Corso di Laurea in Architettura Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso [email protected] 10 16 10 14 CA 2 Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Terminal TWA (J. F. Kennedy Airport di New York), Eero Saarinen, 1956-62 Il calcestruzzo armato CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato Calcestruzzo cementizio armato Materiale composito CALCESTRUZZO Acqua + legante (cemento) + sabbia + ghiaia/pietrisco + ACCIAIO CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato L’unione di questi due materiali è resa possibile e vantaggiosa da alcune loro caratteristiche: buona resistenza a compressione del cls unita alla ottima resistenza a trazione dell’acciaio adeguata protezione offerta dal cls all’acciaio rispetto agli incendi ed alla corrosione vantaggioso rapporto tra costo e prestazioni aderenza tra i due materiali aumentata dalla superficie corrugata delle armature coefficienti di dilatazione termica pressoché uguali Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato I principali inconvenienti del c.c.a. sono: notevole contenuto di energia incorporata per la produzione del cls e dell’acciaio (L’energia incorporata è l’energia consumata durante la produzione/costruzione, inclusa l’estrazione, la produzione, il trasporto, l’installazione, ecc.) elevata densità (circa 2500 kg/m3) che rende le strutture piuttosto pesanti lentezza della costruzione (il disarmo delle casseforme non avviene prima di 3 – 4 giorni dal getto la piena agibilità delle strutture non prima di 28 giorni) impossibilità di realizzazione in condizioni climatiche estreme elevato coefficiente di dilatazione termica, che impone l’esigenza di realizzare giunti di frazionamento e/o dilatazione ogni 30 – 50 metri di costruzione elevata conducibilità termica ridotto assorbimento acustico dei rumori da impatto Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato Acciaio e Tipologie di armature L’acciaio è una lega di ferro e carbonio. Per il cemento armato ordinario si usano acciai di tipo dolce, ossia con una percentuale di carbonio molto bassa (circa lo 0,2%) con l’aggiunta, durante la fase produttiva, di piccole quantità di altri elementi, entro limiti massimi precisi, al fine di migliorarne le proprietà meccaniche. L’acciaio può essere lavorato per ottenere Barre Rotoli Reti Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato Acciaio e Tipologie di armature La normativa prevede due tipi di acciaio per cemento armato: B450C e B450A. Devono essere: SALDABILI E AD ADERENZA MIGLIORATA, ovvero dotati di nervature o indentature trasversali, uniformemente distribuite sull’intera lunghezza, atte ad aumentarne l’aderenza al conglomerato cementizio. Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Acciaio e Tipologie di armature Barre ad aderenza migliorata Profili pieni, lisci a sezione circolare utilizzati nelle armature di pilastri, travi e solai in cls. armato. Ottenute per laminazione subiscono una ulteriore laminazione per dare la sagomatura e l’impronta permanente che garantisce il miglioramento dell’aderenza acciaio – cls. Sul mercato nazionale si riconoscono dalla sigla FeB38K e FeB44K. Reti elettrosaldate Reti costituite da due ordini di barre (tondini) di acciaio saldati nei punti di contatto. Il diametro dei tondini impiegati può variare tra i 4 e i 12 mm, mentre le dimensioni delle reti solitamente sono di 5x2,25 mt. Il calcestruzzo armato CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Fasi operative_ getto in opera Preparazione ferri Realizzazione cassaforme Getto calcestruzzo … dei pilastri fino all’intradosso delle travi … delle travi e di completamento dei solai Il calcestruzzo armato CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Fasi operative_ getto in opera Il calcestruzzo armato CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Fasi operative_ getto in opera_ cassero a perdere Il calcestruzzo armato CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato_ PROFILO STORICO L’impiego del cemento armato fu preannunciato alla fine del XVIII secolo da alcune strutture realizzate con blocchi di pietra naturale uniti da elementi metallici: PIETRA ARMATA. Tecnica che ha ritrovato applicazione nell’opera di R. Piano J.-G. Soufflot, Sainte-Geneviève, 1764-1790 Chiesa di Padre Pio a S. Giovanni Rotondo Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato_ profilo storico In realtà gli iniziatori della nuova era furono modesti artigiani: Lambot, con una piccola barca in cemento rinforzata da un graticcio metallico (1847), Monier con dei vasi da fiori modellati adottando concetti analoghi (1849); infine Coignet che, già nel 1847, aveva realizzato l’intera ossatura di un vero e proprio edificio con un getto cementizio. La barca costruita da J.L. Lambot nel 1855 per l’Esposizione Universale Vasi per l’orticoltura, J. Monier, 1877-78 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato_ profilo storico In realtà gli iniziatori della nuova era furono modesti artigiani: Lambot, con una piccola barca in cemento rinforzata da un graticcio metallico (1847), Monier con dei vasi da fiori modellati adottando concetti analoghi (1849); infine Coignet che, già nel 1847, aveva realizzato l’intera ossatura di un vero e proprio edificio con un getto cementizio. F. Coignet Reinforced Concrete System Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato_ profilo storico Negli ultimi decenni del secolo spiccava la figura carismatica di un grande costruttore, il belga Hennebique, (periodo dei «primi realizzatori») che realizzava per il tramite di vere e proprie agenzie di costruzione. Strutture realizzate secondo brevetto Hennebique Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato_ profilo storico AUGUSTE PERRET Il linguaggio architettonico usato da Perret, sia nel progettare chiese sia nel disegnare hangar e silos per parcheggi (veri edifici dei tempi moderni), riuscì ad applicare il razionalismo progettuale alla rudezza percettiva del cemento armato, offrendo a quest’ultimo un ruolo innovativo e autosufficiente sotto il profilo estetico. Garage in Rue Ponthieu Casa di Rue Franklin Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato MAISON DOM-INO 1915_ Le Courbusier Il calcestruzzo armato_ profilo storico CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato JOHNSON WAX_ F. ll. Wright Il calcestruzzo armato_ profilo storico CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato_ profilo storico Cappella di RONCHAMP_ L’uso del cemento armato facciavista in Le Courbusier CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato_ profilo storico P.L. NERVI e l'espressività del tracciato delle forze. Aviorimessa 1935 Palazzo esposizioni Torino, 1947-50 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Sidney Opera House 1956-66_J. UTZON La copertura, con l’inconfondibile teoria di superfici a doppia curvatura è realizzata in c.a. precompresso, con una complessa gerarchia di travi principali, travi secondarie e piastre di solaio, tutte prefabbricate e dotate di una geometria ripetitiva. La definizione della geometria dei gusci rivela un aspetto interessante della storia di questo edificio: per dominare la complessa geometria cuspidata del progetto e per ottenere la ripetibilità dei pezzi da prefabbricare. Utzon fa ricorso all’uso delle diverse sezioni di un’unica sfera. Il calcestruzzo armato_ profilo storico CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato_ profilo storico Spazi di Abraxas (1960/65)_ RICARDO BOFILL_ Il cemento armato prefabbricato nell’architettura contemporanea CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato_ profilo storico Otto Stiedle residenze in Osterwaldstrasse Munchen (D) 1969 CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Sistemi industrializzati di getto in opera L’obiettivo è razionalizzare e meccanizzare in modo integrale i tradizionali getti in opera; il procedimento trasferisce in edilizia le tecniche impiegate nelle opere infrastrutturali (viadotti e dighe), dove venivano impiegate casseforme metalliche unificate di tipo «marciante» che stavano dando importanti risultati. Per industrializzazione edilizia si intende la produzione in serie di elementi edilizi o interi edifici con l’impiego di macchine. Il calcestruzzo armato_ processi produttivi CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato_ processi produttivi CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Prefabbricazione Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato_ processi produttivi CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Prefabbricazione Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato_ processi produttivi CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Prefabbricazione_ Arch. P.L. Spadolini, Palazzo degli affari Firenze 1973 CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Precompressione Il sistema della posttensione – con i cavi inseriti in guaine – è stato brevettato da Freyssinet solo nel 1940 anche se altri, negli anni precedenti, avevano delineato il procedimento. Il calcestruzzo armato_ processi produttivi CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Precompressione_ A FILI ADERENTI (pre-tensione) Tale tecnica consiste nel disporre i cavi d’acciaio (generalmente fili φ 4,6) con i quali realizzare la precompressione nella posizione voluta e tesarli con due martinetti idraulici (o al limite con uno soltanto) vincolati a due blocchi di ancoraggio solidali con il terreno. Raggiunto lo sforzo normale voluto esso viene mantenuto il tempo necessario per effettuare il getto di calcestruzzo e per realizzarne la presa e l’avvio del suo indurimento. Passato qualche giorno dall’inizio della presa e raggiunte così le opportune caratteristiche di resistenza del cls, i fili vengono tagliati in corrispondenza delle sezioni terminali dell’elemento. I fili non più tesi tenderanno ad accorciarsi, fenomeno al quale si oppone il cls che di conseguenza risulta essere luogo di uno stato coazione (precompressione). Tale metodo è ampiamente utilizzato per la produzione industriale di elementi prefabbricati in c.a.p. Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Precompressione_ PRECOMPRESSIONE A FILI ADERENTI Banco di precompressione per travi in c.a.p. a fili aderenti prefabbricate CA 2 Corso di Tecnologia dell‘Architettura B a.a. 2014/15 Prof.ssa Caterina Frettoloso Sistemi ed elementi costruttivi in cemento armato CA 2 Il calcestruzzo armato_ processi produttivi Precompressione_ A CAVI POST-TESI Tale tecnica consiste nel predisporre prima del getto di cls guaine di piccolo spessore nelle posizioni prestabilite dal progetto. A getto avvenuto e al raggiungimento delle opportune caratteristiche meccaniche del cls vengono inseriti dei cavi d’acciaio armonico (generalmente trecce o trefoli) messi successivamente in tensione da martinetti idraulici a contrasto con l’elemento di cls. Raggiunto il livello di tensione voluto che corrisponde evidentemente allo stato di precompressione voluto si inetta della malta di cemento nelle guaine (protezione delle armature dalla corrosione) e si tolgono i martinetti dopo aver bloccato nella maniera più opportuna le estremità del cavo alle testate della trave. L’efficacia del metodo dipende evidentemente dall’efficacia degli ancoraggi terminali.
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