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Calcestruzzo armato

Percorsi Abilitanti Speciali

Classe A016

Costruzioni, Tecnologia delle costruzioni e Disegno Tecnico

pro

f. A

dolf

o F

. L.

Bara

tta

Roma, 29 marzo 2014

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Cenni storici

Lambot, J. L.

Piccola imbarcazione realizzata in

calcestruzzo armato, 1848.

Alla fine dell’Ottocento si avvia la stagione di quel prodotto che Emil Morsch definirà come

“materiale in cui ai due componenti vengono affidate solidalmente le funzioni meccaniche più

appropriate alla loro natura: il calcestruzzo assorbe sostanzialmente gli sforzi di compressione,

l’acciaio quelli di trazione e taglio”.

L’entusiasmo per questo materiale è tale che Francis Onderdonk annuncia la nascita di un nuovo

stile architettonico “lo stile del calcestruzzo armato”.

In effetti, la prima struttura in calcestruzzo armato è una barca: nel 1848 Joseph Louis Lambot

realizza la propria imbarcazione armando, con una rete metallica a maglia fine, un getto di

calcestruzzo. Nel 1852 Francois Coignet costruisce il

primo edificio con struttura in profilati

metallici annegati nel calcestruzzo: il

sistema non è ancora quello del

calcestruzzo armato ma l’intuizione è

sicuramente significativa.

Percorsi Abilitanti Speciali – Classe A016

prof. Adolfo F. L. Baratta

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Cenni storici

Hennebique, F.

Maison Hennebique, Bourg la Reine (F) 1901-03.

L’imprenditore francese François Hennebique nel 1892

brevettò a Bruxelles il calcestruzzo armato: in effetti

già nel 1867, in occasione dell’Esposizione Universale di

Parigi, il giardiniere Joseph Monier aveva presentato dei

contenitori in calcestruzzo rinforzati con armature

metalliche.

È però Hennebique che nel 1892 costruisce il primo

edificio in calcestruzzo armato, l'immobile di rue

Danton a Parigi, che fu la sede della sua azienda dal

1900 al 1967.

Con lo slogan Plus d'incendies desastreux (Basta incendi

disastrosi), tra il 1892 al 1908 egli creò una grande

organizzazione commerciale internazionale con

numerosi agenti all'estero.

A dimostrazione delle elevate proprietà, anche

estetiche, del proprio brevetto, il costruttore fece

edificare la Maison Hennebique a Bourg la Reine

completamente in calcestruzzo armato.



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Cenni storici

In Italia il sistema Hennebique fu introdotto nel 1894 dallo Studio

Tecnico degli ingg. Ferrero e Porcheddu di Torino e venne applicato

in grandi opere quali il Ponte del Risorgimento a Roma e la Fiat

Lingotto a Torino.

Nel 1909, in occasione del cinquantenario dell'Unità d'Italia, il

Comune di Roma indisse una gara per la costruzione di un ponte.

L’appalto fu assegnato all’Impresa dell’ing. Porcheddu che, con il

rivoluzionario sistema Hennebique, assicurava l’esecuzione

dell’opera in soli 18 mesi. Il Ponte del Risorgimento, con una unica

campata di 100 m di luce e una freccia di 10 m, è monitorato fino

dal 1936, anno in cui si iniziarono a verificare importanti lesioni.

Iori, T. Il cemento armato in Italia dalle origini alla seconda guerra mondiale, Edilstampa, Roma 2001.



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Anatole de Baudot, Chiesa di Saint Jean de Monmartre, Paris (F) 1904

Anatole de Baudot, discepolo di Viollet le Duc e Henri Labrouste, è il primo a realizzare una

chiesa con struttura in calcestruzzo armato ma preferisce nascondere tale soluzione tecnologica

con un rivestimento in ceramica.

La facciata principale e il dettaglio dell’ingresso.



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Auguste Perret

Perret, A.

Autorimessa Mourboeuf a rue Ponthieu, Paris (F) 1905.

I fratelli Perret (Auguste, Claude e Gustave),

subentrati nell’impresa edile fondata dal padre, sono

tra i primi ad impiegare il calcestruzzo armato

sfruttandone i vantaggi funzionali ed estetici. Con

strutture e superfici sofisticate, Auguste Perret, allievo

della Scuola Nazionale di Belle Arti a Parigi, arrivò a

dichiarare che “il mio calcestruzzo è più bello della

pietra […]. Il calcestruzzo è una pietra che nasce e la

pietra naturale è una pietra che muore”.

Perret ridefinisce il concetto di ornamento e proietta

in facciata il sistema strutturale dell’edificio secondo

la sua idea di sincerità costruttiva. Gli elementi

portanti dell’edificio non sono nascosti ma esaltati e al

calcestruzzo armato viene attribuita una valenza

estetica autonoma: all’inizio del Novecento, nella Casa

di rue Franklin e nell’Autorimessa a rue Ponthieu a

Parigi, Perret avvia la sperimentazione sulle

potenzialità espressive del calcestruzzo.



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Fondamenti del calcestruzzo armato

Il calcestruzzo è un materiale

che, a fronte di una buona

resistenza a compressione,

presenta una bassa e irrilevante

resistenza a trazione.

Se però nel calcestruzzo

vengono annegate delle barre

metalliche, situate nella zona

in cui si manifestano gli sforzi,

allora la risposta dell’insieme

(calcestruzzo+armatura) è

sostanzialmente diversa.

Comportamento di una trave in calcestruzzo armato

sottoposta ad un carico concentrato.

Zona di compressione

Zona di trazione

Catalano, A. ; Sansone, C. (a cura di) Concrete 2009. The Building Techniques. I° international congress Technological development of

concrete Tradition, actualities, prospects, Luciano editore, Napoli 2009.

Comportamento di una trave in calcestruzzo

sottoposta ad un carico concentrato.



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La collaborazione tra calcestruzzo e acciaio si basa su precisi presupposti.

Il primo riguarda la compatibilità meccanica ovvero l’aderenza tra acciaio e calcestruzzo:

evitare gli scorrimenti reciproci permette di trasferire gli sforzi dal calcestruzzo all’acciaio e

quindi la perfetta compartecipazione dei due materiali.

Perché questo avvenga è necessario che le armature siano ben ancorate e ben distribuite nel

calcestruzzo. Inoltre, l’aderenza può essere migliorata dall’impiego di armature con particolari

conformazioni superficiali: le barre in acciaio, infatti, possono essere a terminale uncinato e ad

aderenza migliorata.

Piegatura in opera dell’armatura.

Barre uncinate ad aderenza migliorata.



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Oltre alla compatibilità meccanica la

collaborazione calcestruzzo-acciaio è resa

possibile anche da aspetti di compatibilità

fisica e chimica.

La proprietà più importante è sicuramente

quella relativa alla dilatazione termica dei due

componenti.

Nonostante che l’acciaio sia un materiale con

una conduttività termica molto superiore a

quella del calcestruzzo, la dilatazione termica

dei due materiali è praticamente la stessa

(calcestruzzo 0,00001; acciaio 0,000012): se

ciò non fosse, al variare della temperatura

insorgerebbero delle tensioni interne che

porterebbero a quegli scorrimenti reciproci che

contraddirebbero il principio basilare del

calcestruzzo armato.

Lesione verticale.



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Un’ultima proprietà è quella relativa alla completa protezione dell’acciaio dalla corrosione da

parte del calcestruzzo.

Se il calcestruzzo viene realizzato con un basso rapporto acqua-cemento o se il copriferro non è

sufficientemente dimensionato, l’armatura metallica può arrugginire e, aumentando di volume,

può arrivare a lesionare il calcestruzzo.

Posizionamento del distanziatore.

Distacco del copriferro con degrado della struttura.



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Degrado del calcestruzzo armato

Dettaglio di una facciata ammalorata

in calcestruzzo con esposizione dei

ferri e parziale risanamento.

La compattezza e la buona qualità del calcestruzzo,

l’aderenza tra i due materiali e l’adeguato spessore

di copertura sono condizioni necessarie (anche se non

sempre sufficienti) per garantire nel tempo una

buona protezione dell’armatura. I principali

fenomeni di degrado del calcestruzzo faccia a vista

sono ossidazione delle armature, carbonatazione,

dilavamento, termoforesi, condensa.

Di Biase, C. Il degrado del calcestruzzo nell’architettura del Novecento, Maggioli editore, Rimini 2009.



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L’elevata alcalinità del

cemento (pH pari a 12)

assicura una naturale

protezione alle armature

metalliche.

L’anidride carbonica e gli

agenti aggressivi provocano

il degrado del calcestruzzo

con la diminuzione del pH

ed aumento della porosità.

La carbonatazione del

calcestruzzo è un fenomeno

lento e non regolare nel

tempo.

Le armature scoperte si

ossidano: la formazione di

ruggine causa distacchi e

rotture.

Il degrado è più veloce in

calcestruzzo malfatti,

porosi e con copriferro

insufficiente.

Il ripristino protegge le

armature in modo da

garantire una buona

durabilità.



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Superficie piana non adeguatamente

protetta dagli agenti atmosferici.

Dettaglio della facciata in calcestruzzo faccia a vista

ammalorata.



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Recupero del calcestruzzo armato

Il metodo più diffuso per il recupero delle parti strutturali in calcestruzzo armato è il patch

repair: si tratta di un risanamento locale del danno che prevede la rimozione del calcestruzzo

ammalorato, la pulizia e la ripassivazione delle armature, la riparazione della superficie con

malte tissotropiche.

Dettaglio delle parti in calcestruzzo faccia a vista

una volta effettuato l’intervento di riqualificazione.

Viceversa per il recupero del calcestruzzo faccia a

vista, si può intervenire con un trattamento di

protezione superficiale e con l’inserimento di

scossaline (metalliche) di protezione delle parti più

soggette all’aggressione degli agenti atmosferici

(quali, ad esempio, le parti aggettanti).



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Copriferro

n. Classe di esposizione Copriferro minimo (mm)

Armatura Precompresso

01. Ambiente secco 15 20

02. Ambiente umido senza gelo 20 30

Ambiente umido con gelo 25 35

03. Ambiente con gelo e impiego di sali 35 40

04. Ambiente marino senza gelo 35 40

Ambiente marino con gelo 35 40

05.

Ambiente debolmente aggressivo 25 35

Ambiente moderatamente aggressivo 30 35

Ambiente fortemente aggressivo 40 45

La copertura minima delle armature, in funzione delle condizioni di esposizione ambientale

dell’opera in calcestruzzo cementizio armato, è regolata dalla UNI-ENV 1992-1-1 Eurocodice 2:

tale misura è compresa tra i 15,0 mm dell’armatura di una struttura in condizioni normali ai

45,0 mm dell’armatura precompressa in un ambiente fortemente aggressivo.

Dimensioni minime del copriferro in funzione delle caratteristiche ambientali.



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Armatura

Zona di giunzione

45°

r 5 Ø

20 Ø

Giunzione dell’armatura inferiore di una trave.

Ogni elemento dell’armatura (detto ferro), per svolgere la propria funzione, durante la fase di

getto non deve assolutamente cambiare la propria posizione.

Perché questo avvenga i ferri devono essere efficacemente collegati fra loro tramite delle

staffe, per il collegamento trasversale, e da reggistaffe, per l’irrigidimento complessivo della

struttura e per integrare la resistenza a compressione del calcestruzzo.

A ferri appositamente sagomati vanno inoltre affidate le tensioni prodotte da taglio e torsione.

Calcestruzzo armato

2.500 kg/m3

Calcestruzzo

2.200-2.400 kg/m3 + Armatura

100 kg/m3



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Armatura

L’armatura del calcestruzzo armato si può distinguere in tre categorie:

1. armatura principale: quella che assorbe gli sforzi di trazione;

2. armatura secondaria: quella che assorbe gli sforzi di taglio;

3. armatura complementare: quella che non ha un preciso compito statico ma si rende

necessaria per il posizionamento delle altre due (reggistaffe, ripartitori, etc.).

L’armatura di una trave.

Armatura secondaria (staffe)

Armatura primaria



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Armature

Legatura

Staffa Ø 6÷8 mm

Ferri sagomati per il taglio

Uncino

Reggistaffe

Armatura di una trave.



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Posa in opera

La realizzazione in opera di strutture in calcestruzzo

armato avviene con una serie di operazioni secondo

un preciso ordine cronologico ovvero:

1. allestimento delle casseforme. Si tratta di opere

provvisionali atte a dare forma e contenere il

getto di calcestruzzo. Possono essere

reimpiegabili o a perdere: sono costituite da

lamiere in acciaio, compensato, cartone, materie

plastiche, ma perlopiù sono costituiti da tavole in

legno di abete dello spessore di 2,5 cm. Le parti

interne delle casseforme vengono di solito coperte

da sostanze che facilitano il distacco del

calcestruzzo;

2. posizionatura delle armature. Quando è possibile

l’armatura viene collocata già montata sotto

forma di gabbia. In alcuni casi i punti 1 e 2 si

possono invertire;

3. getto del calcestruzzo. Durante tale fase si deve

prestare particolare attenzione affinché la

distribuzione avvenga in modo omogeneo;

4. maturazione. Durante i primi giorni è opportuno

mantenere bagnata la superficie;

5. disarmo. Consiste nello smontaggio delle

casseforme. Getto del calcestruzzo.



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Casseforme

Cassaforma per trave in calcestruzzo armato composta da tavole

in legno e sostegno verticale in metallo (puntello o “cristo”).

Cassaforma per solaio.



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Casseforme

Cassaforma per setti di calcestruzzo armato.



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Casseforme

Pilastro in calcestruzzo armato casserato (A) e scasserato (B).



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Getto del calcestruzzo

Quando si trasporta o si getta il calcestruzzo è necessario prestare

attenzione affinché i componenti non si separino: infatti, essendo gli

inerti più grossi anche più pesanti gli stessi tendono a spostarsi verso

il basso, mentre la sabbia e l’acqua a risalire verso la superficie.

Per evitare che ciò avvenga è necessario che il calcestruzzo non

subisca eccessivi scuotimenti e che non sia lasciato cadere da altezze

troppo elevate o che non sia fatto scorrere lungo scivoli troppo larghi

e lunghi.



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Affinché non restino nel calcestruzzo delle bolle d’aria e per assicurarsi che lo stesso

calcestruzzo avvolga completamente l’armatura metallica, si esegue, subito dopo il getto, una

operazione di costipamento, per lo più attraverso apparecchi vibranti ad immersione nel

calcestruzzo fresco.

La vibrazione ben eseguita provoca la massima compattezza, un buon assestamento della massa,

l’eliminazione delle bolle d’aria e lo scolamento dell’acqua superflua, oltre a creare pericolose

discontinuità nel materiale.

L’operazione di vibrazione assicura un maggior costipamento del calcestruzzo.



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Il getto del calcestruzzo deve avvenire sempre a tratti orizzontali di spessore variabile a

seconda della dimensione massima degli inerti e del mezzo che viene impiegato per il

costipamento.

Se il calcestruzzo è assestato a mano, lo spessore sarà non maggiore di cm 15, mentre se il

costipamento viene effettuato mediante vibratori, lo strato può essere anche di 40/50 cm. Con

il pompaggio con mezzi meccanici è possibile gettare in 1 ora fino a 20-25 m3 di calcestruzzo ad

una distanza di 150 m e ad un’altezza di 75 m.

Collocamento errato e vibrazione non

sistematica.

Collocamento corretto e vibrazione

sistematica.

1

2

3

Crepe

Sgretolazione 1 2 3

Φ

15 cm 40-50 cm

2 Φ 10 Φ 10 Φ

Vibratore ad immersione



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Finiture superficiali

Per realizzare finiture superficiali con

particolari requisiti estetici non ci sono

norme particolari da adottare se non

quella della qualità del fondo cassero e

della manodopera.

Il colore e la finitura delle superfici del

calcestruzzo a vista sono dovuti non solo

al tipo di cemento utilizzato ma anche

dalla granulometria degli inerti e dal

rapporto acqua/cemento.

Per la finitura del calcestruzzo faccia a

vista è importante la scelta del tipo di

legno da utilizzare per le casseforme e il

posizionamento delle tavole che

consentono di ottenere differenti

texture. Particolare attenzione deve

essere posta nel disarmo delle

casseforme, che potrebbe causare

screpolature sulla superficie a vista della

struttura: esistono per tali ragioni dei

prodotti chimici che agevolano lo

smontaggio. Dettaglio di una superficie in calcestruzzo faccia a

vista.



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Calcestruzzi colorati

Per ottenere calcestruzzi colorati si usano gli ossidi minerali ridotti in polveri finissime, che

mescolate all’impasto conferiscono alla massa del calcestruzzo una determinata colorazione.

Si possono ottenere superfici di colore:

- bianco, con impiego di ossidi di titanio;

- verde, con impiego di ossido di cromo;

- arancione, con impiego di ossidi di ferro idrato;

- rosso, con impiego di ossidi di ferro;

- nero, con impiego di ossido di manganese.

Occorre precisare che i coloranti aggiunti all’impasto riducono sensibilmente la resistenza del

calcestruzzo: si ottiene lo stesso effetto quando gli inerti non sono perfettamente puliti. È

quindi indispensabile non superare la percentuale del 10% sul peso del cemento impiegato.

Herzog e de Meuron, Forum, Barcellona (E) 2004.



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Dopo decenni di studi e ricerche, con risultati

deludenti a causa della scarsa resistenza dei

materiali adottati, nel 1929 Eugène Freyssinet

deposita il brevetto del calcestruzzo armato

precompresso e nel 1936 avvia un’importate

produzione di fabbricati caratterizzati

dall’impiego di strutture in calcestruzzo armato

precompresso.

Tra le più autorevoli delle realizzazioni vanno

ricordati l’Hangar dell’aeroporto Orly di Parigi

(1920-21) e il Ponte di Luzancy sulla Marna (1946)

non lontano da Parigi, costituito da un'unica

campata di 55 m di luce e 8 m di larghezza (una

carreggiata e due marciapiedi).

Nel 1949 viene fondata l’Associazione Scientifica

della Precompressione: l’anno successivo quattro

ingegneri (l’italiano Rinaldi, l’olandese

Bruggeling, l’inglese Gooding e lo spagnolo Conte)

chiedono la formazione ufficiale di una specifica

federazione internazionale che sancisce di fatto

l’affermazione di tale tecnica.

Freyssinet, E. Hangar Orly, Paris (F) 1920-21.

Marandola, M. La costruzione in precompresso, ilSole24Ore, Milano 2010.

Calcestruzzo armato precompresso



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Calcestruzzo armato precompresso

Trave precompressa appoggiata.

La compressione preventiva cambia

radicalmente la funzione dell’armatura:

quest’ultima infatti, essendo posta in trazione,

deve trasferire al calcestruzzo una

sollecitazione di compressione.

L’armatura non deve quindi assorbire gli sforzi

di trazione durante l’uso ma deve conferire al

calcestruzzo la capacità di assorbire

integralmente le sollecitazioni di flessione. Tali

tensioni, provocate quindi indipendentemente

dalle azioni esterne, possono essere realizzate

soltanto quando i cavi di acciaio ad altissima

resistenza (armonico) non sono ancora

vincolati al conglomerato cementizio.

Nunziata, V. Strutture in acciaio precompresso, Dario Flaccovio editore, Palermo 1998.



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Pre-tensione (precompressione a cavi aderenti)

La trazione, che avviene con martinetti e

ancoraggi, può avvenire prima (pre-

tensione) e dopo (post-tensione) il getto di

calcestruzzo.

Nel sistema di precompressione a cavi

aderenti, una volta disposta la cassaforma, i

cavi di precompressione vengono tesi fra

due supporti esterni: successivamente viene

effettuato il getto di calcestruzzo che

avvolge i cavi pretesi. Avvenuta la

maturazione del conglomerato il cavo viene

svincolato dagli ancoraggi fissi. Il

conseguente accorciamento elastico del

cavo viene contrastato dal calcestruzzo,

oramai indurito, al quale viene trasferito,

per aderenza, lo sforzo di compressione.

Le estremità delle armature tagliate devono

essere infine protette contro il pericolo

della corrosione mediante un ricoprimento

di materiali protettivi o con un getto di

calcestruzzo in opera.


Messa in tensione dei cavi

Eliminazione della tensione



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Post-tensione (precompressione a cavi scorrevoli)

Nel sistema di precompressione a cavi post-

tesi, prima del getto del calcestruzzo nelle

casseforme si predispongono l'armatura lenta

e gli alloggiamenti (guaine) che dovranno

accogliere i cavi di precompressione.

Una volta maturato il calcestruzzo, che viene

costipato per mezzo di vibratori, si infilano i

cavi nelle guaine e si effettua la tesatura

mediante martinetti idraulici. Infine, si

provvede a riempire i fori di alloggiamento

dei cavi mediante iniezione con malta sotto

pressione.

Il profilo della guaina deve essere studiato in

modo tale da consentire il corretto

trasferimento delle forze di precompressione

dalle armature al calcestruzzo. Questo

sistema di precompressione viene utilizzato

principalmente per la realizzazione di travi di

grande luce quali ad esempio gli impalcati da

ponte.

Iniezione di riempimento della guaina.

Tesatura e ancoraggio.

Getto del calcestruzzo.

Guaina e cavi

Posa dei cavi lenti in apposite guaine.



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Acciaio per calcestruzzi armati precompressi

Gli acciai da precompressione, che si

comportano diversamente dagli acciai per

armatura lenta, sono gli acciai armonici

ovvero acciai al silicio ad alto tenore di

carbonio (0,80-0,90%), quindi particolarmente

duri, temprati in olio 780-800 °C. L’elevato

tenore di carbonio è giustificato dalla

mancata necessità di garantire la proprietà di

saldabilità rispetto agli acciai per calcestruzzo

armato ordinario. Gli acciai armonici sono

caratterizzati da una elevata resistenza

meccanica, da una deformazione plastica

relativamente bassa ma comunque da una

adeguata duttilità all'allungamento.

Testa di ancoraggio.



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Armatura

Componente antagonista al taglio

Componente antagonista al

precompressione

L’impiego del calcestruzzo armato precompresso è utile in presenza di strutture fortemente

sollecitate oppure quando si vogliono ridurre le dimensioni degli stessi elementi. Rispetto ad una

struttura in calcestruzzo armato un elemento precompresso può ridurre le quantità di acciaio

del 70-80%: i costi complessivi rimangono però superiori perché l’acciaio deve essere di qualità

superiore e le apparecchiature per la tensione e le iniezione di malta (post-teso) sono

particolarmente costose. Inoltre, le maestranze non possono non essere qualificate.

Tubo di iniezione

Spirale

Piastra di ripartizione

Testa di ancoraggio

Spessori di appoggio



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Tipologia di armatura

Tipologie di armatura.

L'armatura per la precompressione può essere fornita sotto

forma di:

- filo: prodotto trafilato a sezione piena con diametro

variabile tra 5 e 8 mm che viene fornito in rotoli lisci

(che non possono essere impiegati per strutture ad

armatura pre-tesa) o corrugati (per migliorare

l'aderenza con il calcestruzzo e favorire l'ancoraggio);

- treccia: fornita in rotoli costituite da 2 o 3 fili avvolti ad

elica intorno al loro comune asse longitudinale;

diametro, passo e senso di avvolgimento dell'elica sono

uguali per tutti i fili della treccia;

- trefolo: fornito in rotoli, realizzato da gruppi di fili

avvolti ad elica in uno o più strati intorno ad un filo

rettilineo disposto secondo l'asse longitudinale

dell'insieme e completamento ricoperto dagli strati. Il

passo e il senso di avvolgimento dell'elica sono uguali

per tutti i fili di uno stesso strato;

- barra: prodotto laminato a sezione piena che viene

fornita in elementi rettilinei. Sono in genere corrugati

per favorire l'aderenza.



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Vantaggi e svantaggi

Il calcestruzzo armato precompresso, che raramente si realizza in opera, è caratterizzato da

elevati standard qualitativi dovuti al processo realizzativo che solitamente avviene in officina.

Gli interventi di manutenzione sono rari e programmati. Il peso di una struttura in calcestruzzo

armato precompresso è inferiore a quello di una struttura in calcestruzzo armato.

Il trasporto in cantiere di struttura in calcestruzzo armato precompresso, che possono essere

lunghe anche più di 30 m e pesare decine di tonnellate, può creare seri problemi logistici.

Morandi, R. Ponte Bisantis, Catanzaro (I) 1958-62.

110 m

231 m

468 m



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