Cemento armato

una combinazione di cemento e acciaio rinforzo che sono uniti in un unico pezzo e lavorare insieme in una struttura. Il termine” cemento armato ” è spesso usato come nome collettivo per elementi strutturali e prodotti in cemento armato. L’idea di combinare in cemento armato due materiali che hanno proprietà estremamente diverse si basa sul fatto che la resistenza alla trazione del calcestruzzo è significativamente inferiore (di un fattore 10-20) rispetto alla sua resistenza alla compressione. Pertanto, il calcestruzzo in una struttura in cemento armato è destinato a sopportare sollecitazioni di compressione e l’acciaio, che ha un’elevata resistenza alla trazione e viene introdotto nel calcestruzzo come barre di rinforzo, viene utilizzato principalmente per sopportare sollecitazioni di trazione. L’interazione di materiali così diversi è estremamente efficace: quando il calcestruzzo si indurisce, aderisce saldamente al rinforzo in acciaio e lo protegge dalla corrosione, poiché durante il processo di idratazione del cemento viene prodotto un mezzo alcalino. La natura monolitica del calcestruzzo e del rinforzo deriva anche dalla relativa vicinanza dei loro coefficienti di espansione lineare (da 7,5 × 10-6 a 12 × 10-6 per il calcestruzzo e 12 × 10-6 per il rinforzo in acciaio). Le proprietà fisico-meccaniche di base del rinforzo in calcestruzzo e acciaio sono praticamente invariate durante le variazioni di temperatura nell’intervallo da -40° a 60 ° C, il che rende possibile l’uso del cemento armato in tutte le zone climatiche.

La base dell’interazione tra cemento e rinforzo in acciaio è la presenza di adesione tra di loro. L’entità dell’adesione o della resistenza allo spostamento del rinforzo nel calcestruzzo dipende dall’impegno meccanico nel calcestruzzo di speciali protuberanze o aree irregolari del rinforzo, dalle forze di attrito derivanti dalla compressione del rinforzo da parte del calcestruzzo a causa del suo restringimento (riduzione del volume all’indurimento in aria) e dalle forze di interazione molecolare (agglutinazione) del rinforzo con il calcestruzzo. Il fattore di impegno meccanico è decisivo. L’uso di rinforzo a barre frastagliate e telai e reti saldati, nonché la disposizione di ganci e ancore, aumenta l’adesione del rinforzo al calcestruzzo e migliora il loro funzionamento congiunto.

I danni strutturali e la notevole riduzione della resistenza del calcestruzzo si verificano a temperature superiori a 60°C. L’esposizione a breve termine a temperature di 200°C riduce la resistenza del calcestruzzo del 30% e l’esposizione a lungo termine lo riduce del 40%. Una temperatura di 500°-600°C è la temperatura critica per il calcestruzzo ordinario, in cui il calcestruzzo si rompe a causa della disidratazione e della rottura dello scheletro di pietra cementizia. Pertanto, l’uso di cemento armato ordinario a temperature superiori a 200°C non è raccomandato. Il calcestruzzo resistente al calore viene utilizzato in unità termiche che funzionano a temperature fino a 1700°C. Uno strato protettivo di calcestruzzo spesso 10-30 mm è fornito in strutture in cemento armato per proteggere il rinforzo dalla corrosione e dal riscaldamento rapido (ad esempio durante un incendio), nonché per garantire la sua adesione affidabile al calcestruzzo. In un ambiente aggressivo aumenta lo spessore dello strato protettivo.

Il restringimento e lo scorrimento del calcestruzzo sono di grande importanza nel cemento armato. Come risultato dell’adesione, il rinforzo impedisce il ritiro libero del calcestruzzo, portando alla comparsa di tensioni di trazione iniziali nel calcestruzzo e sollecitazioni di compressione nel rinforzo. Lo scorrimento nel calcestruzzo provoca la ridistribuzione degli offerenti in sistemi staticamente indeterminati, un aumento dei cali nei componenti che vengono piegati e la ridistribuzione delle sollecitazioni tra calcestruzzo e rinforzo nei componenti compressi. Queste proprietà del calcestruzzo sono prese in considerazione nella progettazione di strutture in cemento armato. Il restringimento e la bassa estensibilità limitante del calcestruzzo (0.15 mm/m) causano l’inevitabile comparsa di crepe nell’area espansa delle strutture sotto carichi di servizio. L’esperienza dimostra che in condizioni operative normali crepe fino a 0,3 mm di larghezza non riducono la capacità di supporto e la durata del cemento armato. Tuttavia, la bassa resistenza alla fessurazione limita la possibilità di un ulteriore miglioramento del cemento armato e, in particolare, l’uso di acciai ad alta resistenza più economici come rinforzo. La formazione di crepe nel cemento armato può essere evitata attraverso il metodo di precompressione, mediante il quale il calcestruzzo nelle aree espanse della struttura subisce una compressione artificiale attraverso la precompressione meccanica o elettrotermica del rinforzo. Le strutture in cemento armato auto-sollecitate, in cui la compressione del calcestruzzo e l’espansione del rinforzo si ottengono come risultato dell’espansione del calcestruzzo (fabbricato con il cosiddetto cemento di stiramento) durante il trattamento specifico di temperatura-umidità, sono un ulteriore sviluppo del cemento armato precompresso. A causa dei suoi alti indici tecnici ed economici (uso redditizio di materiali ad alta resistenza, assenza di crepe e riduzione delle spese di rinforzo), il cemento armato precompresso viene utilizzato con successo nelle strutture di supporto di edifici e strutture ingegneristiche. Una carenza di base di cemento armato, alto peso per volume, viene eliminata in misura considerevole dall’uso di calcestruzzo leggero (con riempitivi porosi artificiali e naturali) e calcestruzzo cellulare.

L’ampio uso del cemento armato nella costruzione moderna è il risultato dei suoi vantaggi tecnici ed economici rispetto ad altri materiali. Le strutture in cemento armato sono ignifughe e resistenti e non richiedono misure protettive speciali contro le influenze atmosferiche distruttive. La resistenza del calcestruzzo aumenta con il tempo; e il rinforzo non è soggetto a corrosione, perché è protetto dal calcestruzzo circostante. Il cemento armato ha un’elevata capacità di supporto e sopporta bene carichi statici e dinamici, compresi i carichi sismici. Strutture e elementi strutturali con forme estremamente diverse e grande espressività architettonica sono relativamente facili da creare con cemento armato. Il contenuto di base del cemento armato è costituito da materiali comuni: pietrisco, ghiaia e sabbia. L’uso di cemento armato prefabbricato rende possibile un aumento significativo del livello di industrializzazione della costruzione. Gli elementi strutturali sono fabbricati in anticipo in impianti ben attrezzati e solo l’assemblaggio di componenti finiti con attrezzature meccanizzate viene effettuato nei cantieri. Pertanto, sono garantiti alti tassi di costruzione di edifici e strutture, nonché risparmi nelle spese monetarie e di lavoro.

L’inizio dell’uso del cemento armato è generalmente associato al giardiniere parigino J. Maunier, che ha ottenuto una serie di brevetti in Francia e in altri paesi per invenzioni che utilizzano il cemento armato. Il suo primo brevetto, per una vasca di fiori fatta di una griglia metallica ricoperta di malta cementizia, risale al 1867. In realtà, le strutture in calcestruzzo con rinforzo in acciaio sono state costruite anche prima. Il cemento armato ha iniziato a svolgere un ruolo notevole nella tecnologia di costruzione della Russia, dell’Europa occidentale e dell’America solo alla fine del 19 ° secolo. Un grande credito per lo sviluppo del calcestruzzo forzato in Russia è dovuto al professor N. A. Beleliubskii, sotto la cui direzione sono state costruite numerose strutture e sono stati condotti test su vari elementi strutturali in cemento armato. All’inizio del 20 ° secolo eminenti scienziati russi-Professori I. G. Maliuga, N. A. Zhitkevich, S. I. Druzhinin e N. K. Lakhtin-ha lavorato su questioni della tecnologia del calcestruzzo, delle operazioni in calcestruzzo e cemento armato e della progettazione di strutture in cemento armato. Sono apparsi disegni originali proposti dagli ingegneri N. M. Abramov e A. F. Loleit. La centrale idroelettrica di Volkhov fu la prima grande struttura in Unione Sovietica ad essere realizzata con calcestruzzo e cemento armato; servì come un’importante scuola pratica per gli specialisti sovietici sul cemento armato. Negli anni successivi il cemento armato è stato utilizzato in quantità sempre crescenti. Risultati significativi nello sviluppo della teoria della progettazione strutturale utilizzando questo nuovo materiale da costruzione hanno contribuito all’espansione della produzione di cemento armato. Il metodo progressivo di progettazione strutturale del cemento armato in termini di stadio di collasso, sviluppato dagli scienziati sovietici A. A. Gvozdev, la. V. Stoliarov, V. I. Murashev e altri basati sulle proposte di A. F. Loleit, iniziarono ad essere usati nell’URSS nel 1938. Questo metodo è stato sviluppato in modo completo nella progettazione di strutture in cemento armato per stati limitanti. I risultati della scuola sovietica della teoria del cemento armato hanno ricevuto un riconoscimento universale e sono utilizzati nella maggior parte dei paesi stranieri. L’ulteriore miglioramento del cemento armato e l’espansione delle sfere della sua applicazione sono legati alla conduzione di una vasta gamma di operazioni di ricerca scientifica. Aumenti significativi del livello tecnico del cemento armato sono previsti attraverso la riduzione del suo peso per volume, l’uso di calcestruzzo ad alta resistenza e rinforzo, lo sviluppo di metodi di progettazione strutturale del cemento armato per influenze esterne complesse e un aumento della durata del cemento armato sotto l’influenza di un mezzo corrosivo.