L’acciaio e il cemento armato sono tra i materiali con funzione strutturale più utilizzati nel settore edile.
La loro diffusione in tutto il mondo e trasversalmente al tipo di edilizia è dovuta alle qualità intrinseche di questi due materiali, che comportano ciascuno una serie di vantaggi e di svantaggi nell’utilizzo.
Il cemento armato è costituito dall’unione di due materiali, il calcestruzzo e l’acciaio.
L’acciaio è rappresentato da barre a sezione circolare, che vengono disposte secondo uno schema preciso e poi sommerse dal getto di calcestruzzo all’interno delle casseforme, che segnano la geometria della struttura.
Le strutture in calcestruzzo armato risultano quindi formate da una matrice lapidea, o getto, e da elementi lineari in acciaio. La matrice si ottiene con impasti di inerti naturali o artificiali, mescolati con cemento, acqua ed eventualmente additivi.
Dopo che è stata messa in opera, la miscela necessità di 12/24 ore per solidificare superficialmente e mesi, o addirittura anni, per maturare.
Il calcestruzzo è molto utilizzato per la sua caratteristica di resistenza per la compressione. L’acciaio viene unito proprio per conferire al cemento armato la resistenza a trazione e la duttilità tipiche di questo metallo.
L’accoppiamento dà vita a un materiale che garantisce buone prestazioni a diversi stati di sollecitazione. Con questa tecnologia, si realizzano anche manufatti complessi e ossature per grandi opere.
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Da sempre la storia dell’acciaio è unita al mondo delle costruzioni. L’utilizzo di questo metallo è segnato dai progressi tecnologici che hanno migliorato il processo produttivo e la qualità del materiale, decretandone l’impiego sempre crescente.
L’acciaio è una lega composta principalmente da ferro e carbonio. Sul mercato ne esistono molti tipi, con caratteristiche diverse, a seconda della composizione, del processo produttivo, dell’utilizzo.
La lega di acciaio ha elevata resistenza a trazione, flessione, torsione e taglio ed è praticamente non combustibile. Inoltre, resiste alla corrosione.
Ha un elevato rapporto tra resistenza e peso, che permette di costruire strutture leggere, con intrinseci vantaggi, come per esempio la bassa sensibilità alle sollecitazioni sismiche.
Nonostante la contrazione del mercato edile nel periodo post crisi economica, la quota di mercato delle strutture in acciaio è cresciuta (fonte: Fondazione Promozione Acciaio, Indagine sull’impiego dei materiali nel mercato delle costruzioni non residenziali in Italia, analisi della diffusione dei prodotti in acciaio – trend degli ultimi dieci anni e sviluppi futuri del mercato immobiliare – Fondazione Promozione Acciaio, Novembre 2015), complice la percezione delle opportunità fornite dal materiale e dal metodo costruttivo a secco.
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L’edilizia moderna è chiamata a dare il suo contributo per ridurre le emissioni di CO2 e l’impatto ambientale delle costruzioni, sia in fase di realizzazione che di utilizzo, che di dismissione degli edifici.
La logica del costo economico, seppure importante, non può essere l’unico aspetto da considerare nella scelta del materiale strutturale e, di conseguenza, della tecnica costruttiva.
Le costruzioni con struttura portante in acciaio sono leggere e duttili. La duttilità di questa lega garantisce l’assorbimento dell’energia sismica, grazie alle elevate riserve plastiche dell’acciaio.
L’acciaio, inoltre, offre una massa sismica inferiore al cemento armato. In conseguenza della sollecitazione di un moto sismico, all’interno di un edificio nascono forze d’inerzia orizzontali, proporzionali alla massa: più questa è grande, maggiore è il pericolo di oscillazione. Una struttura leggera è soggetta a forze d’inerzia più contenute rispetto a una massa maggiore.
La sostenibilità ambientale è un aspetto imprescindibile anche e soprattutto nel mondo delle costruzioni. Non solo intesa come efficienza energetica, parametro divenuto ormai noto ed esplicitato in diverse normative per le nuove costruzioni e per la riqualificazione energetica.
L’acciaio è un materiale riciclabile, che può essere recuperato al 100%. Questa proprietà di essere riutilizzato potenzialmente un’infinità di volte viene indicata con il termine up-cycling, a indicare che, con il riciclo, si ottiene un materiale con le stesse proprietà di quello di partenza.
Alla fine del ciclo di vita utile, il cemento può essere interamente riciclato. Tuttavia, per ragioni di gestione del processo e di convenienza, il destino dei rifiuti inerti è la frantumazione per il riuso per operazioni di riempimento, realizzazione di massetti e sottofondi. Tutte operazioni dequalificanti del rifiuto, dette appunto down-cycling.
I componenti dei progetti, quali travi o pilastri, e addirittura tutta la struttura in acciaio possono essere smontati e rimontati in un luogo diverso, senza bisogno di modifiche o di generare un rifiuto.
Questo è possibile nei casi in cui vi sia un'attenta progettazione e quando il processo di smontaggio e montaggio sia stato preso in considerazione fin dalle prime fasi progettuali.
I manufatti in cemento, come detto, non possono essere smontati e riutilizzati, ma solo riciclati per utilizzi di qualità e funzionalità inferiori, dopo aver subito un processo di scomposizione o demolizione.
Le strutture in cemento armato sono vulnerabili agli agenti esterni. Per contrastare il degrado, occorre utilizzare una composizione di calcestruzzo conforme all’aggressività ambientale e programmare una corretta manutenzione dei manufatti.
L’acciaio è chimicamente poco vulnerabile agli agenti esterni. La sua durabilità è favorita dal fatto che le strutture vengono prodotte secondo un processo industriale, soggetto a rigidi controlli. In questo modo, il rischio di difetti dell’acciaio, che comportino il danneggiamento della struttura nell’interazione con l’ambiente, si riduce.
In particolare, contro il pericolo dell’ossidazione l’acciaio viene trattato con processi di zincatura o applicazione di vernici protettive, conformemente all’aggressività dell’ambiente.
La tecnologia costruttiva influisce in modo determinante sui tempi di realizzazione di un manufatto edile.
Il sistema costruttivo stratificato a secco abbinato alle strutture in acciaio consente una messa in opera in cantiere rapida e precisa. I mezzi di sollevamento sono minori, meno costosi e meno ingombranti. Il cantiere risulta più pulito e sicuro.
Il sistema costruttivo tradizionale a umido, prevede tempi di realizzazione e di maturazione sensibilmente più lunghi, maggiore utilizzo di mezzi di sollevamento e un maggiore rischio di imprevisti in cantiere.
Il processo costruttivo a secco garantisce una maggior precisione e corrispondenza tra la fase di progetto e la fase di realizzazione. I componenti industrializzati e ingegnerizzati, infatti, vengono progettati con dettagli dell'ordine del millimetro e assemblati in cantiere.
Le costruzioni in calcestruzzo armato, di contro, pur essendo soggette a calcoli strutturali e progettazione, sono soggette alla variabilità della posa in opera in cantiere, che può causare delle differenze tra il progetto e le opere realizzate.