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.
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.
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.
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:
Stadi 
Palazzi 
Edifici pubblici 
Gallerie 
Ponti 
Dighe
