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Calcestruzzo ed acciaio per c.a.

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Calcestruzzo ed acciaio
per c.a.
Via Cappuccio, 2
20123 Milano
02 86453407
Ing. Maurizio Mandaglio
[email protected]
Calcestruzzo ed acciaio per c.a.

IMPIEGO DEL CALCESTRUZZO
ARMATO NEI CANTIERI DI RESTAURO.

Sede ITS Via Cappuccio,2 - Milano

Lezioni: Venerdì dalle 10:30 alle 13:30
Alfabetizzazione del tecnico di cantiere

Semestre 1 – Dal 24 ottobre al 21 novembre
Ing. Maurizio Mandaglio
[email protected]
Obiettivi del corso
Obiettivi del corso
Risultati Attesi
1. Storia del calcestruzzo. Definire il linguaggio
operativo dei materiali nel cantiere
Acquisire le informazioni di base sulla storia del
calcestruzzo. Consentire a tutti gli studenti l’uso dei
termini tecnici del cantiere
2. Conoscere i materiali. Componenti del c.a.
Acquisire le conoscenze di base dei materiali e
delle loro componenti
3. Requisiti essenziali per la corretta realizzazione
del calcestruzzo.
Riconoscere un calcestruzzo correttamente
formato
4. Durabilità del calcestruzzo. Principali meccanismi
di degrado
Acquisire la conoscenza delle principali
problematiche per l’impiego del calcestruzzo
5. Fasi del cantiere per opere costruite in c.a.
Acquisire la conoscenza delle principali fasi di
realizzazione di opere in c.a.
6. Norme di riferimento
Acquisire i principali riferimenti normativi in materia
di c.a.
7. Controllo di accettazione e collaudo statico in
corso d’opera
Conoscere i requisiti di accettazione dei cls.
Imparare le metodiche principali di collaudo
STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI
ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
Lezione del 24 ottobre 2014
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
Etimologia
della parola «Calcestruzzo»
dal latino: “calcis structio” = struttura a base di calce
Il notevole pregio riconosciuto al calcestruzzo dai suoi primi utilizzatori era la possibilità di
ottenere rocce artificiali di qualsivoglia forma.
È difficile precisare quali siano le origini della tecnica di costruire in conglomerato, poiché
pare che già gli Assiri e gli Egizi realizzassero costruzioni impiegando materiale minuto.
Anche i Greci conoscevano questa tecnica, avendola utilizzata per la realizzazione
dell'acquedotto di Argo, del serbatoio di Sparta e altre costruzioni di cui rimane ancora
traccia.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
Furono però i Romani a darle grande impulso, utilizzandola per la realizzazione di
un notevole numero di opere, ancora oggi in buono stato di conservazione. I romani
impiegavano il calcestruzzo nelle costruzioni di strade, nelle fondazioni e nelle
costruzioni murarie. Le tecniche dell'opus incertum, dell'opus reticulatum e dell'opus
caementicium sono descritte da Vitruvio nel suo De Architectura.
L'opus caementicium consisteva nell'elevare muri deponendo strati sovrapposti di
malta e materiali inerti. I paramenti esterni in mattoni o pietre squadrate, che
fungevano da casseri permanenti, venivano rapidamente riempiti di malta,
all'interno della quale erano conficcati rottami di pietra o mattone.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
Anche l'invenzione del legante non è di epoca romana, dato che può essere fatta
risalire al III millennio a.C., quando in Egitto era utilizzata la malta di gesso per la
realizzazione di paramenti murari in conci di pietra.
Fino a quando il legante della malta era costituito soltanto dalla calce, l'indurimento
del calcestruzzo avveniva con estrema lentezza, poiché il progressivo
consolidamento di una malta a base di calce è dovuto alla reazione dell'idrossido di
calcio con l'anidride carbonica presente nell'aria con la successiva produzione di
carbonato di calcio.
Essendo quasi nulla la possibilità di contatto tra la calce idrata interna all'opus
caementicium e l'anidride carbonica presente nell'aria, la reazione avveniva molto
lentamente con prodotti finali a bassa resistenza. In alcune antiche costruzioni
murarie in calcestruzzo confezionato con legante a base di calce sono state
trovate, anche a distanza di vari secoli, quantità significative di calce non ancora
trasformata in carbonato di calcio e quindi non ancora indurita.
1. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO PER L’IMPIEGO DEI MATERIALI NEL CANTIERE
L'opus caementicium fu portato al massimo grado di perfezione a partire dal I
secolo a.C. quando la sabbia costituente la malta venne sostituita in parte o in tutto
da pozzolana (pulvis puteolana) o da cocciopesto. La scoperta della pozzolana
segnò una rivoluzione nella realizzazione di opere murarie. Dice infatti Vitruvio nel II
libro del De Architectura che la pozzolana di Baia o di Cuma fa gagliarda non solo
ogni specie di costruzione ma in particolare quelle che si fanno in mare sott'acqua.
Grazie al comportamento pozzolanico della pozzolana e del cocciopesto il
calcestruzzo faceva presa e induriva, anche in acqua, senza la necessità del
contatto con l'aria, consentendo così la produzione di malte ad alta resistenza e
rapido indurimento.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
Con la caduta dell'Impero romano d'Occidente cominciò, soprattutto lontano da
Roma, un inesorabile declino nella qualità delle costruzioni e la maniera di
realizzare calcestruzzo come facevano i Romani venne dimenticata perché fu
abbandonato l'impiego della pozzolana.
Tale declino proseguì per tutto il medioevo. Durante il medioevo venne
progressivamente dimenticata la tecnologia del calcestruzzo in favore di più
semplici metodologie costruttive, sostituendo il legante cemento con grassello di
calce.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
Con il risveglio umanistico, soprattutto dopo il XIV secolo, si
tradussero e si rilessero i testi latini di Plinio il Vecchio e di
Vitruvio. È del 1511 la riedizione del De Architectura curata da un
domenicano, Giovanni Monsignori (Fra' Giocondo). A questa
seguirono numerosissime altre traduzioni, che contribuirono a
chiarire sempre più il segreto di fare il calcestruzzo secondo i
Romani. Così, soprattutto in Francia del Settecento, si riscoprì l'arte
del ben costruire opere in calcestruzzo.
In questo continuo avvicinamento all'odierno calcestruzzo di
cemento, vi fu la scoperta rivoluzionaria della calce idraulica da parte
dell'ingegnere britannico John Smeaton. Questi, nella realizzazione
del faro di Eddystone utilizzò, al posto della miscela calce pozzolana, la prima calce idraulica da lui ottenuta dalla cottura di
calcare contenente una discreta quantità (circa 11%) di impurezze
argillose.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
La scoperta della calce idraulica segna la transizione dal calcestruzzo romano a
quello moderno, giacché gli sperimentatori, soprattutto con l'ausilio della nuova
scienza chimica appena nata con Lavoisier sono in grado di governare un nuovo
processo di sintesi che porterà prima alla calce idraulica artificiale e più tardi al
moderno cemento Portland.
Infatti, una volta scoperto che le impurità di silice e allumina, presenti nell'argilla che
accompagnano naturalmente alcuni calcari, sono responsabili della formazione dei
silicati e alluminati di calcio capaci di indurire sott'acqua, s'iniziarono le
sperimentazioni nella cottura di miscele artificiali di calcare e argilla a temperatura
sempre più elevata fino ad arrivare a una rudimentale scarificazione del prodotto
finale.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
Generalmente lo spartiacque che segna la transizione tra la calce idraulica di
Smeaton e il cemento Portland realizzato viene fissato al 1818, data nella quale
l'ingegnere Vicat definisce la formula della calce idraulica artificiale.
Il primo industriale ad aver fabbricato cemento idraulico a lenta presa pare sia
stato, nel 1824, un fornaciaio di York, Joseph Aspidin, il quale diede al prodotto il
nome di cemento Portland, a causa della somiglianza tra la malta e il conglomerato
formati con quel cemento con un calcare compatto dell'isola di Portland in
Inghilterra.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
Nel 1844 J.C. Johnson mise in evidenza l'importanza dei processi di cottura ad alte
temperature che portavano alla formazione del clinker, prodotto finale del
procedimento. Infatti, mentre per la cottura della calce idraulica si richiedono 600 700 °C, si devono raggiungere i 1.600 °C e più per ottenere i cementi a lenta presa,
poiché deve prodursi un principio di vetrificazione.
Nel 1860 M. Chatelier stabilì la composizione chimica del cemento
consentendo così la produzione industrializzata del calcestruzzo.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
L’invenzione del calcestruzzo armato
La notevole diffusione del calcestruzzo si è però avuta con l'avvento del
calcestruzzo armato. Il composto infatti ha ottima resistenza a compressione ma
scadente resistenza a trazione e questo ne ha limitato l'uso per decenni.
La data di nascita del calcestruzzo armato è difficilmente individuabile, ma
certamente è nel XIX secolo, grazie alla rivoluzione industriale che portò a
un'eccezionale produzione dei due materiali costituenti: acciaio e cemento, che
si è avuto la sua diffusione su vasta scala.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
L’invenzione del calcestruzzo armato
Da un punto di vista strettamente tecnico, l'idea di utilizzare il ferro come materiale
resistente a trazione in abbinamento con altri materiali resistenti a
compressione, come la pietra, si può trovare già nei secoli XVII e XVIII in
Francia.
Esempi di tale abbinamento sono il Colonnato Est del Louvre realizzato da Perrault
e il pronao della chiesa Sainte-Geneviève a Parigi realizzato da Rondelet. Le
evidenti difficoltà insite nell'unione dell'acciaio con la pietra hanno limitato l'uso di
tale tecnologia a poche opere di particolare interesse e impegno.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
L’invenzione del calcestruzzo armato
Nel 1847 Coignet progetta la prima copertura in cemento gettato in casseforme e
armato con ferri profilati.
Sempre nel 1847 J.L. Lambot progetta un'imbarcazione il cui scafo è ottenuto
attraverso il getto di un sottile involucro di calcestruzzo su una maglia di ferri piatti.
Lo scafo viene esposto all'Esposizione Universale di Parigi del 1855.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
L’invenzione del calcestruzzo armato
L'idea chiave del cemento armato: assegnare alle armature il ruolo di elementi tesi
in una trave soggetta a flessione va fatta comunque risalire al brevetto del 3
novembre 1877 di Joseph Monier, giardiniere alla Orangerie di Versailles. Con la
soletta Monier, il sistema Monier si afferma in Europa negli anni a cavallo del
secolo. Il sistema Monier però non è basato su alcuna teoria o approccio
sperimentale.
Solo nel 1886 le prime analisi teorico - sperimentali sistematiche sulle strutture in
cemento armato furono pubblicate dall'ing. Matthias Koenen su una rivista tecnica
tedesca. L'anno successivo Koenen e l'ing. G.A. Wayss terminarono la stesura del
testo Das System Monier, prima pubblicazione sulla teoria delle strutture in
cemento armato.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
L’invenzione del calcestruzzo armato
Nei primi anni dell'impiego reale del calcestruzzo armato, la leadership nel suo
sviluppo commerciale fu assunta, soprattutto in Germania e in Austria, dalla ditta
Wayss e Freytag con il sistema Monier. Tale situazione rimase inalterata siano al
1892 quando a Parigi esordì un apprendista muratore, François Hennebique. Nel
1892, a cinquant'anni, Hennebique brevettò il sistema Hennebique, che
raccoglieva le idee fondamentali del suo autore, selezionate nei suoi anni di attività.
In questo sistema la trave era armata con ferri tondi filanti sulla faccia inferiore;
alcuni di essi, in prossimità degli appoggi erano rialzati per far fronte agli inevitabili
momenti negativi. Ma la caratteristica più saliente del sistema era la presenza di
ferri piatti sagomati a U, i quali, disposti a collegare le armature tese con il
calcestruzzo compresso, avevano la funzione di staffe, atte ad assorbire gli sforzi
taglianti. Con tali caratteristiche il brevetto Hennebique riassumeva le migliori
scoperte dei precedenti venti anni di attività nel settore. Sul suo brevetto
Hennebique costruì un impero imprenditoriale e nel 1896 fondò anche la rivista Le
Beton Armè, sulla quale venivano pubblicati articoli informativi ad alto contenuto
scientifico.
A seguito dei problemi derivanti dall'edificazione dei manufatti costruiti per
l'Exposition Universelle del 1900, la Commissione del Cemento Armato elaborò la
Circolare Ministeriale del 20 ottobre 1906. Con le Istituzioni Ministeriali il materiale
fu sottratto così al controllo dei possessori di brevetti e fu quindi messo a
disposizione di ogni imprenditore.
1. STORIA DEL CALCESTRUZZO. ELEMENTI ESSENZIALI DEL LINGUAGGIO NEL CANTIERE
L’età moderna nell’uso del calcestruzzo armato
Una decisa evoluzione della qualità del calcestruzzo si è avuta con il passaggio dal
calcestruzzo a dosaggio nel quale il progettista indicava quantitativamente le
caratteristiche principali della miscela di sabbia, ghiaia, acqua e cemento (legante)
al calcestruzzo a resistenza nel quale il progettista indica solo la classe di
resistenza del calcestruzzo (Rck).
Recentemente si parla di calcestruzzo a prestazione, poiché risulta
necessario garantire al calcestruzzo anche una idonea durabilità e lavorabilità. In
questo caso il progettista deve indicare oltre alla classe di resistenza del
calcestruzzo anche quella di esposizione e di consistenza, nonché la dimensione
nominale massima dell'inerte.
ARRIVEDERCI ALLA PROSSIMA LEZIONE
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