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Strutture in cemento armato

Strutture in cemento armato: le caratteristiche

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Strutture in cemento armato: caratteristiche e vantaggi. Le opere più famose costruite con il calcestruzzo armato

In questo articolo parliamo di strutture in cemento armato, iniziando dalla definizione del cemento armato stesso. Il calcestruzzo armato, comunemente definito cemento armato, è una lega tra calcestruzzo e acciaio. Come funzionano le strutture in cemento armato? Quanto dura una struttura così fatta? In seguito diamo le risposte a queste ed altre domande circa le costruzioni in cemento armato. La peculiarità del cemento armato è di certo la durabilità. Bisogna preventivare in fase di progetto adeguate misure di protezione e manutenzione affinché le strutture non siano soggette agli attacchi chimico-fisici. La corrosione delle armature e i cicli di gelo e disgelo possono portare al degrado della struttura e ridurre le prestazioni della costruzione al di sotto del livello previsto.

Per assicurarti che la struttura duri nel tempo, ti suggerisco di utilizzare strumenti adeguati per il calcolo strutturale del cemento armato che, in linea con le norme tecniche vigenti, ti supportano nella corretta progettazione volta a garantire che il deterioramento della costruzione o dei materiali che la compongono non ne causino il collasso.

Che cos’è il cemento armato?

Il cemento armato è la soluzione ideale per realizzare una serie di strutture, un materiale che risponde a varie esigenze: dai ponti agli edifici, fino ad arrivare ad elementi artistici belli da vedere.

Il calcestruzzo armato è un materiale largamente utilizzato in edilizia in quanto ha il vantaggio di essere durabile nel tempo. La durabilità del calcestruzzo è la capacità di durare nel tempo, resistendo alle azioni aggressive dell’ambente, agli attacchi chimici, all’abrasione o ad ogni altro processo di degrado che coinvolga oltre alla pasta cementizia anche le eventuali armature metalliche.

Il cemento armato è costituito da:

  • calcestruzzo: materiale con una notevole resistenza alla compressione, ma con scarsa resistenza alla trazione;
  • acciaio: materiale dotato di un’ottima resistenza a trazione.

Possiamo definirlo quindi una unione complementare.

Le costruzioni in cemento armato sono tutte quelle in cui due materiali, ferro e conglomerato di cemento, risultano uniti in modo da poter opporre insieme una resistenza statica contro le forze esterne” Emile Mörsch (ingegnere tedesco), 1902

Vantaggi e svantaggi del cemento armato

Il cemento armato ha diversi vantaggi:

  • buona resistenza al fuoco;
  • durezza;
  • compattezza;
  • facilità di realizzazione;
  • efficienza a livello energetico;
  • sostenibilità.

Il calcestruzzo armato ha anche alcuni svantaggi, tra i quali:

  • la porosità che lo rende vulnerabile alle infiltrazioni d’acqua;
  • lo smaltimento difficile;
  • la non economicità.

Cemento armato: dagli antichi romani ad oggi

Il cemento armato è un materiale utilizzato da circa 2000 anni. Già gli antichi romani, infatti, utilizzavano il “calcis structio” per realizzare diverse strutture ed edifici. In origine era formato da un composto di calce, sabbie pozzolaniche, mattoni e pietre macinati, acqua. Un esempio emblematico è la cupola del Pantheon a Roma.

Il brevetto dell’ingegnere Louis Joseph Vicat nel 1818 porta alla nascita del cemento, il legame più diffuso per la produzione di calcestruzzo. Possiamo affermare che il calcestruzzo armato nasce nel XIX secolo grazie ai brevetti di Joseph Monier.

La sua affermazione in Italia è legata ad un episodio tragico: il sisma del 1908 a Messina. In quel momento c’era assoluto bisogno di intervenire tempestivamente per dare solidità agli edifici. Negli anni ’30 del XX secolo il cemento armato diventa il materiale più diffuso nelle costruzioni. Esso è un materiale in continua evoluzione, molto adattabile a varie esigenze di progettazione e realizzazione delle opere, una “pietra fusa” per usare le parole dell’ing. Pier Luigi Nervi. Il calcestruzzo armato dei nostri giorni è moderno ed evoluto rispetto a quello di 2000 anni fa.

Tipologie sismo resistenti del calcestruzzo armato

Secondo le norme tecniche di costruzione 2018, le strutture sismo-resistenti in calcestruzzo armato previste possono essere classificate nelle seguenti tipologie:

  • strutture a telaio, nelle quali la resistenza alle azioni sia verticali che orizzontali è affidata principalmente a telai spaziali, aventi resistenza a taglio alla base ≥ 65% della resistenza a taglio totale;
  • strutture a pareti, nelle quali la resistenza alle azioni sia verticali che orizzontali è affidata principalmente a pareti (v. § 7.4.4.5), aventi resistenza a taglio alla base ≥ 65% della resistenza a taglio totale; le pareti, a seconda della forma in pianta, si definiscono semplici o composte (v. § 7.4.4.5), a seconda della assenza o presenza di opportune “travi di accoppiamento” duttili distribuite in modo regolare lungo l’altezza, si definiscono singole o accoppiate;
  • strutture miste telaio-pareti, nelle quali la resistenza alle azioni verticali è affidata prevalentemente ai telai, la resistenza alle azioni orizzontali è affidata in parte ai telai ed in parte alle pareti, singole o accoppiate; se più del 50% dell’azione orizzontale è assorbita dai telai si parla di strutture miste equivalenti a telai, altrimenti si parla di strutture miste equivalenti a pareti;
  • strutture a pendolo inverso, nelle quali almeno il 50% della massa è nel terzo superiore dell’altezza della costruzione e nelle quali la dissipazione d’energia avviene alla base di un singolo elemento strutturale;
  • strutture a pendolo inverso intelaiate monopiano, nelle quali almeno il 50% della massa è nel terzo superiore dell’altezza della costruzione, in cui i pilastri sono incastrati in sommità alle travi lungo entrambe le direzioni principali dell’edificio. In ogni caso, per questo tipo di strutture, la forza assiale non può eccedere il 30% della resistenza a compressione della sola sezione di calcestruzzo;
  • strutture deformabili torsionalmente, composte da telai e/o pareti, la cui rigidezza torsionale non soddisfa ad ogni piano la condizione r2/ls 2≥ 1, nella quale:
    • r2 = raggio torsionale al quadrato è, per ciascun piano, il rapporto tra la rigidezza torsionale rispetto al centro di rigidezza laterale e la maggiore tra le rigidezze laterali, tenendo conto dei soli elementi strutturali primari, per strutture a telaio o a pareti (purché snelle e a deformazione prevalentemente flessionale), r2 può essere valutato, per ogni piano, riferendosi ai momenti d’inerzia flessionali delle sezioni degli elementi verticali primari;
      ls 2 = per ogni piano, è il rapporto fra il momento d’inerzia polare della massa del piano rispetto ad un asse verticale passante per il centro di massa del piano e la massa stessa del piano; nel caso di piano a pianta rettangolare ls 2 = (L2 + B2)/12, essendo L e B le dimensioni in pianta del piano.

Strutture in cemento armato famose

Quali sono le costruzioni in cemento armato più famose? Tra le strutture in cemento armato più conosciute possiamo annoverare:

  • il ponte più lungo del mondo, il grande ponte Danyang-Kunshan di 164.8km, in Cina;
  • l’edificio più alto del mondo, il Burj Khalifa a Dubai.

Famoso per il suo stile visionario e sperimentale, l’architetto Renzo Piano è conosciuto in tutto il mondo. L’unico architetto italiano ad aver vinto il prestigioso premio Pritzker, ha realizzato tantissime opere in giro per il mondo. Tra le opere da lui realizzate ne ricordiamo 2 molto famose:

  • lo stabilimento automobilistico a Torino Lingotto della Fiat, il primo esempio di costruzione modulare in cemento armato;
  • la scheggia di Londra, The Shard, un grattacielo con un cuore in cemento armato rivestito di vetro.

In questo contesto non possiamo non citare il “sarto del cemento armato”, l’ing. Pier Luigi Nervi che ha dato vita a spettacolari edifici che hanno la peculiarità di far sembrare il materiale leggero e malleabile. Tra gli edifici in cemento armato da lui progettati troviamo:

  • il grattacielo Pirelli a Milano;
  • la sede dell’UNESCO a Parigi;
  • la Torre della Borsa a Montréal in Canada;
  • la Cattedrale di St. Mary a San Francisco;
  • l’Ambasciata italiana a Brasilia.

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