Cemento armato.

Struttura ottenuta mediante una gettata in calcestruzzo (cemento + acqua + sabbia + ghiaia) rinforzata con tondini di acciaio. Questo accoppiamento - reso possibile dal fatto che i coefficienti di dilatazione termica dei due materiali sono molto vicini - è molto vantaggioso in quanto permette di sfruttare l'elevata resistenza a compressione del calcestruzzo senza essere pesantemente limitati dalla sua bassissima resistenza a trazione (30 ÷ 40 kg/cm² contro i 600 ÷ 800 a compressione). Nel progetto della struttura infatti si assume che la sezione sia parzializzata, cioè che la parte compressa sia composta dal cemento e dall'eventuale ferro posto sopra l'asse neutro, mentre per la parte tesa della sezione si assume nulla la resistenza del cemento (la cui sezione può essere addirittura fessurata); per sopportare lo sforzo di trazione, si pone un'opportuna armatura di ferro, sotto forma di tondini cioè barre di diametro 10 ÷ 30 mm. Il c.a. fu brevettato per strutture portanti dal francese J. Lambot nel 1855. Nel 1861 un suo connazionale, F. Coignet, sperimentò la costruzione di solai. Solo nel 1880 iniziò però la grande diffusione del c.a., ad opera di un'industria tedesca. Attualmente il c.a. è la materia fondamentale di pressoché tutte le costruzioni edili: ogni impresa di costruzioni è attrezzata per la sua preparazione e messa in opera; i metodi variano un poco da un caso all'altro, ma solo su dettagli (preparazione delle armature e loro ancoraggio per la gettata, preparazione delle casseformi, ecc.). La grande diffusione del c.a. è dovuta al suo basso costo, alla sua semplicità di preparazione e messa in opera, alla sua resistenza al fuoco e agli agenti atmosferici (in quanto il ferro si trova all'interno del conglomerato, che è impermeabile). Il cemento usato è uno dei tipi consentiti dalla legge, che fissa per ognuno di essi i carichi di sicurezza ammessi alla compressione. Per i cementi normali, ad alta resistenza e alluminosi si hanno rispettivamente 35 e 45 kg/cm² per sezioni semplicemente compresse e 40 e 50 kg/cm² per sezioni inflesse e presso-inflesse. Nei due casi si possono adottare anche valori maggiori (fino a 60 e 75 kg/cm² rispettivamente) qualora questi siano più del triplo del valore della resistenza a compressione misurata sperimentalmente sui campioni dopo 28 giorni (V. CEMENTO). Si assume una resistenza al taglio di 4 e 6 kg/cm² nei due casi; per carichi maggiori si deve disporre un'armatura al taglio composta di staffe e ferri piegati in acciaio. Come detto sopra si assume che il calcestruzzo non abbia alcuna resistenza a trazione. Questa è tutta sopportata dall'acciaio, la cui sezione deve essere tale che le sollecitazioni non superino quelle ammesse dalle norme, che sono: 1.400 kg/cm² per acciaio dolce (o ferro omogeneo: σ_R = 42 ÷ 50 kg/mm². σ_S ≥ 23 kg/mm², (V. ELASTICITÀ); 1.800 ÷ 2.000 kg/mm² per acciaio semiduro (σ_R = 50 ÷ 60, σ_S ≥ 27 kg/mm²); 1.800 ÷ 2.000 per acciaio duro (σ_R = 60 ÷ 70, σ_S ≥ 31 kg/mm²). Con cementi particolari, calcoli accurati e acciai di forma speciale, la sollecitazione ammessa può giungere ai 2.400 kg/cm². 2) Calcolo delle strutture. a) Pilastri. Se sottoposti ad una compressione assiale, con carico P kg, e se la lunghezza è minore di 15 volte il lato minimo della sezione, detti: A_f e A_c le sezioni di ferro e di calcestruzzo; m il rapporto dei moduli di elasticità dei due materiali (m ≅ 10); σ_c la compressione ammissibile nel calcestruzzo; n il rapporto A_f/Aσ_S si ha la formula di progetto:



Fissato un rapporto preliminare n (0,5 ÷ 0,8%) si ottiene A_c; noto questo si ha il valore esatto della sezione di ferro minima: A_f = n A_c. La stabilità si verifica con la formula:

P = σ_c · (A_c + m A_f).

Nel caso di pilastri cerchiati con avvolgimento a spirale si ha un carico ammissibile P dato da:

P = σ_c ·(A_n + 15 A_f + 45 A_s)

in cui: P è in kg, σ_c è in kg/cm² e A_n, A_f, A_s sono in cm² rispettivamente la sezione del nucleo di calcestruzzo interno alla spirale, l'area del ferro longitudinale, l'area di un ferro ideale longitudinale equipesante con la spirale. b) Trave. Si pone come tentativo una certa sezione della trave; supposta questa parzializzata, si verifica la sua resistenza e si calcola l'armatura: per tentativi si trova perciò la sezione in cui le sollecitazioni sono le massime ammissibili, cioè la sezione minima resistente. È da tener presente che nel calcolo del momento di inerzia della sezione, ci si riferisce ad una sezione ideale, pari a quella del calcestruzzo compresso più quella del ferro moltiplicata per il rapporto fra i moduli m (≅ 10). In genere si adottano sezioni rettangolari o a T. Nelle comuni situazioni di carico, al centro della luce si hanno tese le fibre inferiori, mentre sugli appoggi delle travi sono tese le fibre superiori. I ferri in genere sono asimmetrici, in quanto se ne pongono pochi nelle sezioni compresse e molti in quelle tese, nelle quali sono indispensabili. Si pongono anche ferri inclinati a 45° per assorbire lo sforzo di taglio; questo può essere fatto anche con staffe verticali. L'armatura può essere preparata in loco o a parte; durante la gettata è mantenuta in posizione da fili o cunei che vengono poi rimossi. Le norme fissano la distanza minima permessa fra l'armatura di ferro e la superficie esterna del conglomerato; essa varia dagli 0,8 cm per le solette ai 2 cm per le strutture principali; in presenza di acqua salmastra o di altri prodotti che potrebbero intaccare il ferro si va anche a 3,5 cm. Le norme sulle opere in c.a. sono raccolte nelle seguenti disposizioni: Legge 26 maggio 1965, n° 505; DM 14 gennaio 1966; RDL 16 novembre 1939, n° 2.229; Circolare Ministero dei LL. PP. 17 maggio 1965, n° 1.547. 3) C.a. precompresso (CAP). Struttura analoga al c.a., ma in cui la sezione non è più parzializzata, onde il cemento viene utilizzato pienamente. In genere si usa preparare in laboratorio travi in CAP, che poi vengono messe in opera; per opere importanti si possono anche creare strutture in CAP in loco, anche se questo porta una certa complicazione dei lavori. I ferri acciai ad alta resistenza, spesso ad aderenza migliorata, cioè sagomati, vengono mantenuti in tensione mediante martinetti idraulici durante tutto il tempo della presa. Eliminati i martinetti, essendo il ritiro del ferro impedito dall'aderenza del calcestruzzo, il ferro resta teso e il calcestruzzo compresso su tutta la sezione, L'applicazione dei carichi aggrava questa compressione sul lato delle fibre compresse; su quello delle fibre tese invece la sovrapposizione degli effetti ci dà una leggera compressione o una leggera trazione. In tali condizioni tutta le sezione può essere considerata reagente, cosa che consente in sede di progetto di dare alla struttura delle dimensioni minori, con risparmio di materiale. Questo tipo di struttura permette, quindi, anche un minor peso proprio e consente la realizzazione di opere molto più ardite. Benché il suo uso si vada diffondendo molto velocemente, la complessità dell'impiego lo rende poco versatile per opere di piccola mole.