Cemento armato precompresso
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Il cemento armato precompresso non è un vero e proprio materiale da costruzione ma una tecnica di realizzazione di manufatti da utilizzarsi nel mondo dell'edilizia. La dizione corretta è: calcestruzzo armato precompresso, anche se nel linguaggio comune e nei testi specifici di indirizzo si utilizza più spesso la prima. Spesso si utilizza l'acronimo c.a.p. .
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[modifica] Cenni storici
I primi tentativi di realizzare opere in calcestruzzo armato precompresso risalgono al 1888 ad opera di Doering. I risultati furono però deludenti a causa della scarsa resistenza dei materiali adottati. Nel 1907 fu Koenen a riproporre la soluzione per ridurre le sollecitazioni nel calcestruzzo e migliorarne la durabilità. Usando però acciai con una resistenza molto bassa e un tasso di lavoro intorno ai 100 MPa la precompressione veniva precocemente annullata dai fenomeni di ritiro e scorrimento viscoso del calcestruzzo. I primi risultati soddisfacenti furono ottenuti applicando la presollecitazione nella produzione di tubi in calcestruzzo ad opera della ditta italiana Vianini, nel 1925. L'intento comune era solamente quello di applicare una precompressione per evitare o ridurre la fessurazione del calcestruzzo, ignorando altri aspetti statici benefici del procedimento. Le prime applicazioni concrete si ebbero a partire dal 1928 ad opera di Freyssinet, che, avendo a disposizione materiali di qualità superiore, riuscì a sfruttare le migliorie in campo statico della pratica.
[modifica] Principio di base
Il calcestruzzo è un materiale che per sua natura reagisce molto bene a sollecitazioni di compressione, mentre ha seri problemi con la trazione. I manufatti in c.a.p. sono concepiti per ottimizzare gli sforzi di compressione, a tutto vantaggio del lavoro del calcestruzzo.
Il problema delle travi in calcestruzzo armato tradizionale è che buona parte del calcestruzzo non serve a niente, perché lavora a trazione: serve soltanto come "collante" tra la parte in calcestruzzo che lavora a compressione e l'acciaio che invece lavora egregiamente a trazione, e contribuisce al corretto funzionamento della trave. Questo si traduce in un inutile incremento di peso della trave stessa.
Il concetto del c.a.p. è di dotare una trave in calcestruzzo armato di una forza di compressione anomala ed esterna alle sollecitazioni naturali del fabbricato, proprio nella zona dove una trave normale lavorerebbe a trazione. In questo modo, aggiungendo una sollecitazione esterna alla trave, il diagramma di questa si sommerà al noto diagramma a farfalla di una trave tradizionale, annullando le forze di trazione e creando un'unica sollecitazione di compressione sulla trave, quasi omogenea (salvo le sollecitazioni dinamiche), che sfrutterà al massimo le qualità del calcestruzzo.
[modifica] Tecniche di realizzazione
La precompressione viene fornita alla trave quando questa viene realizzata. Vi sono diversi modi di procurare una sollecitazione alla trave: il più comune si basa sul seguente procedimento, eseguito in officina. Le travi in c.a.p. vengono realizzate, per luci medio piccole, di norma, in officina con la tecnica dei cavi "pre-tesi". Si predispone la cassaforma, pronta per accogliere il calcestruzzo allo stato liquido, con già i ferri dell'armatura posizionati. I ferri che si trovano nella parte inferiore della trave, la parte che normalmente sarebbe sollecitata a trazione, vengono tesi da una macchina esterna, che imprime ai cavi una forza molto elevata, vicina alla soglia di sicurezza dell'acciaio. Questi ferri saranno necessariamente ad aderenza migliorata. A questo punto si getta il calcestruzzo nella cassaforma e si aspetta una parziale maturazione della colata (in genere un paio di giorni con i moderni calcestruzzi a presa rapida, anche solo alcune ore con la maturazione a "Vapore"). A questo punto, una volta che il calcestruzzo ha raggiunto una resistenza sufficiente, si rilascia progressivamente la macchina che tende i ferri: i ferri, tornando nella loro forma originaria (sollecitati a trazione, ovviamente si erano allungati di qualche millimetro per metro di lunghezza - che è tantissimo) traducono la forza di trazione ricevuta in forza di compressione assorbita dal calcestruzzo. A questo punto si attende il completamento della maturazione e si scasserà la trave (vengono tolte le cassaformi). Altri modi di realizzare travi o strutture precompresse possono prevedere la realizzazione in opera del manufatto; tale metodogia è applicata per luci elevate dei ponti stradali o ferroviari. Così è stato per il Palazzetto dello Sport a Roma, su progetto dell'ing. Pierluigi Nervi: una delle prime sperimentazioni a livello mondiale del c.a.p. .
[modifica] Utilizzi
L'utilizzo principe delle travi in c.a.p. è per i viadotti stradali e ferroviari e per gli acquedotti. Tutti i viadotti dell'A24 - strada dei parchi, per esempio, sono realizzati in c.a.p. . Vi sono esempi di coperture in elementi prefabbricati che uniscono la funzione di trave a quella di copertura, soprattutto per locali che hanno bisogno di grandi luci prive di pilastri (hangar aeroportuali, capannoni di acciaierie o industrie pesanti in genere, capannoni di industrie navali, palestre e piscine olimpiche ecc.). In generale, maggiore è la luce da coprire e più il c.a.p. diventa economicamente conveniente rispetto al cemento armato tradizionale (che comunque ha dei seri limiti nelle luci superiori ai 9-10 metri).
[modifica] Vantaggi e svantaggi
vantaggi
Il c.a.p. si realizza raramente in opera e quasi esclusivamente in officina. Questo permette di controllare in modo attento la composizione del calcestruzzo, la sua omogeneità e la sua qualità, in modo da ottenere manufatti veramente perfetti, per gli standard qualitativi attualmente richiesti dall'edilizia; permette altresì di ovviare ai problemi relativi alle analisi chimiche di legge sul getto e sull'acciaio, e vi è un unico responsabile (la ditta produttrice) di eventuali difetti o mancanze della trave stessa. Le strutture in c.a.p. hanno degli intervalli di manutenzione molto distanziati (grazie sempre ai maggiori e migliori controlli che possono essere realizzati in officina), il che riduce i costi di manutenzione dei complessi edilizi. Una trave in c.a.p. è più leggera di una trave in cemento armato o in acciaio (non trave reticolare) che deve reggere lo stesso peso. Rispetto alle travi reticolari in acciaio, ha una molto migliore resistenza al fuoco, agli urti, agli eventi straordinari (attentati in particolare) e agli agenti atmosferici, ed ha una minore flessibilità (che questo sia un vantaggio o uno svantaggio dipende dal progetto).
svantaggi
La trave in c.a.p. ha bisogno di essere trasportata in opera: questo può creare dei seri problemi di logistica del cantiere, perché le travi possono essere lunghe anche 30 m e larghe 4-5 m e pesare diverse decine di tonnellate. Significa che un singolo camion può trasportare una o al massimo due travi per volta: questo aumenta notevolmente i costi di cantiere, anche perché spesso le travi devono fare tragitti di centinaia di chilometri. Si è molto spesso vincolati ad utilizzare schemi statici di travi in appoggio semplice o comunque isostatici, perché la trave deve sostenere sollecitazioni semplici (e non composte anche da momenti, come avverrebbe in una trave incastrata o comunque in un sistema iperstatico): questo limita di molto la loro applicazione nell'edilizia residenziale, per esempio, e obbliga a realizzare viadotti stradali con giunti di dilatazione (che sarebbero presenti comunque) che fungono anche da compensazione nelle deformazioni dovute alle sollecitazioni (le travi di un viadotto rimangono elementi slegati tra loro, non diventano un unico elemento statico come, per esempio, la gabbia in cemento armato di un edificio gettata in opera). La progettazione della trave deve essere molto accurata, perché, date le sollecitazioni in gioco, piccoli errori di calcolo si possono trasformare in gravi danni per l'utenza delle strutture. La succitata autostrada dei parchi, per esempio, in un tratto in Abruzzo ha le travi di un viadotto tutte ingobbate verso l'alto: questo perché si commise un errore in fase di progettazione e non si considerò la dilatazione termica del materiale. Rispetto ad una trave reticolare in acciaio è più pesante.
[modifica] Argomenti correlati non citati nel testo
- Ponte
- Autostrada
- Inerte o Aggregato
- Flessione
- Sollecitazione dinamica
- Sollecitazione statica
- Dilatazione termica
