Ricordiamo che la Tecnologia studia “i metodi ed i processi per arrivare ad un prodotto tecnologico”. Ogni edificio deve essere considerato un prodotto tecnologico perché soddisfa dei bisogni. Oltre a questo, lo studio dell’edilizia con un approccio tecnologico è importante per diversi motivi:
Innovazione Tecnologica: L’edilizia è un settore in costante evoluzione, grazie all’introduzione di nuove tecnologie. Lo studio dell’edilizia a tecnologia consente di essere al passo con le innovazioni più recenti, che possono riguardare materiali più resistenti e sostenibili, nuovi metodi costruttivi, sistemi avanzati di gestione dell’energia e molto altro.
Efficienza e Sicurezza: Le tecnologie moderne possono migliorare l’efficienza del processo edilizio, riducendo tempi e costi. Inoltre, nuovi strumenti e metodi possono contribuire a migliorare la sicurezza sul cantiere e la salute dei lavoratori, riducendo il rischio di incidenti.
Sostenibilità: L’edilizia sostenibile è diventata una priorità, data la crescente consapevolezza ambientale. Le tecnologie possono aiutare a progettare edifici che consumano meno energia, utilizzano materiali ecologici e riducono l’impatto ambientale.
Progettazione Avanzata: Strumenti come il design assistito da computer (CAD) e la modellazione delle informazioni sull’edilizia (BIM) consentono ai professionisti dell’edilizia di creare progetti dettagliati e precisi, riducendo gli errori di progettazione e ottimizzando la costruzione.
Gestione e Manutenzione: Le tecnologie possono agevolare la gestione degli edifici una volta completati. Sistemi di automazione, controllo degli impianti e monitoraggio remoto consentono un’efficace manutenzione e ottimizzazione delle prestazioni nel tempo.
Adattamento ai Cambiamenti: Con le sfide come il cambiamento climatico, le tecnologie possono aiutare a progettare edifici in grado di adattarsi a nuove condizioni climatiche o ambientali.
Globalizzazione e Connettività: Le tecnologie consentono la collaborazione tra professionisti edili in tutto il mondo, facilitando la condivisione di conoscenze, esperienze e best practice.
Risposta alle Esigenze della Società: Le esigenze delle persone e della società cambiano nel tempo. Le tecnologie consentono di progettare edifici e infrastrutture che rispondano alle esigenze moderne, come spazi per il telelavoro, infrastrutture per la mobilità e molto altro.
In sintesi, lo studio dell’edilizia a tecnologia è essenziale per migliorare l’efficienza, la sostenibilità e l’adattabilità delle costruzioni, nonché per affrontare le sfide e le opportunità offerte dalla modernità.
L’edilizia è l’insieme delle attività e dei processi legati alla progettazione, costruzione, ristrutturazione e manutenzione degli edifici e delle infrastrutture. Questo settore coinvolge una vasta gamma di attività, dalla progettazione architettonica e strutturale alla gestione dei materiali da costruzione, dalla realizzazione delle fondamenta alla finitura degli interni.
Le attività edilizie possono riguardare una varietà di tipologie di strutture, tra cui residenze, edifici commerciali, industriali e pubblici, infrastrutture come strade, ponti, ferrovie, impianti idrici ed elettrici e molto altro ancora. L’edilizia coinvolge una serie di professionisti e figure specializzate, tra cui architetti, ingegneri, progettisti, muratori, operai edili, e professionisti nella gestione del cantiere.
L’edilizia è un settore di importanza fondamentale per l’economia di un paese, in quanto contribuisce alla creazione di posti di lavoro, all’infrastrutturazione e al miglioramento della qualità della vita delle persone attraverso la realizzazione di spazi funzionali e sicuri.
Il calcestruzzo armato è un materiale, composto da calcestruzzo e tondini di acciaio, che presenta una notevole resistenza alla compressione per cui è utilizzato per realizzare gran parte delle opere edili.
Il cemento armato, o più propriamente calcestruzzo armato, è uno dei materiali utilizzati per la realizzazione di opere civili sia nel settore delle infrastrutture e quindi: ponti, gallerie, dighe, strade, ferrovie, etc.; sia nel settore dell’edilizia e quindi edifici sia residenziali che industriali.
Materiale composito
Il calcestruzzo armato è un materiale composito e come tale costituito dall’unione di due elementi:
Calcestruzzo. Miscela di: legante, sabbia, ghiaia ed acqua.
Armatura. Tondini di acciaio (in percentuale molto contenuta se paragonata a quella del calcestruzzo) con diametro solitamente < 3 centimetri sagomati ed interconnessi sino a formare una sorta di gabbia.
L’armatura è annegata nel calcestruzzo fluido che a sua volta è contenuto in una sorta di stampo che è la cassaforma. Dopo il getto del cls (acronimo di calcestruzzo) la cassaforma va lasciata per circa 48/72 ore (a seconda della stagione, dell’areazione e di altri fattori), ovvero fino a quando il getto abbia conseguito una resistenza meccanica tale da garantire l’assorbimento delle sollecitazioni a cui la struttura è sottoposta subito dopo il disarmo. A questo punto la cassaforma perde la sua funzione e può essere rimossa perché la struttura è ormai in grado di autoportarsi. Fino ad un po’ di tempo fa l’unico modo per costruire un muro in c.a era attraverso delle casseforme in legno, al cui interno erano già predisposti i ferri e le staffe della rete metallica, per trattenere il calcestruzzo al momento della gettata. Il legno infatti è sempre stato un materiale semplice da lavorare e da sagomare, leggero da manovrare in cantiere e traspirante. Tuttavia ha lo svantaggio di non poter essere utilizzato per più di due o quattro volte in quanto si impregna e perde il suo potere traspirante. A partire dalla metà del Novecento si sono cominciati a sviluppare nuovi sistemi di casseforme con l’obiettivo di industrializzare il cantiere ed aumentarne l’efficienza produttiva. Anche i materiali per le casseforme sono aumentati infatti oggi si possono realizzare con pannelli metallici, pannelli a base di polistirolo espanso o altri materiali.
Casseforme in legno
Casseforme in PVC
Casseforme riutilizzabili
Il cemento armato nasce dall’esigenza di dover aumentare la resistenza agli sforzi di trazione del calcestruzzo che di base già possiede una ottima resistenza alla compressione. Si sviluppa così l’idea di inserire, ove necessario, all’interno della miscela, tondini di acciaio (materiale con ottima resistenza alla trazione). La perfetta aderenza tra il calcestruzzo e le barrette di acciaio fa si che le sollecitazioni di trazione interne al calcestruzzo si trasferiscano totalmente allo scheletro in metallo che le neutralizza, mentre quelle di compressione saranno sopportate dalla massa del calcestruzzo stesso.
Tondini ad aderenza miglioarata.
Per aumentare l’aderenza del calcestruzzo all’armatura si utilizzano dei tondini non perfettamente lisci ma con risalti in superficie.
Non esiste una formula precisa della composizione del calcestruzzo che dipende dalla quantità e qualità dei materiali.
Comunque sia le proporzioni che mediamente sono più utilizzate per preparare un metro cubo di calcestruzzo per usi comuni quali preparazioni di un massetto o getto di una muratura (rapporto acqua/cemento=0,4) sono:
Cemento 300 Kg.
Acqua 120 litri pari a 120 Kg.
Sabbia 0,4 metri cubi.
Ghiaia 0,8 metri cubi.
I materiali che costituiscono l’impasto iniziale del calcestruzzo influenzano le caratteristiche finali del calcestruzzo indurito e quindi il suo utilizzo.
I materiali che costituiscono l’impasto iniziale del calcestruzzo influenzano le caratteristiche finali del calcestruzzo indurito e quindi il suo utilizzo.
Vediamo nel dettaglio:
Cemento: il legante idraulico che costituisce il componente attivo del calcestruzzo.
Acqua. L’acqua, combinandosi con il cemento nel fenomeno dell’idratazione, da luogo alla “presa” che trasforma l’impasto in una massa solida. Tuttavia l’acqua deve svolgere anche la funzione di lubrificante nell’impasto, rendendolo sufficientemente fluido da essere lavorabile. Per questo motivo l’acqua impiegata nell’impasto deve essere in quantità superiore a quella strettamente necessaria per l’idratazione del cemento. Peraltro si deve tenere presente che all’aumentare dell’eccesso di acqua peggiorano sensibilmente le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo. L’acqua da usare nell’impasto deve essere il più possibile pura, quando è possibile si consiglia quindi l’uso di acqua potabile. In particolare devono essere evitate acque contenenti percentuali elevate di solfati e le acque contenenti rifiuti di origine organica o chimica. La presenza di impurità infatti interferisce con la presa, provocando una riduzione della resistenza del conglomerato.
Inerti. Sono materiali minerali granulari di origine rocciosa aventi differenti diametri. Gli inerti più comunemente utilizzati per la preparazione del calcestruzzo sono:
Sabbia ossia roccia sedimentaria sciolta con granuli di dimensioni comprese tra 0,06 mm e 4 mm;
Ghiaia ossia roccia frantumata e arrotondata naturalmente per effetto dell’erosione con dimensioni variabili tra 4 e 40 mm;
Pietrisco ovvero roccia frantumata artificialmente di dimensioni variabili tra i 5 e i 50 mm.
Nella preparazione dell’impasto di base del calcestruzzo la granulometria va sapientemente miscelata tra fine e grossolana allo scopo di riempire il più possibile gli spazi tra elementi contigui e ridurre quanto più è possibile il volume dei vuoti che mina la resistenza meccanica del calcestruzzo indurito.
Se gli inerti fossero composti da granuli della stessa misura, nella massa del calcestruzzo si avrebbero numerosi vuoti, che solo in parte potrebbero essere occupati dal cemento.
Additivi. Non sempre sono presenti. Quando fanno parte dell’impasto hanno il compito di migliorare alcune sue prestazioni sia quando esso è fluido sia quando è indurito.
Il calcestruzzo armato può essere realizzato:
in fabbrica come moduli prefabbricati (pilastri, solai, panelli di pareti, etc.) che saranno poi assemblati sul luogo della costruzione;
in cantiere ossia direttamente sul luogo della costruzione con una gettata del calcestruzzo nella cassaforma in cui si è precedentemente montata l’armatura.
E’ evidente che il materiale realizzato in cantiere ha un controllo delle caratteristiche più approssimato di quello dei moduli prefabbricati.
Si ricorre ai moduli prefabbricati ad esempio quando le condizioni climatiche possono essere tali da pregiudicare il meccanismo di presa ed indurimento del calcestruzzo (esempio temperature inferiori ai -5°C) o quando la struttura da realizzare richiede un preciso controllo delle quantità dei suoi componenti.
La sinergia tra calcestruzzo e armatura in acciaio conferiscono al cemento armato una varietà di proprietà meccaniche e fisiche tali da renderlo il materiale più utilizzato in edilizia.
Le sue caratteristiche più comuni sono:
Buona resistenza delle opere con esso realizzate alle varie tipologie di sollecitazioni strutturali a cui potranno essere sottoposte e quindi resistenza alle sollecitazioni di compressione e trazione, ma anche resistenza a flessione e torsione;
Ottima durabilità delle strutture con esso realizzate. Per un certo tempo si è addirittura pensato che esse fossero indistruttibili. In realtà anche il calcestruzzo armato subisce l’attacco chimico dei sali contenuti nell’acqua, degli inquinanti atmosferici, dalla salsedine marina, etc., fattori che a lungo andare tenderanno a disgregarlo. Condizione indispensabile per una sua buona durata è che i ferri dell’armatura siano completamente ricoperti dall’impasto di calcestruzzo. Infatti, quando detta copertura è imperfetta l’armatura metallica tenderà ad ossidarsi (la ruggine). Il processo di ossidazione determina un aumento del suo volume e la condizione induce tensioni nella struttura che tenderà a disgregarsi.
Buona resistenza al fuoco. Il calcestruzzo armato ha una ottima resistenza al fuoco.
Buona monoliticità delle strutture realizzate. Una volta che è trascorso il periodo di stagionatura minima che è di 28 giorni il calcestruzzo armato assume una compattezza simile a quella di un unico blocco di roccia dotato di elevata durezza.
Possibilità di realizzare strutture con forme scarsamente vincolate. La fluidità del calcestruzzo appena impastato e la possibilità di poter sagomare a piacimento casseforme e tondini della gabbia consentono di realizzare strutture con linee particolarmente ardite.
Facile reperibilità ed economicità dei componenti elementari del calcestruzzo armato (cemento di Portland, sabbia, ghiaia, tondini di acciaio).
Relativa facilità e rapidità nell’esecuzione anche in ambienti difficili ed utilizzando mano d’opera non eccessivamente specializzata.
Tutte le caratteristiche fin qui elencate costituiscono i vantaggi del cemento armato rispetto agli altri materiali di costruzione equivalenti.
Tuttavia ad esse bisogna aggiungere le rimanenti caratteristiche che costituiscono i contro e precisamente:
Peso elevato. Il calcestruzzo armato ha un peso specifico consistente e quindi per poter soddisfare alle prestazioni desiderate le strutture dovranno avere un peso consistente.
Isolamento termoacustico scadente. Il cemento armato come il calcestruzzo ha scarsa attitudine a bloccare i flussi di calore che lo attraversano ed attenuare/bloccare le onde sonore.
E’ poroso e teme l’umidità di risalita per capillarità e pertanto se le strutture realizzate (fondamenta, pilastri, solai) poggiano su terreni interessati da falde acquifere o eccessivamente umidi richiedono interventi impermeabilizzanti con cemento osmotico.
Calcolo progettuale delle strutture non semplice e comunque, per ottemperanza alle norme, a cura di tecnici abilitati.
Difficoltà di smaltimento ed eventuale recupero dei componenti di base alla demolizione della struttura.
Come si è già accennato il calcestruzzo armato è largamente utilizzato in edilizia soprattutto quando si è iniziato a costruire con dei precisi canoni per contrastare i possibili effetti di eventuali terremoti. È talmente tanto usato che è possibile affermare che praticamente non esiste costruzione che non abbia almeno una parte, seppure piccola, realizzata con esso. A mo’ di esempio riporto solo alcuni degli utilizzi più comuni:
Il cemento è il materiale principe dell’industria delle costruzioni. Esso è usato quasi esclusivamente insieme alla sabbia per formare la malta oppure con altri inerti, come il pietrisco, per ottenere il calcestruzzo, utilizzato soprattutto per le opere in cemento armato. In ogni caso, il cemento ha bisogno dell’acqua per essere adeguatamente impastato e per poter reagire chimicamente e fare presa.
Ogni muratore, ogni impresa, ogni progettista, chiunque abbia avuto a che fare con l’edilizia ha anche avuto modo di conoscere il cemento. Spesso lo si scambia per il composto chiamato tecnicamente malta, in quanto ne è il componente principale, ma in ogni cantiere non può mancare un materiale simile. L’uso è indispensabile sia come come legante per la costruzione di muri di ogni tipo, ma soprattutto per la produzione del calcestruzzo e del cosiddetto cemento armato (più precisamente da chiamare calcestruzzo di cemento, armato).
Tipi di cemento
Esistono diversi tipi di cemento, differenti per la composizione, per le proprietà di resistenza e durevolezza e quindi per la destinazione d’uso. Dal punto di vista chimico si tratta in generale di una miscela di silicati e alluminati di calcio, ottenuti dalla cottura di calcare, argilla e sabbia. Il materiale ottenuto, finemente macinato, una volta miscelato con acqua si idrata e solidifica progressivamente nel tempo.
Il cemento Portland
Il cemento Portland, probabilmente il tipo più utilizzato, come abbiamo già visto, fu scoperto nel 1824 in Inghilterra dal muratore Joseph Aspdin.
Riassunto del ciclo produttivo del cemento Portland.
La fabbricazione del cemento Portland avviene nelle seguenti tre fasi: – preparazione della miscela grezza dalle materie prime; – produzione del clinker; – preparazione del cemento.
Le materie prime per la produzione del Portland sono: – calcare (contenente carbonato di calcio)
–marna/argilla (contenente ossidi di silicio, ferro e alluminio). L’estrazione avviene in apposite cave con minerali che in generale sono composte da rocce dove sono presenti tutte le materie prime necessarie. Quando non si riesce a trovare minerali con queste caratteristiche è necessario aggiungere argilla o calcare, oppure minerale di ferro o altri materiali residui di fonderia.
Forno rotante.
La miscela è riscaldata in un forno speciale costituito da un enorme cilindro (chiamato Kiln) disposto orizzontalmente con leggera inclinazione e ruotante lentamente. La temperatura è fatta crescere lungo il cilindro fino a circa 1480° centigradi in modo che i minerali si aggreghino, ma non fondano e vetrifichino. Nella sezione a temperatura minore il carbonato di calcio (il calcare, le pietre) si scinde in ossido di calcio e anidride carbonica (CO2). Nella zona ad alta temperatura l’ossido di calcio reagisce con i silicati a formare silicati di calcio. Il materiale risultante è complessivamente denominato clinker. Il clinker può essere conservato per anni prima di produrre il cemento, a condizione di evitare il contatto con l’acqua. L’energia teorica necessaria per produrre il clinker è molto elevata. Questo comporta una grande richiesta di energia per la produzione del cemento e si ha anche un notevole rilascio di anidride carbonica in atmosfera, che è un gas che causa l’effetto serra. Per la produzione del cemento il Clinker viene macinato in un mulino fino ad ottenere un polvere. Il gesso è aggiunto al clinker per migliorare le caratteristiche, successivamente la miscela viene macinata. La polvere ottenuta è il cemento pronto per l’uso.
Clincker.
Quando il cemento Portland è miscelato con l’acqua, il prodotto solidifica in alcune ore e indurisce progressivamente nell’arco di diverse settimane. Anche se la presa continua nel tempo si considera ottenuta completamente a 28 giorni quando raggiunge il 90% dello sviluppo delle sue proprietà meccaniche. L’indurimento iniziale è provocato dalla reazione tra acqua, gesso e altri componenti. Con l’aggiunta di particolari materiali al cemento (calcare e calce) si ottiene il cemento plastico, di più rapida presa e maggiore lavorabilità. La malta preparata usando una miscela di cemento Portland e calce è nota come malta bastarda.
Il cemento è venduto principalmente in due modi diversi:
in sacchi da 25 Kg dove è evidenziata la resistenza meccanica ed il produttore;
sfuso in grandi silos.
Sulla sinistra un sacco di cemento da 25kg. Sulla destra silos per la distribuzione del cemento.
I leganti rappresentano una categoria di materiali da costruzione molto importante. Hanno natura inorganica derivando da rocce e hanno la capacità di “legare” ovvero unire altri materiali (ad esempio sabbia, pietrisco, ghiaia) formando una massa plastica che progressivamente acquisisce resistenze meccanica estremamente elevate. L’elemento che permette di creare la miscela plastica è l’acqua e detta miscela prende il nome di pasta.
pasta= legante + acqua
Se alla pasta viene aggiunto un inerte fine (sabbia) otteniamo una malta.
malta= pasta+ inerte fine
Quando alla malta si aggiunge un inerte grossolano (pietrisco o ghiaia) otteniamo un conglomerato.
conglomerato= malta+ inerte grossolano
classificazione dei materiali inerti.
Il legante ha la proprietà di reagire con l’acqua o con la CO2presente nell’aria. Le reazioni che avvengono possono essere molto complesse e danno luogo al fenomeno della presa. A tale fase segue quella dell’indurimento. La presa rappresenta la fase in cui l’impasto inizia a rapprendersi ossia diventa consistente; in questa fase abbiamo due periodi: l’inizio presa quando l’impasto comincia a diventare consistente e la fine presa quando l’impasto può essere manipolato, ma mantiene la forma che gli viene data. L’indurimento inizia quando le proprietà del meccaniche del legante iniziano a manifestarsi e lega gli inerti e i materiali con cui viene a contatto. L’indurimento si completa quando il legante ha sviluppato le resistenze meccaniche massime.
In funzione della composizione delle materie prime e del processo di trasformazione, si classificano in due categorie:
leganti aerei che hanno la capacità di far presa solo all’aria;
leganti idraulici che induriscono anche in acqua e una volta induriti resistono al contatto con l’acqua.
I leganti aerei, miscelati con acqua e sabbia, sono prevalentemente impiegati nella produzione di malte, mentre i leganti idraulici sono destinati soprattutto alla produzione di calcestruzzo con aggiunta di inerti. I più utilizzati sono la calce aerea e il gesso. La calce aerea indurisce per reazione con l’anidride carbonica presente nell’atmosfera. È ottenuta dalla cottura di rocce calcaree (a temperatura di 900°C) da cui si ricava calce viva (ossido di calcio), in grado di assorbire una quantità di acqua pari a circa tre volte il suo peso, trasformandosi così in grassello.
Il gesso indurisce per reazione con l’acqua di impasto (idratazione). È ottenuto dalla cottura di pietra da gesso disidratata e ridotta in polvere. A seconda della temperatura di cottura e del grado di macinazione si possono ottenere prodotti diversi
I principali tipi di gesso impiegati in edilizia sono il gesso da muro, il gesso per manufatti, il gesso per intonaco e il gesso per sottofondi. Gesso da muro (o a rapida presa). Si usa in tutte quelle operazioni che richiedono una rapida presa e non esigono grandi resistenze meccaniche: per esempio, per fissare i tubi protettivi e le cassette di derivazione degli impianti elettrici nelle tracce delle murature. Viene anche usato dai modellisti, che lo colano sotto forma di pasta allo stato fluido appena addensato sugli oggetti da riprodurre, in modo da ottenerne la matrice. Gesso per manufatti. Viene impiegato nella produzione di pannelli per controsoffitti, di lastre di gesso rivestito (o cartongesso) e di blocchi per tramezzi. Gesso per intonaco (o scagliola). Ha caratteristiche migliori del gesso da muro e tempi di presa più lunghi, che ne facilitano l’impiego per intonaci e stucchi. La scagliola e il gesso da muro sono normalmente venduti in sacchi da 25 kg, in sacconi big-bags oppure sfusi in cisterne e in cantiere devono essere ovviamente protetti dall’umidità prima del loro impiego
I leganti idraulici più comuni sono le calci idrauliche e i cementi. I cementi rappresentano leganti molto importanti e saranno analizzati in un articolo specifico.
Definizioni
INERTE
Materiali utilizzati nell’edilizia, prevalentemente per la preparazione delle malte e conglomerati, la cui caratteristica principale è quella di non partecipare alle reazioni del legante (da qui inerti ossia non reagisce) che conducono all’indurimento della miscela.
MALTE
Impasto composto da una miscela di legante, sabbia e acqua sotto forma di impasto plastico capace, attraverso reazioni chimiche, di far presa e indurire in maniera irreversibile.
CALCESTRUZZO
Materiale composto da più elementi, ottenuto da un impasto di calce o cemento, inerti fini, grossi ed acqua che raggiunge consistenza litoide ossia la consistenza della pietra a seguito del fenomeno dell’idratazione del cemento e del successivo indurimento.
INTONACO
L’intonaco è un rivestimento murario costituito da malte. Ha la funzione di proteggere le pareti dagli agenti atmosferici e dalla condensa superficiale, di garantire condizioni igieniche ottimali negli ambienti interni, di fare da supporto alle successive finiture.
GRASSELLO
Composto ottenuto dallo spegnimento della calce viva tramite l’aggiunta di abbondante acqua. L’impasto prodotto, appiccicoso e untuoso al tatto, estremamente ecologico, è utilizzato come legante per malte, nella produzione di intonaci di pregio e opere di finitura.
Rocce calcaree
Roccia sedimentaria costituita prevalentemente da carbonato di calcio
Gesso
Legante aereo ottenuto dalla cottura di pietra da gesso, che acquisisce caratteristiche differenti in base alle temperature di cottura.
Calce
Legante inorganico a base di composti del calcio ottenuto per cottura di rocce calcaree. Sono essenzialmente raggruppabili in due grandi tipologie: calci aeree e calci idrauliche.
