Uno sguardo buono e duro al pre

Dec 18, 2023

Dall'aspetto del vialetto o del marciapiede medio, può sembrare che il cemento sia destinato a rompersi. Ma se il calcestruzzo è così incline alla fessurazione, come possiamo utilizzarlo in così tante applicazioni ad alto stress come ponti e grattacieli? Questa domanda è nata mentre stavo facendo ricerche sulla termite stampata in 3D per un articolo. La termite viene spesso utilizzata nella saldatura dei binari ferroviari e ho collegato un video di nuovi binari saldati con traversine in cemento. Sapevo che dovevo scoprire come si potesse realizzare il calcestruzzo per resistere alla pressione dei treni merci.

Di per sé, il cemento è fragile e non ha alcuna resistenza. Ma ciò non significa che non sia forte. Sebbene il calcestruzzo abbia una buona resistenza alla compressione, la resistenza alla trazione è piuttosto scarsa. Intorno alla fine del 1800 qualcuno pensò di rinforzare le campate di cemento con tondini d'acciaio, meglio conosciuti come tondo per cemento armato. L'acciaio può allungarsi, l'aggiunta di barre d'acciaio conferisce al calcestruzzo una certa resistenza alla trazione per andare di pari passo con la sua resistenza alla compressione. L'armatura consente anche lastre e altri membri più sottili.

Il cemento armato o il cemento armato con rete sono utili per cose come parcheggi e strade, ma falliscono comunque prima del dovuto. In effetti, di solito deve rompersi prima che l'armatura possa scheggiare parte della sua resistenza alla trazione.

Nelle applicazioni in calcestruzzo ad alta sollecitazione come ponti e grattacieli, è estremamente importante evitare la deflessione, ovvero quando un elemento in calcestruzzo si flette e si piega sotto carico. La deflessione può far sì che le moderne pelli di vetro si stacchino dai grattacieli, tra gli altri problemi.

È molto più bello camminare, guidare o andare in bicicletta su un ponte solido e rigido rispetto a un ponte che oscilla nella brezza. Ma come si fa a realizzare un ponte rigido? Una soluzione è applicare sollecitazioni al calcestruzzo prima che possa sopportare il carico di automobili e camion o un orario regolare di treni merci.

Il calcestruzzo precompresso è come il calcestruzzo armato con armatura, ma con l'ulteriore potenza della tensione incorporata. Aggiungendo stress al calcestruzzo prima che entri in servizio, la deflessione sarà ridotta o forse eliminata del tutto. Con l'aggiunta della resistenza alla trazione può entrare in gioco una quota maggiore della resistenza propria del calcestruzzo.

Il calcestruzzo precompresso viene realizzato facendo passare i tiranti attraverso un elemento di cemento o adiacente ad esso, quindi tirando i tiranti dai punti di ancoraggio per aggiungere tensione. Questi tendini sono solitamente realizzati in acciaio ad alta tensione, fibra di carbonio o fibra aramidica, utilizzata nei tessuti antibalistici. Sono disposti in una configurazione monofilare o multifilare e agiscono un po' come elastici.

Il risultato del calcestruzzo precompresso è che le future forze di compressione faranno sì che l’elemento di servizio si comporti come un super calcestruzzo, e le future forze di trazione lo faranno agire più come l’acciaio ad alta tensione. In altre parole, il calcestruzzo precompresso può resistere alla pressione e persino alla torsione molto meglio del calcestruzzo normale. È essenzialmente programmabile perché è precompresso in modo calcolato che imita le sollecitazioni che sopporterà una volta in servizio.

Il "pre" in precompressione significa che avviene prima che l'elemento concreto entri in servizio. Il tensionamento stesso può essere effettuato prima che il calcestruzzo venga versato o dopo che si è solidificato. Esistono vari motivi per utilizzare un metodo o l'altro, ma sono abbastanza uguali in termini di risultati.

Questo è il metodo più antico di precompressione del calcestruzzo e risale alla fine del 1800. Il pretensionamento viene generalmente utilizzato nella realizzazione di travi, solai, balconi, serbatoi d'acqua e tubi di cemento. Prima che il calcestruzzo venga versato, i cavi vengono fissati tra gli ancoraggi finali, indipendentemente dal fatto che finiscano all'interno del calcestruzzo o direttamente accanto ad esso.

Quando il calcestruzzo indurisce, si attacca ai cavi e la tensione dei cavi viene trasferita al calcestruzzo indurito. Dopo essere state sbullonate, le aste rimangono in tensione, tenute in posizione dal cemento. Il pretensionamento viene spesso effettuato prima di un progetto di costruzione e i pezzi completati vengono spediti in cantiere. In questo modo, è possibile realizzare multipli contemporaneamente in un grande stampo chiamato letto di colata. Questi sono dotati di tendini lunghi diversi membri e poi tagliati una volta che il calcestruzzo si è indurito.