Miscelando la ghiaia, la sabbia e la malta ottengo un conglomerato artificiale detto Calcestruzzo.
La formula di un metro cubo di calcestruzzo:
- inerti fini 0,4 m³ di sabbia,
- inerti grossi 0,8 m³ di ghiaia o pietrisco,
- cemento 300 kg (+-30%) e
- acqua pari del 40-50% in peso del cemento.
Se nella formula sopra aumentiamo del 50% il cemento, otteniamo il calcestruzzo grasso; se dimezziamo il cemento otteniamo il calcestruzzo magro.
Gli aggregati fini migliorano la lavorabilità, mentre quelli più grossi danno struttura.
La densità aumenta la resistenza alla deformazione. Poca acqua aumenta la resistenza, ma diminuisce la lavorabilità.
Il calcestruzzo resiste bene alla compressione. La pressione deforma il calcestruzzo, e quando è eccessiva il calcestruzzo si sbriciola.
Invece la trazione tende a formare fessure nella direzione del carico, perciò se si vuole avere anche una resistenza alla trazione è necessario il calcestruzzo armato (c.a.)
Calcestruzzo armato
Il calcestruzzo armato è composto da calcestruzzo e barre di acciaio.
Si prepara una cassaforma, all’interno si inserisce una griglia metallica (armatura) e poi si getta dentro il calcestruzzo.
La cassaforma può essere in legno, acciaio o plastica.
L’acciaio si comporta altrettanto bene sia alla compressione che alla trazione.
L’acciaio è in forma di tondini, le cui nervature (zigrinatura) garantiscono un’ottima presa con il calcestruzzo.
I tondini sono legati con filo di ferro cotto per mantenere stabile la struttura durante la posa.
Preparazione del piano di posa pulendo, livellando la base e mettendo guaine contro l’umidità.
Il getto del calcestruzzo in opera cioè in cantiere ha il vantaggio di creare meno problemi nei nodi tra gli elementi. La produzione del calcestruzzo in stabilimento dà un miglior controllo sulla qualità del calcestruzzo, ma è più costosa.
Il cemento armato pesa 2.000-2.500 kg/m³ e l’acciaio 7.800 kg/m³.
Il cemento armato costa circa 100 € al metro cubo.
Nodi confinati e non confinati
I punti critici del calcestruzzo armato sono i nodi, cioè i volumi dove si incontrato colonne verticali e travi orizzontali.
La simmetria dei nodi confinati aumenta resistenza del calcestruzzo.
Sicurezza sismica
Durante un terremoto, il nodo trave-colonna è il punto critico del telaio in cemento armato. in caso di sisma l’elemento più resistente, cioé l’ultimo a cedere, deve essere proprio il nodo. I nodi vengono rinforzati con l’utilizzo di piastre in acciaio collegate con cavi pretesi e fasciature con materiali compositi.
Copriferro
Il copriferro è la distanza fra la superficie esterna dell’armatura (tondino d’acciaio) e la superficie del calcestruzzo a contatto con l’aria. Il copriferro protegge dalla corrosione i tondini. Perciò sono necessari dei distanziatori. Il copriferro deve misurare almeno 20 mm.
Nella logica del rinforzo, il copriferro può essere sostituito con calcestruzzi ad elevata resistenza.
Degrado del calcestruzzo
- Fattori Fisici:
- Inquinamento Atmosferico: ossidi di azoto e di zolfo.
- Piogge Acide riducono la sua alcalinità.
- Cicli stagionali Inverno Gelo e Disgelo: l’acqua ghiacciando aumenta il suo volume di partenza del 9%, si formano delle micro-fessure con ingresso di agenti dannosi.
- Fattori Chimici:
- Carbonatazione: l’idrossido di calcio si trasforma in carbonato di calcio, la conseguenza è che le armature metalliche corrodono. Diagnosi con prova colorimetrica soluzione all’1% di fenolftaleina in alcool etilico.
- Aggressione dei Cloruri in vicinanza del mare: i cloruri nel calcestruzzo distruggono il film protettivo delle armature metalliche. Diagnosi con prova colorimetrica alla fluoresceina e nitrato di argento
- I Solfati di calcio sodio e magnesio reagiscono con l’idrossido di calce NaOH e formano gesso. Diagnosi con difrattogramma ai raggi X.
- Fattori Meccanici:
- Urti e Impatti
- Incendi: il calore elevato riduce la resistenza del calcestruzzo. I ferri di armatura possono resistere fino ad una temperatura di 500°C mentre il calcestruzzo può resistere fino a 650°C.