Caratteristiche del cemento armato precompresso

La normativa italiana sul cemento armato precompresso

La legge quadro che introdusse nel nostro Paese la possibilità di progettare strutture in calcestruzzo armato precompresso fu la N.1086 del 5 Novembre 1971 dal titolo: "Norma per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio, normale e precompresso ed a struttura metallica". Tale Norma è stata costantemente aggiornata nel tempo per tenerla al passo sia delle normative internazionali sia dei miglioramenti che il progresso tecnologico consente di ottenere dai materiali, con particolare riguardo alle qualità dei cementi e degli acciai. ll Ministero delle Infrastrutture con il Decreto Ministeriale del 14 Gennaio 2008, pubblicato nella Gazzetta Ufficiale del 4 Febbraio 2008, dal titolo: "Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni", detta al Capitolo 4 le regole che devono essere rispettate per la realizzazione delle strutture in cemento armato precompresso. Tra queste regole non possono essere trascurati i fondamentali e rigorosi controlli di qualità su tutti i materiali costituenti l'elemento precompresso, primo fra tutti il controllo della corrosione degli acciai da precompressione.

I materiali utilizzati nella precompressione

Le strutture precompresse sono sottoposte a tensioni elevate; pertanto è necessario che il calcestruzzo sia confezionato con la massima cura e che presenti caratteristiche meccaniche adeguate. Dopo 28 giorni di stagionatura si possono raggiungere resistenze alla compressione intorno ai 500 daN/cmq, ma il calcestruzzo deve essere resistente anche nel momento della messa in tensione degli acciai per ridurre l'entità del "fluage", cioè dell'accorciamento naturale sotto carico, il quale riduce la tensione degli acciai e, quindi, la capacità portante dell'elemento strutturale. Gli acciai per armature da precompressione, denominati "armonici", sono forniti nelle forme seguenti: fili, barre, trecce, trefoli. Tali forme sono caratterizzate da basse cadute per rilassamento, fenomeno che prima dell'avvento degli acciai armonici non rendeva realizzabile la precompressione.

I sistemi per applicare la precompressione

I sistemi per attuare la precompressione sono a cavi aderenti o a cavi scorrevoli. Con la tecnica a cavi aderenti (pre-tensione) si posizionano nei casseri le armature d'acciaio armonico che vengono tese ai valori indicati dal progettista della struttura. Quindi si getta il calcestruzzo e si attende che la massa del getto abbia raggiunto una determinata resistenza; allora si liberano le armature dalla tensione data inizialmente. Poiché le armature sono aderenti al calcestruzzo non possono contrarsi e per reazione trasmettono al getto una forza di compressione uguale alla loro trazione. Con il procedimento a cavi scorrevoli (post-tensione) si realizza prima l'elemento in calcestruzzo, all'interno del quale sono presenti dei cavidotti lungo i quali si predispongono le armature che sono poi poste in trazione con tecniche particolari.

Gli impieghi del cemento armato precompresso

La precompressione è una tecnica ormai largamente utilizzata in tutti i campi dell'ingegneria strutturale. Gli impieghi sono correlati proprio alle due metodiche della pre-tensione e della post-tensione. Il metodo della pre-tensione è conveniente per la produzione in stabilimento di elementi uguali dotati di una piccola sezione trasversale. In genere, i manufatti prodotti sono orizzontali: travetti per solai, travi di grande luce per coperture di edifici industriali, traversine ferroviarie. Il procedimento della post-tensione richiede l'uso di apparecchiature più complesse e costose, come le guaine, gli ancoraggi, le centraline mobili di tiro. Con questa tecnica si realizzano manufatti di grandi dimensioni utilizzati nella costruzione degli impalcati di ponti e viadotti, oppure grandi contenitori, come silos e serbatoi circolari.

Domande frequenti

Qual è la differenza principale tra pre-tensione e post-tensione nel cemento armato?

La differenza fondamentale risiede nell'ordine temporale delle operazioni. Nella pre-tensione, le armazioni in acciaio armonico vengono tese prima di versare il calcestruzzo; una volta indurito il materiale, le tensioni vengono rilasciate e trasferite al getto per aderenza. Al contrario, nella post-tensione, si versa prima il calcestruzzo inserendo dei cavidotti; successivamente, le armature vengono inserite e tese all'interno di questi condotti. La pre-tensione è ideale per elementi standardizzati in stabilimento, mentre la post-tensione permette di realizzare strutture di grandi dimensioni direttamente in opera.
Perché il calcestruzzo per la precompressione deve avere alte resistenze iniziali?

È cruciale perché il calcestruzzo deve sopportare le elevatissime tensioni applicate dagli acciai durante la fase di messa in precompressione. Se il materiale non ha ancora sviluppato sufficiente resistenza, potrebbe subire danni strutturali. Inoltre, un calcestruzzo ad alta resistenza riduce il fenomeno del 'creep' (o fluage), ovvero l'accorciamento viscoso del materiale nel tempo sotto carico. Minimizzare il creep è essenziale per preservare la tensione iniziale negli acciai e garantire che la capacità portante della struttura rimanga efficace per tutta la sua vita utile.
Che cos'è il fenomeno del rilassamento negli acciai da precompressione?

Il rilassamento è la perdita progressiva di tensione negli acciai armonici nel tempo, anche a deformazione costante. Prima dello sviluppo di questi acciai speciali, il rilassamento era così elevato da rendere difficile mantenere la precompressione necessaria per la stabilità strutturale. Gli attuali acciai armonici presentano bassissime cadute per rilassamento, garantendo che la forza di compressione trasmessa al calcestruzzo rimanga stabile. Questo fattore è determinante per la durabilità e l'affidabilità a lungo termine delle strutture precompresse, come ponti e grandi coperture.
In quali ambiti edilizi si utilizza maggiormente il cemento armato precompresso?

Questa tecnologia è onnipresente nell'ingegneria civile moderna grazie alla sua capacità di sostenere luci ampie e carichi pesanti. Viene comunemente impiegata nella costruzione di ponti e viadotti, dove la post-tensione permette di realizzare impalcati lunghi e resistenti. Si usa anche per grandi contenitori come silos e serbatoi circolari, nonché per elementi prefabbricati orizzontali come travetti per solai e traversine ferroviarie. La scelta tra pre-tensione e post-tensione dipende dalle dimensioni dell'opera e dalla necessità di produrre elementi standardizzati o strutture monolitiche di grande scala.
Quali sono le normative italiane di riferimento per il cemento armato precompresso?

La base legislativa storica è la Legge n. 1086 del 1971, che disciplinò per la prima volta le opere in conglomerato cementizio normale e precompresso. Tuttavia, la normativa vigente è costituita dalle Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC), introdotte con il Decreto Ministeriale del 14 gennaio 2008. Queste norme, aggiornate periodicamente per allinearsi agli standard internazionali e ai progressi tecnologici, stabiliscono i requisiti rigorosi per la progettazione, i controlli di qualità sui materiali e, soprattutto, la prevenzione della corrosione degli acciai da precompressione.