificata possibile/ben assortita; perché

se le palline sono tutte di uguali dimensioni si creano molti vuoti, se invece gli

inerti sono di varie dimensioni, gli interstizi vengono progressivamente

occupati, chiusi, costipati da elementi a granulometria più fine; la scelta della

granulometria è quindi fondamentale per una buona riuscita del calcestruzzo.

o Granulometria fine (sabbia): diametro <= 4 mm

o Medio (ghiaino/pietrisco): 4 < diametro <= 16

o Grana grossa (ghiaia/pietrisco): 16 < diametro <= 31,5

Si utilizzano quindi setacci progressivi per differenziare inerti che

costituiscono calcestruzzo: analisi granulometrica per stabilire quali

granulometrie utilizzare. Necessità di diverse dimensioni di inerti!!!

Inerti possono

essere naturali

(ghiaia prelevata da depositi di origine

alluvionale o ottenuta dalla frantumazione di

rocce), o artificiali (argilla espansa, perlite,

vermiculite). Oggi spesso le granulometrie

sottili ricavate da demolizione altre

costruzioni (circolarità, comodità).

Tanto maggiore è dimensione inerte,

maggiore sarà resistenza meccanica

dell’elemento prodotto.

Usando invece granulometria fine, avremo

minore resistenza, ma maggiore lavorabilità

dell’elemento.

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3. Acqua:

Fondamentale per realizzazione calcestruzzo. Acqua di pozzo, no acqua di mare, perché salinità e

componenti disciolte in mare limitano resistenza cemento e quindi calcestruzzo.

4. Additivi

Quantità mai superiori al 5% in peso. Elementi che conferiscono al calcestruzzo (sia liquido, che finito)

proprietà particolari:

o Acceleratori di presa/indurimento

o Ritardatori di presa/indurimento: es: se c’è molto caldo, così che h2o non evapori troppo velocemente.

o Plastificanti

o Fluidificanti

o Generatori di gas➔ per calcestruzzi alleggeriti

o Coloranti per estetica

Vantaggi

Tanta diffusione in tutte le parti del mondo in tutta la storia:

o Materiale economico: da cemento e ghiaia ecc.

o Materiale massivo: grande densità, massa

o Materiale composito

o Permette lavorazione attraverso stampi: qualsiasi forma si voglia. Es: curve, anche con raggi molto piccoli

o Materiale monolitico per ossature portanti edifici.

Tipologie e dosaggi

Aumentando dosaggio del cemento nella ricetta, otteniamo calcestruzzo di maggiore resistenza meccanica.

o Per opere non armate (fondazioni all’asciutto, murature di grandi spessore e riempimenti)

150 kg di cemento per m3 di impasto tipo di cemento: R, 325

o Per opere non armate (fondazioni in genere, murature e sottofondi)

200 kg di cemento per m3 di impasto tipo di cemento: R, 325

o Per opere debolmente armate (architravi, fondazioni in acqua, sottofondi)

250kg di cemento per m3 di impasto tipo di cemento: R, 325

o Per opere armate (strutture in c.a.)

300 kg di cemento per m3 di impasto tipo di cemento: R, 325 – R, 425

o Per opere armate (strutture in c.a. notevolmente sollecitate, solai e solette)

350 kg di cemento per m3 di impasto tipo di cemento: R, 325 – R, 425

o Per opere armate (strutture in c.a. estremamente sollecitate o di spessore sottile)

400-500 kg di cemento per m3 di impasto tipo di cemento: R, 425

Normative per dosaggio minimo in base e funzioni del calcestruzzo.

Prestazioni finali sono determinate dal rapporto tra quantità cemento, quantità inerti e quantità H2O.

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Altri tipi di calcestruzzo

Calcestruzzo Magrone:

Il calcestruzzo magrone VS calcestruzzo: ha meno dose di cemento, o meglio stessa quantità cemento, ma

aumenta quantità sabbia e ghiaia (inerti). Calcestruzzo normale

Magrone

Calcestruzzi alleggeriti:

massa volumica < 2000 kg/m3 (anziché 2250-2400 kg/m3 dei cls standard), realizzati:

o Calcestruzzi cellulari/alveolari: additivati con schiume o elementi che creano

bolle d’aria in fase di cottura, che alleggeriscono la massa finale del prodotto.

o Calcestruzzi leggeri: sostituendo inerti “standard” con inerti più leggeri, tar cui:

pietra pomice: roccia vulcanica estremamente leggera; vermiculite: pietra di

cava; argilla espansa: più diffusa, nasce da cottura in alto forno con alte

temperature di argilla che in cottura crea bolle nei granuli. Risultato è una massa

volumica inferiore; e una migliore capacità termoisolante, grazie alla presenza di

aria; e anche capacità isolamento acustico se viene utilizzata l’argilla espansa.

Malta di cemento VS calcestruzzo:

Entrambi prodotti finali della lavorazione del cemento (polvere)

Malta di cemento: legante che si usa per opere di finitura per connettere due materiali. Cemento di partenza +

H2O + inerti molto fini perché spessore malta va stesa in massimo 2-3 cm➔ miscela molto fine.

Calcestruzzo: utilizzato per opere strutturali, complementari o di riempimento, gli inerti hanno quindi

granulometria variabile da 4 mm a 3 cm di diametro, Funzione diversa: elemento che può costituire

ossatura/struttura portante. 4

Calcestruzzo armato

Alla miscela di calcestruzzo viene aggiunta armatura metallica che assolve funzione che da solo non avrebbe,

resistenza a trazione! Perché calcestruzzo (non armato) non ha capacità resistenza trazione; ma solo resistenza a

compressione. Armando con barre di armatura metallica in acciaio dolce, esse svolgono il compito di resistere a

➔

trazione otteniamo struttura monolitica che resiste a compressione e trazione, taglio e flessione

contemporaneamente, grazie a stretta collaborazione di questi due elementi che hanno vantaggi diversi ma li

uniscono insieme.

Barre/tondini/staffe/elementi snelli di armatura metallica in acciaio dolce. Nel parlato comune detti “ferri

d’armatura”. L’acciaio dolce usato per le barre di armatura è definito così perché formato da Fe + Carbonio, questo

perché non si può usare solo ferro, perché si arrugginisce!!!! E altererebbe le capacità di resistenza del

calcestruzzo armato.

Le barre d’acciaio sono opportunamente conformate e disposte in funzione

della distribuzione delle sollecitazioni, collaborando con il calcestruzzo;

possono essere di diverso diametro.

Si tratta di barre longitudinali + staffe = barre ripiegate che collegano tra

loro le barre longitudinali.

Le barre di armatura presentano creste/intagli/disegni 3d per favorire

aderenza al calcestruzzo. Barre in acciaio liscio era poco efficiente perché

nel momento del getto, la barra si può sfilare facilmente dalla miscela,

mentre per favorire aderenza migliore tra calcestruzzo e barre si usano

barre a aderenza migliorata, che evitano che barra si sfili dalla miscela.

Grazie a conoscenze fisiche e chimiche tra fine 800 e inizio 900 si è capito

per 3 ragioni che questi due materiali lavorano così bene insieme:

1. Calcestruzzo e barre d’acciaio hanno coefficienti di dilatazione molto simile tra loro, quindi dalla loro

unione non nascono sollecitazioni pericolose causate dalla differenza di temperatura, quindi il materiale

finito lavora come fosse un unico materiale, materiale monolitico. Calcestruzzo + legno non funziona

perché coefficienti di dilatazione molto diversi.

2. Alto potere adesivo che i due materiali giocano l’uno vs l’altro, grazie a grande capacità di aderenza di

entrambi i materiali.

3. Acciaio dolce ha problema: che si ossida avendo alta componente di ferro se esposto all’aria e all’acqua.

Ma annegando interamente barra armatura in calcestruzzo, questo problema viene risolto perfettamente.

Domanda su calcestruzzo armato, non partire da cemento, dalle basi, ma solo se c’è tempo si può parlare anche

delle origini, composizione ecc. 5

Caratteristiche calcestruzzo armato:

Proprietà di alcuni materiali da costruzione a confronto:

Acciaio e calcestruzzo hanno densità maggiore tra vari materiali.

➔

Calcestruzzo