CA 2. Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato

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1 Università degli Studi della Campania Luigi Vanvitelli Dipartimento di Architettura e Disegno Industriale Corso di Laurea in Architettura Tecnologia dell Architettura B caterina.frettoloso@unicampania.it Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato

2 Il calcestruzzo armato Terminal TWA (J. F. Kennedy Airport di New York), Eero Saarinen,

3 Il calcestruzzo armato Calcestruzzo cementizio armato Materiale composito LCESTRUZZO Acqua + legante (cemento) + sabbia + ghiaia/pietrisco + ACCIAIO

4 Il calcestruzzo armato L unione di questi due materiali è resa possibile e vantaggiosa da alcune loro caratteristiche: buona resistenza a compressione del cls unita alla ottima resistenza a trazione dell acciaio adeguata protezione offerta dal cls all acciaio rispetto agli incendi ed alla corrosione vantaggioso rapporto tra costo e prestazioni aderenza tra i due materiali aumentata dalla superficie corrugata delle armature coefficienti di dilatazione termica pressoché uguali

5 Il calcestruzzo armato I principali inconvenienti del c.a. sono: notevole contenuto di energia incorporata per la produzione del cls e dell acciaio (L energia incorporata è l energia consumata durante la produzione/costruzione, inclusa l estrazione, la produzione, il trasporto, l installazione, ecc.) elevata densità (circa 500 kg/m3) che rende le strutture piuttosto pesanti lentezza della costruzione (il disarmo delle casseforme non avviene prima di 3 4 giorni dal getto la piena agibilità delle strutture non prima di 8 giorni) impossibilità di realizzazione in condizioni climatiche estreme elevato coefficiente di dilatazione termica, che impone l esigenza di realizzare giunti di frazionamento e/o dilatazione ogni metri di costruzione elevata conducibilità termica ridotto assorbimento acustico dei rumori da impatto

6 Il calcestruzzo armato Acciaio e Tipologie di armature L acciaio è una lega di ferro e carbonio. Per il cemento armato ordinario si usano acciai di tipo dolce, ossia con una percentuale di carbonio molto bassa (circa lo 0,%) con l aggiunta, durante la fase produttiva, di piccole quantità di altri elementi, entro limiti massimi precisi, al fine di migliorarne le proprietà meccaniche. L acciaio può essere lavorato per ottenere Barre Rotoli Reti

7 Il calcestruzzo armato Acciaio e Tipologie di armature La normativa prevede due tipi di acciaio per cemento armato: B450C e B450A. Devono essere: SALDABILI E AD ADERENZA MIGLIORATA, ovvero dotati di nervature o indentature trasversali, uniformemente distribuite sull intera lunghezza, atte ad aumentarne l aderenza al conglomerato cementizio.

8 Il calcestruzzo armato Acciaio e Tipologie di armature Barre ad aderenza migliorata Profili pieni, lisci a sezione circolare utilizzati nelle armature di pilastri, travi e solai in cls. armato. Ottenute per laminazione subiscono una ulteriore laminazione per dare la sagomatura e l impronta permanente che garantisce il miglioramento dell aderenza acciaio cls. Sul mercato nazionale si riconoscono dalla sigla FeB38K e FeB44K. Reti elettrosaldate Reti costituite da due ordini di barre (tondini) di acciaio saldati nei punti di contatto. Il diametro dei tondini impiegati può variare tra i 4 e i 1 mm, mentre le dimensioni delle reti solitamente sono di 5x,5 mt.

9 Il calcestruzzo armato Fasi operative_ getto in opera Preparazione ferri Realizzazione cassaforme Getto calcestruzzo dei pilastri fino all intradosso delle travi delle travi e di completamento dei solai

10 Il calcestruzzo armato Fasi operative_ getto in opera

11 Il calcestruzzo armato Fasi operative_ getto in opera_ cassero a perdere

12 Il calcestruzzo armato_ PROFILO STORICO L impiego del cemento armato fu preannunciato alla fine del XVIII secolo da alcune strutture realizzate con blocchi di pietra naturale uniti da elementi metallici: PIETRA ARMATA. Tecnica che ha ritrovato applicazione nell opera di R. Piano J.-G. Soufflot, Sainte-Geneviève, Chiesa di Padre Pio a S. Giovanni Rotondo

13 Il calcestruzzo armato_ profilo storico In realtà gli iniziatori della nuova era furono modesti artigiani: Lambot, con una piccola barca in cemento rinforzata da un graticcio metallico (1847), Monier con dei vasi da fiori modellati adottando concetti analoghi (1849); infine Coignet che, già nel 1847, aveva realizzato l intera ossatura di un vero e proprio edificio con un getto cementizio. La barca costruita da J.L. Lambot nel 1855 per l Esposizione Universale Vasi per l orticoltura, J. Monier,

14 Il calcestruzzo armato_ profilo storico In realtà gli iniziatori della nuova era furono modesti artigiani: Lambot, con una piccola barca in cemento rinforzata da un graticcio metallico (1847), Monier con dei vasi da fiori modellati adottando concetti analoghi (1849); infine Coignet che, già nel 1847, aveva realizzato l intera ossatura di un vero e proprio edificio con un getto cementizio. F. Coignet Reinforced Concrete System

15 Il calcestruzzo armato_ profilo storico Negli ultimi decenni del secolo spiccava la figura carismatica di un grande costruttore, il belga Hennebique, (periodo dei «primi realizzatori») che realizzava per il tramite di vere e proprie agenzie di costruzione. Strutture realizzate secondo brevetto Hennebique

16 Il calcestruzzo armato_ profilo storico AUGUSTE PERRET Il linguaggio architettonico usato da Perret, sia nel progettare chiese sia nel disegnare hangar e silos per parcheggi (veri edifici dei tempi moderni), riuscì ad applicare il razionalismo progettuale alla rudezza percettiva del cemento armato, offrendo a quest ultimo un ruolo innovativo e autosufficiente sotto il profilo estetico. Garage in Rue Ponthieu Casa di Rue Franklin

17 Il calcestruzzo armato_ profilo storico MAISON DOM-INO 1915_ Le Courbusier

18 Il calcestruzzo armato_ profilo storico JOHNSON WAX_ F. ll. Wright

19 Il calcestruzzo armato_ profilo storico Cappella di RONCHAMP_ L uso del cemento armato facciavista in Le Courbusier

20 Il calcestruzzo armato_ profilo storico P.L. NERVI e l'espressività del tracciato delle forze. Aviorimessa 1935 Palazzo esposizioni Torino,

21 Il calcestruzzo armato_ profilo storico Sidney Opera House _J. UTZON La copertura, con l inconfondibile teoria di superfici a doppia curvatura è realizzata in c.a. precompresso, con una complessa gerarchia di travi principali, travi secondarie e piastre di solaio, tutte prefabbricate e dotate di una geometria ripetitiva. La definizione della geometria dei gusci rivela un aspetto interessante della storia di questo edificio: per dominare la complessa geometria cuspidata del progetto e per ottenere la ripetibilità dei pezzi da prefabbricare Utzon fa ricorso all uso delle diverse sezioni di un unica sfera.

22 Il calcestruzzo armato_ profilo storico Spazi di Abraxas (1960/65)_ RIRDO BOFILL_ Il cemento armato prefabbricato nell architettura contemporanea

23 Il calcestruzzo armato_ profilo storico Otto Stiedle residenze in Osterwaldstrasse Munchen (D) 1969

24 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Sistemi industrializzati di getto in opera L obiettivo è razionalizzare e meccanizzare in modo integrale i tradizionali getti in opera; il procedimento trasferisce in edilizia le tecniche impiegate nelle opere infrastrutturali (viadotti e dighe), dove venivano impiegate casseforme metalliche unificate di tipo «marciante» che stavano dando importanti risultati. Per industrializzazione edilizia si intende la produzione in serie di elementi edilizi o interi edifici con l impiego di macchine.

25 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi

26 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Prefabbricazione

27 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Prefabbricazione

28 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Prefabbricazione_ Arch. P.L. Spadolini, Palazzo degli affari Firenze 1973

29 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Precompressione Il sistema della posttensione con i cavi inseriti in guaine è stato brevettato da Freyssinet solo nel 1940 anche se altri, negli anni precedenti, avevano delineato il procedimento.

30 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Precompressione_ A FILI ADERENTI (pre-tensione) Tale tecnica consiste nel disporre i cavi d acciaio (generalmente fili φ 4,6) con i quali realizzare la precompressione nella posizione voluta e tesarli con due martinetti idraulici (o al limite con uno soltanto) vincolati a due blocchi di ancoraggio solidali con il terreno. Raggiunto lo sforzo normale voluto esso viene mantenuto il tempo necessario per effettuare il getto di calcestruzzo e per realizzarne la presa e l avvio del suo indurimento. Passato qualche giorno dall inizio della presa e raggiunte così le opportune caratteristiche di resistenza del cls, i fili vengono tagliati in corrispondenza delle sezioni terminali dell elemento. I fili non più tesi tenderanno ad accorciarsi, fenomeno al quale si oppone il cls che di conseguenza risulta essere luogo di uno stato coazione (precompressione). Tale metodo è ampiamente utilizzato per la produzione industriale di elementi prefabbricati in c.a.p.

31 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Precompressione_ PRECOMPRESSIONE A FILI ADERENTI Banco di precompressione per travi in c.a.p. a fili aderenti prefabbricate

32 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Precompressione_ A VI POST-TESI Tale tecnica consiste nel predisporre prima del getto di cls guaine di piccolo spessore nelle posizioni prestabilite dal progetto. A getto avvenuto e al raggiungimento delle opportune caratteristiche meccaniche del cls vengono inseriti dei cavi d acciaio armonico (generalmente trecce o trefoli) messi successivamente in tensione da martinetti idraulici a contrasto con l elemento di cls. Raggiunto il livello di tensione voluto che corrisponde evidentemente allo stato di precompressione voluto si inietta della malta di cemento nelle guaine (protezione delle armature dalla corrosione) e si tolgono i martinetti dopo aver bloccato nella maniera più opportuna le estremità del cavo alle testate della trave. L efficacia del metodo dipende evidentemente dall efficacia degli ancoraggi terminali.