Materiali per costruzioni

I moderni materiali per le strutture delle moderne costruzioni possono essere classificati nel seguente modo: legno, muratura, calcestruzzo, acciaio, alluminio e materiali fibro rinfozati. Tali materiali possono a loro volta essere suddivisi in funzione delle loro caratteristiche specifiche. Il legno può essere in essenza naturale o in struttura lamellare, la muratura può essere in pietra naturale o in pietra artificiale, il calcestruzzo può essere calcestruzzo ordinario o calcestruzzo ad alta resistenza comunemente detto anche speciale, l'acciaio può essere per il cemento armato o da carpenteria, diverse tipologia a seconda dele esigenze possono essee individuate anche per l'alluminio ed i materiali fibro rinfozati (individuati generalmente con la sigla FRP).

Ognuno di tali materiali si presta per specifiche applicazioni in funzione delle sue caratteristiche peculiari ed in modo particolare quelle di resistenza e di deformabilità.

Una delle strutture più antiche e famose risale al 27 a.C. per la quale impasto di pozzolana, calce, pietrisco ed acqua fu usato dai romani per realizzare la cupola del Pantheon (diametro interno superiore ai 40 metri). Le origini del cemento armato (brevemente c.a.) risalgono al 1867, quando Monier arma con fil di ferro i vasi da giardino che realizzava in calcestruzzo.

Negli anni immediatamente successivi furono realizzate le prime costruzioni complete con una ossatura portante monolitica in c. a. strutture che prevedevano plinti di fondazione, travi rovesce o platee, pilastri, travi principali, travi secondarie e solette. Si può affermare che mediamente un metro cubo di calcestruzzo dal peso specifico di circa 25 kN per metro cubo occorrono un quantitativo di acqua tra 120 litri e 150 litri, circa trecento Kg di cemento, circa 0,40 metri cubi di sabbia, 0,80 metri cubi di ghiaia. L'acqua unita al legante costituiscono la matrice cementizia, il legante è il cemento ossia un legante idraulico.

Portland e kinkler

Il legante, attiva il processo chimico di indurimento una volta che è stato immerso in acqua. Il modello tipo di riferimento per il cemento, noto in tutto il mondo è il cemento di tipo Portland. Il cemento di tipo Portland si ottiene cuocendo ad alta temperatura (compresa tra 1400 gradi centigradi e 1500 gradi centigradi) una miscela di calcare ed argilla.

Il rapporto tra calcare ed argilla è dell'ordine o nella proporzione di circa 1 a 3, successivamente alla cottura esso è macinato finemente, tale macinazione produce quello che tecnicamente è identificato come Klinker. Per la realizzazione del calcestruzzo occorre della sabbia, del pietrisco.

La sabbia deve essere ruvida, generalmente estratta dalle cave e non deve essere mai sabbia di origine marina. Il pietrisco deve essere costituito da frammenti di roccia di varia pezzatura estratti dalla cava.

Il pietrisco dovrebbe essere lavato prima dell'utilizzo, infatti, argilla e materie organiche interponendosi possono ostacolare l'aderenza tra il cemento e l'inerte. In generale il pietrisco migliore è quello di roccia silicea perché si rompe secondo vari piani di rottura presentando superfici scabrose che consentono una migliore aderenza con il legante,cemento. In alcune regioni italiane viene utilizzato del pietrisco di roccia calcarea.

Questo non è dei migliori per la realizzazione del calcestruzzo, infatti il pietrisco di roccia calcare rompendosi secondo un unico piano di rottura presenta facce lisce, quindi maggiormente scivolose nei confronti del legante cementizio. I principali fattori che influenzano la resistenza del calcestruzzo sono: il tipo e la quantità di cemento, la natura degli inerti, la qualità e la quantità di acqua utilizzata, il sistema di stagionatura (semplicemente ignorato in molti casi) cosi come sono spesso ignorati anche i significativi fattori climatici. Il rapporto acqua su cemento ha una notevole influenza sulla resistenza a compressione del calcestruzzo, il rapporto ideale per avere un cls resistente e lavorabile è generalmente compreso tra lo 0, 4 e lo 0,5. Per aumentare la resistenza del cls e preservarne la fluidità è possibile aggiungere alcuni additivi fluidificanti, innumerevoli ne sono disponibili in commercio.